VLNOVÁ ENERGIA: HISTÓRIA, AKO TO FUNGUJE, VÝHODY, NEVÝHODY - PROSTREDIE - 2026

Energia vlny alebo vlny - energia je mechanická energia generované pomocou vlny a ktorá je transformovaná na elektrickú energiu. Je to kinetická energia vody, produkovaná energiou vetra pri jeho trení s povrchom vodných útvarov.

Táto kinetická energia sa z turbín mení na elektrickú energiu, ktorá je obnoviteľnou a čistou energiou. História využívania tejto energie siaha až do devätnásteho storočia, ale koncom 20. storočia sa začína rozvíjať.

Sila vĺn. Zdroj: Mostafameraji

V súčasnosti existuje veľké množstvo systémov navrhnutých na využitie foriem energie vĺn. Patria sem oscilácie vlny, vlnové otrasy alebo kolísanie tlaku pod vlnou.

Všeobecný princíp týchto systémov je podobný a pozostáva z navrhovania zariadení, ktoré transformujú kinetickú energiu vĺn na mechanickú energiu a potom na elektrickú energiu. Dizajn a implementácia sú však veľmi variabilné a môžu sa inštalovať na pobreží alebo na mori.

Zariadenie môže byť ponorené, čiastočne ponorené, plávajúce alebo postavené na pobreží. Existujú systémy ako Pelamis, kde pohyb vĺn smerom nahor aktivuje hydraulické systémy ťahom, ktorý aktivuje motory spojené s elektrickými generátormi.

Iní využívajú silu vĺn pri lámaní na pobreží, buď tlačením hydraulických piestov alebo stĺpcov vzduchu, ktoré pohybujú turbínami (príklad: systém OWC, kolóna oscilujúcej vody).

V iných prevedeniach je sila vlny použitá pri lámaní na pobreží, aby ju nasmerovala a naplnila nádrže. Následne sa potenciálna energia akumulovanej vody použije na pohyb turbín pomocou gravitácie a výrobu elektrickej energie.

Energia z vĺn má nepochybné výhody, pretože je obnoviteľná, čistá, bezplatná a má malý vplyv na životné prostredie. Zahŕňa to však niektoré nevýhody spojené s podmienkami prostredia, v ktorých zariadenie pracuje, a charakteristikami vĺn.

Podmienky morského prostredia vystavujú štruktúry korózii spôsobenej soľankou, pôsobeniu morskej fauny, vysokému slnečnému žiareniu, vetru a búrkam. Preto v závislosti od typu systému môžu byť pracovné podmienky zložité, najmä v ponorených alebo ukotvených pobrežných systémoch.

Rovnako je údržba nákladná, najmä v pobrežných systémoch, pretože kotvy sa musia pravidelne kontrolovať. Na druhej strane môžu mať v závislosti od systému a oblasti negatívny vplyv na plavby, rybolov a rekreačné činnosti.

histórie

Má svojich predkov v 19. storočí, keď španielsky José Barrufet patentoval to, čo nazval „marmotor“. Tento stroj vyrábal elektrinu z vertikálneho kmitania vĺn a komercializoval sa až v 80. rokoch 20. storočia.

Barrufetov prístroj pozostával zo série bójí, ktoré kmitali vlnami hore a dole a poháňali elektrický generátor. Systém nebol príliš efektívny, ale podľa jeho vynálezcu bol schopný generovať 0,36 kW.

Dnes existuje viac ako 600 patentov na využitie sily vĺn na výrobu elektrickej energie. Môžu fungovať pomocou sily vyvolanej vertikálnym kmitaním alebo sily vyvolanej nárazom vlny na pobrežie.

Ako funguje energia vĺn?

Konvertor Pelamis v Peniche, Portugalsko. Zdroj: Ing. Guido Grassow

Činnosť energetických systémov vĺn závisí od pohybu, ktorý chcete využiť z vĺn. Existujú plávajúce systémy alebo ukotvené na pevnine, ktoré využívajú vertikálne oscilácie vody, zatiaľ čo iné zachytávajú silu nárazov vĺn na pobreží.

Podobne existujú také, ktoré používajú kolísanie tlaku pod povrchom vlny. V niektorých prípadoch umožňuje kinetická energia vĺn akumuláciu morskej vody a využitie jej potenciálnej energie (gravitačný pokles) na aktiváciu elektrických turbín.

