AALTOENERGIA: HISTORIA, MITEN SE TOIMII, EDUT, HAITAT - YMPÄRISTÖ - 2025

Aaltoenergia tai aalto - teho on mekaaninen energia, jonka aalto ja joka muunnetaan sähköenergiaksi. Se on veden kineettinen energia, jonka tuottaa tuulen energia kitkassa vesistöjen pintaan.

Turbiinit muuttavat tämän kineettisen energian sähköenergiaksi, joka on uusiutuvaa ja puhdasta energiaa. Tämän energian käytön historia juontaa juurensa yhdeksästoista vuosisataa, mutta se on 2000-luvun lopulla, kun se alkaa kukoistaa.

Aaltojen voima. Lähde: Mostafameraji

Nykyään on esitetty suuri joukko järjestelmiä hyödyntämään aaltoenergian muotoja. Näitä ovat aallon värähtely, aallon isku tai paineen vaihtelut aallon alla.

Näiden järjestelmien yleinen periaate on samanlainen ja koostuu laitteiden suunnittelusta, jotka muuttavat aaltojen kineettisen energian mekaaniseksi energiaksi ja sitten sähköenergiaksi. Suunnittelu ja toteutus ovat kuitenkin hyvin vaihtelevia, ja ne voidaan asentaa rannikolle tai merelle.

Laitteet voidaan upottaa, osittain upottaa, kellua tai rakentaa rannalle. On olemassa järjestelmiä, kuten Pelamis, joissa aaltojen ylöspäin siirtyminen aktivoi hydraulijärjestelmiä työntövoiman avulla, jotka aktivoivat sähkögeneraattoreihin kytketyt moottorit.

Toiset hyödyntävät aaltojen voimaa hyökkääessään rannikolla joko työntämällä hydraulisia männät tai ilmapylväät, jotka liikuttavat turbiineja (esimerkki: OWC-järjestelmä, värähtelevä vesipylväs).

Muissa malleissa aallon voimaa käytetään, kun se murtuu rantaviivalla sen kanavoimiseksi ja säiliöiden täyttämiseksi. Myöhemmin varastoidun veden potentiaalienergiaa käytetään turbiinien liikuttamiseen painovoiman avulla ja sähköenergian tuottamiseksi.

Aaltoenergialla on kiistattomia etuja, koska se on uusiutuvaa, puhdasta, ilmaista ja sillä on vähän ympäristövaikutuksia. Siihen liittyy kuitenkin joitain haittoja, jotka liittyvät ympäristöolosuhteisiin, joissa laite toimii, ja aaltojen ominaisuuksiin.

Meriympäristön olosuhteet altistavat rakenteita korroosiolle suolavedessä, meri-eläimistön vaikutuksille, voimakkaalle auringon säteilylle, tuulille ja myrskyille. Siksi työolosuhteet voivat järjestelmän tyypistä riippuen olla vaikeita, etenkin vedenalaisissa tai ankkuroiduissa offshore-järjestelmissä.

Samoin ylläpito on kallista, etenkin offshore-järjestelmissä, koska ankkurit on tarkistettava määräajoin. Toisaalta, järjestelmästä ja alueesta riippuen, niillä voi olla kielteinen vaikutus veneilyyn, kalastukseen ja virkistystoimintaan.

Historia

Sillä on edeltäjään 1800-luvulla, kun espanjalainen José Barrufet patentoi ns. Tämä kone tuotti sähköä aaltojen pystysuorasta värähtelystä, ja sitä kaupallistettiin vasta 1900-luvun 80-luvulla.

Barrufetin laite koostui sarjasta poijuja, jotka heilahtelivat ylös ja alas aaltojen kanssa ja ajoivat sähkögeneraattoria. Järjestelmä ei ollut kovin tehokas, mutta keksijänsä mukaan se kykeni tuottamaan 0,36 kW.

Nykyään on yli 600 patenttia valloittamaan aaltojen voimaa sähköenergian tuottamiseksi. Ne voivat toimia voiman avulla, joka syntyy pystysuunnassa tai aallon iskun vaikutuksesta rannikolle.

Kuinka aaltoenergia toimii?

