ENERGIA FAL: HISTORIA, JAK TO DZIAŁA, ZALETY, WADY - ŚRODOWISKO - 2026

Energia fal lub moc fal to energia mechaniczna wytwarzana przez falę, która jest przekształcana w energię elektryczną. Jest to energia kinetyczna wody, wytwarzana przez energię wiatru podczas jego tarcia o powierzchnię zbiorników wodnych.

Ta energia kinetyczna jest przekształcana przez turbiny w energię elektryczną, będącą energią odnawialną i czystą. Historia wykorzystania tej energii sięga XIX wieku, ale dopiero pod koniec XX wieku zaczyna się ona rozkwitać.

Moc fal. Źródło: Mostafameraji

Obecnie proponuje się wiele systemów wykorzystujących formy energii fal. Należą do nich oscylacje fal, wstrząsy falowe lub zmiany ciśnienia pod falą.

Ogólna zasada tych systemów jest podobna i polega na projektowaniu urządzeń, które przekształcają energię kinetyczną fal w energię mechaniczną, a następnie w energię elektryczną. Jednak projekt i realizacja są bardzo zróżnicowane i mogą być instalowane na wybrzeżu lub na morzu.

Sprzęt może być zanurzony, częściowo zanurzony, pływający lub zbudowany na linii brzegowej. Istnieją systemy, takie jak Pelamis, w których ruch fal w górę aktywuje systemy hydrauliczne poprzez ciąg, które aktywują silniki połączone z generatorami elektrycznymi.

Inni wykorzystują siłę fal podczas załamywania się na wybrzeżu, popychając tłoki hydrauliczne lub kolumny powietrza, które poruszają turbinami (przykład: system OWC, oscylująca kolumna wodna).

W innych projektach siła fali jest wykorzystywana, gdy rozbija się o brzeg, aby skierować ją i napełnić zbiorniki. Następnie energia potencjalna zmagazynowanej wody jest wykorzystywana do grawitacyjnego przemieszczania turbin i wytwarzania energii elektrycznej.

Energia fal ma niewątpliwe zalety, ponieważ jest odnawialna, czysta, bezpłatna i ma niewielki wpływ na środowisko. Jednak wiąże się to z pewnymi niedogodnościami związanymi z warunkami środowiskowymi, w których działa sprzęt, oraz charakterystyką fal.

Warunki środowiska morskiego narażają konstrukcje na korozję wywołaną saletrą, działaniem fauny morskiej, silnym promieniowaniem słonecznym, wiatrem i burzami. Dlatego też, w zależności od rodzaju systemu, warunki pracy mogą być trudne, zwłaszcza w systemach morskich zanurzonych lub zakotwiczonych.

Podobnie konserwacja jest kosztowna, zwłaszcza w systemach przybrzeżnych, ponieważ kotwice muszą być okresowo sprawdzane. Z drugiej strony, w zależności od systemu i obszaru, mogą mieć negatywny wpływ na pływanie łódką, wędkarstwo i rekreację.

Historia

Jego poprzednicy sięgają XIX wieku, kiedy Hiszpan José Barrufet opatentował to, co nazwał „świstakiem”. Maszyna ta produkowała energię elektryczną z pionowej oscylacji fal i została skomercjalizowana dopiero w latach 80-tych XX wieku.

Aparat Barrufeta składał się z szeregu boi, które oscylowały w górę iw dół wraz z falami, napędzając generator elektryczny. Układ nie był zbyt wydajny, ale według wynalazcy był w stanie generować 0,36 kW.

Obecnie istnieje ponad 600 patentów wykorzystujących siłę fal do wytwarzania energii elektrycznej. Mogą one działać za pomocą siły wytwarzanej przez oscylacje pionowe lub siły generowanej przez uderzenie fali o wybrzeże.

Jak działa energia fal?

Konwerter Pelamis w Peniche, Portugalia. Źródło: mgr inż. Guido Grassow

Działanie systemów zasilania fal zależy od ruchu, jaki chcesz wykorzystać z fal. Na lądzie znajdują się systemy pływające lub zakotwiczone, które wykorzystują pionowe oscylacje wody, podczas gdy inne wychwytują siłę fali uderzeniowej na wybrzeżu.

Podobnie są i takie, które wykorzystują zmianę ciśnienia pod powierzchnią fali. W niektórych przypadkach energia kinetyczna fal umożliwia magazynowanie wody morskiej i wykorzystanie jej energii potencjalnej (spadek grawitacji) do aktywacji turbin elektrycznych.

W innych systemach energia mechaniczna fal powoduje ruchy tłoków hydraulicznych lub mas powietrza, które uruchamiają silniki hydrauliczne lub turbiny w celu wytwarzania energii elektrycznej.

- Systemy pływające lub zakotwiczone na lądzie

Systemy te mogą być częściowo zanurzone lub zanurzone i wykorzystywać ruch oscylacyjny spowodowany falowaniem na lądzie. Niektóre systemy wykorzystują siłę pęcznienia powierzchni, a inne głęboki ruch.