V iných systémoch mechanická energia vĺn vytvára pohyby hydraulických piestov alebo vzduchových hmôt, ktoré aktivujú hydraulické motory alebo turbíny na výrobu elektriny.

- plávajúce alebo ukotvené systémy na pevnine

Tieto systémy môžu byť ponorené alebo ponorené a môžu využívať oscilačný pohyb spôsobený pobrežnými vlnami. Niektoré systémy používajú silu povrchového napučiavania a iné hlboký pohyb.

Povrchové zväčšenie

Existujú systémy kĺbových segmentov, napríklad Pelamis alebo „morský had“, v ktorých vlny pohybujú kĺbovými modulmi, ktoré aktivujú hydraulické systémy motora spojené s elektrickými generátormi.

Inou alternatívou je kačica Salter, kde bóje pripevnené k osi vykonávajú s vlnami pitch a aktivujú tiež hydraulické motory. Na druhej strane existuje celá rada návrhov založených na bójkach, ktorých kmitanie tiež aktivuje hydraulické systémy.

Hlboký hojdací pohyb

Archimedeanský vlnový oscilátor pozostáva z dvoch valcov namontovaných v sérii na konštrukcii ukotvenej k morskému dnu. Horný valec má bočné magnety a pohybuje sa vertikálne dolu s tlakom vlny.

Keď valec klesne, tlačí na spodný valec, ktorý obsahuje vzduch, a keď sa tlak vlny zvyšuje, tlak vzduchu tlačí systém nahor. Oscilačný pohyb vo vertikálnom smere magnetizovaného valca umožňuje výrobu elektriny pomocou cievky.

Wave Dragon

Skladá sa z plávajúcej platformy pripevnenej k dnu s plutvami, ktoré jej umožňujú prijímať vodu pohybovanú vlnami, čo spôsobuje zaplavenie štruktúry. Voda sa hromadí a potom cirkuluje cez centrálny stĺpec cez turbínu.

- pobrežné systémy

Tieto systémy sú inštalované na pobreží a využívajú energiu získanú lámaním vĺn. Obmedzenie týchto systémov spočíva v tom, že pracujú iba na pobrežiach so silnými vlnami.

Príkladom je systém navrhnutý baskickým inžinierom Iñaki Valle, ktorý sa skladá z plošiny ukotvenej na sklonenom pobreží magnetom na koľajniciach. Vlna tlačí magnet nahor, klesá gravitáciou a pohyb indukuje cievku na výrobu elektriny.

systém

Skladá sa zo systému dosiek, ktoré kmitajú tam a späť s prílivom a prúdením vĺn a tento pohyb pomocou piestového čerpadla aktivuje elektrickú turbínu.

Systém

V tomto prípade je to otázka plávajúcich dosiek ukotvených k pobrežiu, ktoré prijímajú silu prerušenia vlny a aktivujú hydraulický systém. Hydraulický motor zase poháňa turbínu, ktorá vyrába elektrinu.

Systém CETO

Skladá sa zo série ponorených bójí ukotvených k morskému dnu a ktorých kmitanie aktivuje hydraulické čerpadlá, ktoré privádzajú morskú vodu k pobrežiu. Čerpaná voda aktivuje turbínu na výrobu elektriny.

Systémy, ktoré využívajú potenciálnu energiu

Existuje celý rad systémov, ktoré ukladajú morskú vodu v nádržiach a potom môžu gravitačne aktivovať Kaplanove turbíny a vyrábať elektrinu. Voda dosahuje nádrže, ktoré sú poháňané samotnou vlnou, napríklad v systéme TAPCHAN (Power Tap System s vlnovými kanálmi) alebo SSG Wave Energy (generátor morských vĺn štrbinového kužeľa).

Stĺpcové systémy voda-vzduch

V iných prípadoch sa sila vody poháňaná vlnami používa na pohyb stĺpca vzduchu, ktorý pri prechode turbínou generuje elektrinu.

Napríklad v systéme OWC (oscilačný vodný stĺpec) voda v prúde vlny vstupuje cez potrubie a poháňa vnútorný vzduch. Vzduchový stĺp stúpa komínom a prechádza turbínou smerom von.

Keď voda ustúpi v odbočkách vĺn, vzduch znovu vstúpi do komína a opäť sa pohne turbínou. To má dizajn, ktorý umožňuje pohyb v rovnakom smere v oboch prúdoch.