Pelamismuunnin Penichessä, Portugalissa. Lähde: Diplomi-insinööri Guido Grassow

Aaltovoimajärjestelmien toiminta riippuu liikkeestä, jota haluat hyödyntää aalloista. Maissa on kelluvia tai ankkuroituja järjestelmiä, jotka hyödyntävät veden pystysuuntaista värähtelyä, kun taas toiset vangitsevat aaltojen iskun voiman rannikolla.

Samoin on sellaisia, jotka käyttävät paineen vaihtelua aallon pinnan alla. Joissakin tapauksissa aaltojen kineettinen energia mahdollistaa meriveden varastoinnin ja hyödyntää potentiaalienergiansa (painovoiman lasku) sähköturbiinien aktivoimiseksi.

Muissa järjestelmissä aaltojen mekaaninen energia tuottaa hydraulisten mäntien tai ilmamassojen liikkeitä, jotka aktivoivat hydraulimoottorit tai turbiinit sähkön tuottamiseksi.

- Maalla kelluvat tai ankkuroidut järjestelmät

Nämä järjestelmät voivat olla osittain vedenalaisia ​​tai upotettuja, ja ne voivat hyödyntää maalla olevien aaltojen aiheuttamaa värähtelevää liikettä. Jotkut järjestelmät käyttävät pinnan voimaa, toiset syvää liikettä.

Pinta turpoaa

On nivellettyjen segmenttien järjestelmiä, kuten Pelamis tai "merikäärme", joissa aallot liikuttavat nivelmoduuleja, jotka aktivoivat hydraulimoottorijärjestelmiä kytkettynä sähkögeneraattoreihin.

Toinen vaihtoehto on Salter Duck, jossa akseliin kiinnitetyt poijut suorittavat nousuliikkeen aaltojen kanssa ja aktivoivat myös hydraulimoottorit. Toisaalta, on olemassa joukko poijuihin perustuvia ehdotuksia, joiden värähtely aktivoi myös hydraulijärjestelmät.

Syvä rokkaava liike

Archimedean Wave-oskillaattori koostuu kahdesta sylinteristä, jotka on asennettu sarjaan merenpohjaan kiinnitettyyn rakenteeseen. Yläsylinterissä on sivumagneetit ja se liikkuu pystysuoraan alaspäin aallon paineen kanssa.

Kun sylinteri laskee, se painaa alempaa sylinteria, joka sisältää ilmaa, ja kun aallon paine tuottaa, ilmanpaine työntää järjestelmää ylöspäin. Magnetisoidun sylinterin värähtelyliike pystysuunnassa sallii sähkön tuottamisen kelan avulla.

Aalto-lohikäärme

Se koostuu kelluvasta alustasta, joka on kiinnitetty pohjaan evien avulla, jotka antavat sen vastaanottaa aaltojen liikuttamaa vettä aiheuttaen rakenteen tulvan. Vesi kerääntyy ja kierrätetään sitten keskuskolonnin läpi turbiinin läpi.

- Rannikkojärjestelmät

Nämä järjestelmät on asennettu rannikolle, ja ne hyödyntävät aaltojen murtamisen tuottamaa energiaa. Näiden järjestelmien rajoitus on, että ne toimivat vain rannikoilla, joilla on voimakkaat aallot.

Esimerkki on baski-insinöörin Iñaki Vallen suunnittelema järjestelmä, joka koostuu alustasta, joka on kiinnitetty kaltevalle rannikolle magnetilla kiskoilla. Aalto työntää magneettia ylöspäin, se laskeutuu painovoiman avulla ja liike indusoi kelan tuottamaan sähköä.

järjestelmä

Se koostuu levyjärjestelmästä, joka värähtelee edestakaisin kaatumisen ja aaltojen virtauksen kanssa, ja tämä liike mäntäpumpun avulla aktivoi sähköturbiinin.

Järjestelmä

Tässä tapauksessa on kyse rannikolle ankkuroiduista kelluvista levyistä, jotka vastaanottavat aallon murtumisvoiman ja aktivoivat hydraulijärjestelmän. Hydraulimoottori puolestaan ​​käyttää turbiinia, joka tuottaa sähköä.

CETO-järjestelmä

Se koostuu sarjasta vedenalaisia ​​poijuja, jotka on kiinnitetty merenpohjaan ja joiden värähtely aktivoi hydrauliset pumput, jotka kuljettavat merivettä rannikolle. Pumpattu vesi aktivoi turbiinin sähkön tuottamiseksi.