Pęcznienie powierzchni

Istnieją systemy segmentów przegubowych, takie jak Pelamis lub „wąż morski”, w których fale poruszają przegubowymi modułami, które uruchamiają układy silników hydraulicznych sprzężone z generatorami elektrycznymi.

Inną alternatywą jest Salter Duck, w którym boje przymocowane do osi wykonują ruch kołyszący wraz z falami, uruchamiając również silniki hydrauliczne. Z drugiej strony istnieje cała seria propozycji opartych na bojach, których oscylacja uruchamia również układy hydrauliczne.

Głęboki ruch kołyszący

Oscylator fal Archimedesa składa się z dwóch cylindrów połączonych szeregowo z konstrukcją zakotwiczoną w dnie morskim. Górny cylinder ma boczne magnesy i porusza się pionowo w dół pod wpływem ciśnienia fali.

Kiedy cylinder opada, naciska na dolny cylinder zawierający powietrze, a gdy ciśnienie fali ustaje, ciśnienie powietrza napędza system w górę. Ruch oscylacyjny w kierunku pionowym namagnesowanego cylindra umożliwia wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą cewki.

Wave Dragon

Składa się z pływającej platformy przywiązanej do dna płetwami, które umożliwiają przyjmowanie wody poruszanej przez fale, powodując zalanie konstrukcji. Woda gromadzi się, a następnie krąży w centralnej kolumnie przez turbinę.

- Systemy przybrzeżne

Systemy te są instalowane na wybrzeżu i wykorzystują energię generowaną przez załamujące się fale. Ograniczeniem tych systemów jest to, że działają one tylko na wybrzeżach z silnymi falami.

Przykładem jest system zaprojektowany przez baskijskiego inżyniera Iñaki Valle, który składa się z platformy zakotwiczonej na pochyłym wybrzeżu za pomocą magnesu na szynach. Fala popycha magnes w górę, opada on grawitacyjnie, a ruch powoduje, że cewka wytwarza energię elektryczną.

System

Składa się z systemu płyt, które oscylują w przód iw tył wraz z odpływem i przepływem fal, a ruch ten, za pomocą pompy tłokowej, uruchamia turbinę elektryczną.

System

W tym przypadku chodzi o pływające płyty zakotwiczone na brzegu, które przyjmują siłę zrywającą falę i uruchamiają układ hydrauliczny. Silnik hydrauliczny z kolei napędza turbinę, która wytwarza energię elektryczną.

System CETO

Składa się z szeregu zanurzonych boi zakotwiczonych na dnie morskim, których oscylacja uruchamia pompy hydrauliczne, które przenoszą wodę morską na wybrzeże. Pompowana woda uruchamia turbinę do wytwarzania energii elektrycznej.

Systemy wykorzystujące energię potencjalną

Istnieje wiele systemów, które przechowują wodę morską w zbiornikach, a następnie grawitacyjnie aktywują turbiny Kaplana i wytwarzają energię elektryczną. Woda dociera do zbiorników napędzanych przez samą falę, tak jak w systemie TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) lub SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Systemy kolumn wodno-powietrznych

W innych przypadkach siła wody napędzanej przez fale jest wykorzystywana do poruszania słupa powietrza, które przechodząc przez turbinę wytwarza energię elektryczną.

Na przykład w systemie OWC (oscylująca kolumna wodna) woda w strumieniu fali wpływa przez kanał i napędza powietrze w pomieszczeniu. Słup powietrza unosi się przez komin i przechodzi przez turbinę, aby wyjść na zewnątrz.

Kiedy woda cofa się podczas odpływu fal, powietrze wraca do komina, ponownie poruszając turbinę. Ma to konstrukcję, która sprawia, że ​​porusza się w tym samym kierunku w obu przepływach.

Innym podobnym systemem jest ORECON, w którym oscylacja wody wewnątrz komory napędza pływak, który z kolei ściska powietrze, aby przechodziło przez turbinę. Ten system działa jednakowo, poruszając powietrze w obu kierunkach.

Korzyść

Farma fal. Źródło: P123

Energia odnawialna

Jest to energia z praktycznie niewyczerpanego źródła naturalnego, takiego jak fale oceanu.

Źródło energii jest bezpłatne

Źródłem energii fal są fale oceaniczne, nad którymi nie ma własności ekonomicznej.

Czysta energia

Energia fal nie generuje odpadów, a systemy proponowane dotychczas do jej wykorzystania również nie generują odpowiednich odpadów w procesie.

Niski wpływ na środowisko

Każda ingerencja w środowisko wodne lub przybrzeżne ma pewien wpływ na środowisko, ale większość proponowanych systemów ma niewielki wpływ.

Powiązanie z innymi celami produkcyjnymi

Niektóre systemy elektroenergetyczne pozwalają na wydobycie wody morskiej w celu przeprowadzenia procesów odsalania i uzyskania wody pitnej lub do produkcji wodoru.

Na przykład te, których działanie obejmuje gromadzenie i przechowywanie wody morskiej na wybrzeżu, takie jak TAPCHAN i SSG Wave Energy.

Niedogodności

Większość wad nie jest bezwzględna, ale zależy od konkretnego systemu fal, który oceniamy.