Järjestelmät, jotka käyttävät potentiaalista energiaa

On olemassa useita järjestelmiä, jotka varastoivat merivettä säiliöissä ja voivat sitten painovoiman avulla aktivoida Kaplan-turbiineja ja tuottaa sähköä. Vesi pääsee säiliöihin, joita itse aalto ajaa, kuten TAPCHAN-järjestelmässä (suippenevan kanavan aaltovoimajärjestelmä) tai SSG-aaltoenergiassa (meri-aaltoväli-kartiogeneraattori).

Vesi-ilma-pylväsjärjestelmät

Muissa tapauksissa aaltojen käyttämän veden voimaa käytetään siirtämään ilmapylvästä, joka kulkee turbiinin läpi tuottaen sähköä.

Esimerkiksi OWC-järjestelmässä (värähtelevä vesipylväs) aaltovirtauksessa oleva vesi tulee kanavan läpi ja ohjaa sisäilmaa. Ilmapylväs nousee savupiipun läpi ja kulkee turbiinin läpi mennäkseen ulos.

Kun vesi vetäytyy aaltojen joustavuudessa, ilma tulee takaisin savupiippuun siirtämällä turbiinia uudelleen. Tällä on muotoilu, joka saa sen liikkumaan samaan suuntaan molemmissa virtauksissa.

Toinen samanlainen järjestelmä on ORECON, jossa veden värähtely kammion sisällä ajaa kellua, joka puolestaan ​​puristaa ilman kulkemaan turbiinin läpi. Tämä järjestelmä toimii tasaisesti liikuttamalla ilmaa molemmissa suunnissa.

Etu

Aalto maatila. Lähde: P123

Uusiutuva energia

Se on energiaa käytännössä ehtymättömästä luonnollisesta lähteestä, kuten valtamereltä.

Energialähde on ilmainen

Aaltoenergian lähde on valtameren aallot, joiden yli ei ole taloudellista omistajuutta.

Puhdas energia

Aaltoenergia ei tuota jätettä, eikä sen käyttöön ehdotetut järjestelmät myöskään muodosta prosessissa merkityksellistä jätettä.

Alhaiset ympäristövaikutukset

Kaikista vesi- tai rannikkoympäristöön kohdistuvista vaikutuksista aiheutuu jonkin verran ympäristövaikutuksia, mutta suurin osa ehdotetuista järjestelmistä on vähävaikutteisia.

Yhdistäminen muihin tuotantotarkoituksiin

Jotkut aaltovoimajärjestelmät sallivat meriveden uuton suolanpoistoprosessien suorittamiseksi ja juomaveden saamiseksi tai vedyn tuottamiseksi.

Esimerkiksi ne, joiden toimintaan kuuluu meriveden kerääminen ja varastointi rannikolla, kuten TAPCHAN ja SSG Wave Energy.

haitat

Suurin osa haitoista ei ole absoluuttisia, mutta riippuvat arvioimastamme erityisestä aaltojärjestelmästä.

Aaltovoima ja säännöllisyys

Energiantuotantonopeus riippuu aaltojen sattumanvaraisesta käytöstä säännöllisyydessä ja lujuudessa. Siksi alueet, joilla tämän energian käyttö voi olla tehokasta, ovat rajalliset.

Aallon amplitudilla ja suunnalla on taipumus olla epäsäännöllinen, joten saapuva teho on satunnainen. Tämä vaikeuttaa laitteistoa saavuttamaan maksimaalisen suorituskyvyn koko taajuusalueella, eikä energian muuntohyötysuhde ole korkea.

ylläpito

Kyseisten rakenteiden ylläpito aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia ja kustannuksia, kun otetaan huomioon merisuolan syövyttävät vaikutukset ja itse aaltojen vaikutukset. Merellä ja vedenalaisissa tiloissa kunnossapitokustannuksia nostavat pääsyvaikeudet ja säännöllisen valvonnan tarve.

Ilmastolliset ja ympäristöolosuhteet yleensä

Rakenteet aaltoenergian sieppaamiseksi ja sen muuntamiseksi sähköenergiaksi ovat meriympäristön ääriolosuhteissa. Näitä ovat muun muassa kosteus, suolavesi, tuulet, sateet, myrskyt, hurrikaanit.

Myrskyt tarkoittavat, että laitteen on kestettävä 100 kertaa nimellisarvoa suurempia kuormituksia, mikä voi aiheuttaa vaurioita tai kokonaisvaurioita laitteille.

meren elämää

Meren elämä on myös tekijä, joka voi vaikuttaa laitteiden, kuten suurten eläinten (hait, valaat), toimivuuteen. Toisaalta simpukat ja levät tarttuvat laitteen pintaan aiheuttaen merkittävää huonontumista.

Alkusijoitus

Alkuperäinen taloudellinen investointi on suuri johtuen tarvittavista laitteista ja niiden asennuksen vaikeuksista. Laitteet tarvitsevat erityisiä materiaaleja ja pinnoitteita, hermeettisiä ja ankkurointijärjestelmiä.

Vaikutus antropiseen toimintaan

Käytetyn järjestelmän tyypistä riippuen nämä voivat vaikuttaa navigointiin, kalastukseen ja alueen nähtävyyksiin.

Maat, jotka käyttävät aaltoenergiaa

Motrico Wave -voimalaitos (Espanja). Lähde: Txo

Espanja

Vaikka Välimeren potentiaali on alhainen aaltoenergian suhteen, Kantabrianmerellä ja Atlantin valtameressä se on erittäin korkea. Baskimaan Mutriku-kaupungissa on vuonna 2011 rakennettu voimalaitos, jossa on 16 turbiinia (300 kW: n teho).

Santoñassa (Cantabria) on toinen aaltovoimalaitos, joka käyttää 10 upotettua poijua hyödyntääkseen aaltojen pystysuoraa värähtelyenergiaa ja tuottaakseen sähköä. Kanariansaarilla on useita hankkeita aaltoenergian lisäämiseksi niiden rannikkojen suotuisten olosuhteiden vuoksi.

Portugali

Vuonna 2008 Ocean Power Delivery (OPD) -yritys asensi kolme Pelamis P-750 -konetta, jotka sijaitsevat 5 km: n päässä Portugalin rannikolta. Ne sijaitsevat lähellä Póvoa de Varimia, asennetulla kapasiteetilla 2,25 MW.

Skotlanti (UK)

OWC-tekniikkaa käytetään Orkneysaarella, johon on vuodesta 2000 asennettu järjestelmä nimeltään LIMPET. Tämän järjestelmän enimmäistuotanto on 500 kW.

Tanska

Vuonna 2004 Tanskaan asennettiin Wave Dragon -tyyppinen pilottihanke, jonka mitat olivat 58 x 33 m ja maksimiteho 20 kW.

Norja

SSG Wave Energy -järjestelmän laitoksen asennus Svaaheiaan (Norja) on käynnissä.

MEILLE

Vuonna 2002 New Jerseyssä asennettiin Power Buoy -laitteen pilottihanke, jonka poikkipinta-ala oli 5 m, halkaisija 5 m, pituus 14 m ja maksimiteho 50 KW.

Oregonissa Garibaldin satamaan asennettiin SSG Wave Energy -pilottitehdas. Samoin Havaijilla ne edistävät uusiutuvia energialähteitä, ja Mauin saaren tapauksessa tärkein uusiutuva lähde on aaltoenergia.

Viitteet

1. Amundarain M (2012). Uusiutuva energia aalloista. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Tarkistettu 08.03.2019, ehu.eus
2. Cuevas T ja Ulloa A (2015). Aaltoenergia. Tavanomaisen ja uusiutuvan energian markkinoiden seminaari rakennusinsinööreille. Fysiikan ja matematiikan tiedekunta, Chilen yliopisto. 13 s.
3. Falcão AF de O (2010). Aaltoenergian hyödyntäminen: Katsaus teknologioihin. Uusiutuvaa ja kestävää energiaa koskevat arvostelut 14: 899–918.
4. Rodríguez R ja Chimbo M (2017). Aaltoenergian käyttö Ecuadorissa. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energiariippuvuus ja aaltoenergia Espanjassa: meren suuri potentiaali. Tutkinto maantieteellisestä ja aluesuunnittelusta, filosofian ja kirjeiden tiedekunta, Cantabrian yliopisto. 52 s.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP ja Buccino M (2012). SSG Wave Energy Converter: Suorituskyky, tila ja viimeaikainen kehitys. Energies 5: 193 - 226.

   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com