Siła falowa i regularność

Tempo produkcji energii zależy od przypadkowego zachowania fal pod względem regularności i siły. Dlatego obszary, w których wykorzystanie tej energii może być efektywne, są ograniczone.

Amplituda i kierunek fali wydają się być nieregularne, więc przychodząca moc jest przypadkowa. Utrudnia to urządzeniu uzyskanie maksymalnej wydajności w całym zakresie częstotliwości, a sprawność konwersji energii nie jest wysoka.

Konserwacja

Utrzymanie odpowiednich konstrukcji pociąga za sobą pewne trudności i koszty, biorąc pod uwagę korozyjne działanie saletry morskiej i wpływ samych fal. W przypadku obiektów offshore i zatopionych koszt utrzymania zwiększają utrudnienia dostępu i konieczność okresowego nadzoru.

Warunki klimatyczne i środowiskowe w ogóle

Struktury do przechwytywania energii fal i przekształcania jej w energię elektryczną są poddawane ekstremalnym warunkom w środowisku morskim. Należą do nich między innymi wilgotność, saletra, wiatry, deszcze, burze, huragany.

Burze oznaczają, że urządzenie musi wytrzymać obciążenia 100 razy większe niż nominalne, co może spowodować uszkodzenie lub całkowite uszkodzenie sprzętu.

życie morskie

Życie morskie jest również czynnikiem, który może wpływać na funkcjonalność sprzętu, np. Duże zwierzęta (rekiny, walenie). Z drugiej strony małże i glony przylegają do powierzchni sprzętu powodując znaczne zniszczenia.

Inwestycja początkowa

Początkowa inwestycja ekonomiczna jest wysoka ze względu na wymagany sprzęt i trudności w jego instalacji. Sprzęt wymaga specjalnych materiałów i powłok, systemów hermetycznych i kotwiących.

Wpływ na działalność antropiczną

W zależności od rodzaju używanego systemu mogą one wpływać na nawigację, wędkarstwo i atrakcyjność turystyczną w okolicy.

Kraje wykorzystujące energię fal

Elektrownia Motrico Wave (Hiszpania). Źródło: Txo

Hiszpania

Chociaż potencjał Morza Śródziemnego jest niski pod względem energii fal, na Morzu Kantabryjskim i Oceanie Atlantyckim jest bardzo duży. W baskijskim mieście Mutriku znajduje się zbudowana w 2011 roku elektrownia z 16 turbinami (moc 300 kW).

W Santoña (Kantabria) znajduje się kolejna elektrownia falowa, która wykorzystuje 10 zanurzonych boi, aby wykorzystać energię drgań pionowych fal i wytwarzać energię elektryczną. Na Wyspach Kanaryjskich istnieje kilka projektów mających na celu zwiększenie energii fal ze względu na sprzyjające warunki na ich wybrzeżach.

Portugalia

W 2008 roku firma Ocean Power Delivery (OPD) zainstalowała trzy maszyny Pelamis P-750 zlokalizowane 5 km od portugalskiego wybrzeża. Znajdują się one w pobliżu Póvoa de Varim i mają zainstalowaną moc 2,25 MW.

Szkocja (Wielka Brytania)

Technologia OWC jest stosowana na wyspie Orkney, gdzie od 2000 roku jest instalowany system o nazwie LIMPET. Ten system ma maksymalną produkcję 500 kW.

Dania

W 2004 roku w Danii zainstalowano pilotażowy projekt typu Wave Dragon o wymiarach 58 x 33 mi maksymalnej mocy 20 KW.

Norwegia

Trwa instalacja instalacji dla systemu SSG Wave Energy w Svaaheia (Norwegia).

NAS

W 2002 r. W New Jersey zainstalowano pilotażowy projekt urządzenia Power Buoy z boją przybrzeżną o średnicy 5 m, długości 14 mi maksymalnej mocy 50 KW.

W Oregonie w porcie Garibaldi zainstalowano pilotażową elektrownię SSG Wave Energy. Podobnie na Hawajach promują odnawialne źródła energii, a na wyspie Maui głównym źródłem odnawialnym jest energia fal.

Bibliografia

1. Amundarain M (2012). Energia odnawialna z fal. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Wersja poprawiona 08/03/2019 z ehu.eus
2. Cuevas T i Ulloa A (2015). Energia fal. Seminarium dla inżynierów budownictwa na temat rynku energii konwencjonalnej i odnawialnej. Wydział Nauk Fizycznych i Matematyki Uniwersytetu Chile. 13 pkt.
3. Falcão AF de O (2010). Wykorzystanie energii fal: przegląd technologii. Odnawialne i zrównoważone źródła energii 14: 899–918.
4. Rodríguez R i Chimbo M (2017). Wykorzystanie energii fal w Ekwadorze. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Zależność energetyczna i energia fal w Hiszpanii: ogromny potencjał morza. Dyplom z geografii i planowania przestrzennego na Wydziale Filozofii i Literatury Uniwersytetu w Kantabrii. 52 pkt.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP i Buccino M (2012). Konwerter energii fal SSG: wydajność, stan i najnowsze osiągnięcia. Energie 5: 193–226.
   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com