Ďalším podobným systémom je ORECON, kde kmitanie vody vo vnútri komory poháňa plavák, ktorý zase tlačí vzduch, aby prešiel turbínou. Tento systém funguje rovnako pohybom vzduchu v oboch smeroch.

výhoda

Vlnová farma. Zdroj: P123

Obnoviteľná energia

Je to energia z prakticky nevyčerpateľného prírodného zdroja, ako sú morské vlny.

Zdroj energie je zadarmo

Zdrojom energie vĺn sú morské vlny, nad ktorými sa nevykonáva žiadne ekonomické vlastníctvo.

Čistá energia

Vlnová energia nevytvára odpad a ani doteraz navrhnuté systémy na jej použitie nevytvárajú v tomto procese relevantný odpad.

Nízky vplyv na životné prostredie

Akákoľvek interferencia vo vodnom alebo pobrežnom prostredí má určitý vplyv na životné prostredie, ale väčšina navrhovaných systémov má malý vplyv.

Pridruženie na iné produktívne účely

Niektoré vlnové energetické systémy umožňujú extrakciu morskej vody na vykonávanie odsoľovacích procesov a získavanie pitnej vody alebo na výrobu vodíka.

Napríklad tí, ktorých prevádzka zahŕňa zber a ukladanie morskej vody na pobreží, ako napríklad TAPCHAN a SSG Wave Energy.

nevýhody

Väčšina nevýhod nie je absolútna, ale závisí od špecifického vlnového systému, ktorý hodnotíme.

Vlnová sila a pravidelnosť

Rýchlosť výroby energie závisí od náhodného správania sa vĺn v pravidelnosti a sile. Preto sú oblasti, v ktorých môže byť využívanie tejto energie efektívne, obmedzené.

Amplitúda a smer vlny majú tendenciu byť nepravidelné, takže prichádzajúci výkon je náhodný. Toto sťažuje zariadeniu dosiahnutie maximálneho výkonu v celom frekvenčnom rozsahu a účinnosť premeny energie nie je vysoká.

údržba

Udržiavanie dotknutých štruktúr spôsobuje určité ťažkosti a náklady, vzhľadom na korozívne účinky morského soľníka a vplyv samotných vĺn. V prípade zariadení na otvorenom mori a ponorených zariadení sa náklady na údržbu zvyšujú z dôvodu ťažkostí s prístupom a potreby pravidelného dohľadu.

Klimatické a environmentálne podmienky vo všeobecnosti

Štruktúry na zachytávanie energie vĺn a jej premenu na elektrickú energiu sú v morskom prostredí vystavené extrémnym podmienkam. Medzi ne patrí vlhkosť, ľadovec, vietor, dážď, búrka, hurikány.

Búrky znamenajú, že zariadenie musí vydržať zaťaženie 100-krát väčšie ako je nominálne, čo môže spôsobiť poškodenie alebo úplné poškodenie zariadenia.

morský život

Morský život je tiež faktorom, ktorý môže ovplyvniť funkčnosť zariadení, ako sú veľké zvieratá (žraloky, veľryby). Na druhej strane lastúrniky a riasy priľnú k povrchu zariadenia a spôsobia značné zhoršenie kvality.

Počiatočné investície

Počiatočná ekonomická investícia je vysoká kvôli požadovanému zariadeniu a ťažkostiam pri jeho inštalácii. Zariadenie potrebuje špeciálne materiály a nátery, hermetické a kotviace systémy.

Vplyv na antropické činnosti

V závislosti od typu použitého systému môžu ovplyvniť navigáciu, rybolov a turistickú atrakciu v tejto oblasti.

Krajiny, ktoré používajú vlnovú energiu

Elektráreň Motrico Wave (Španielsko). Zdroj: Txo

španielsko

Hoci je potenciál Stredozemného mora z hľadiska energie vĺn nízky, v Kantabrijskom mori a Atlantickom oceáne je veľmi vysoký. V baskickom meste Mutriku je v roku 2011 postavená elektráreň so 16 turbínami (výkon 300 kW).

V Santoñe (Kantábria) sa nachádza ďalšia elektráreň s vlnami, ktorá využíva 10 ponorených bójí, aby využila energiu zvislého kmitania vĺn a vyrobila elektrinu. Na Kanárskych ostrovoch existuje niekoľko projektov zameraných na zvýšenie energie vĺn vďaka priaznivým podmienkam ich pobrežia.

Portugalsko

V roku 2008 spoločnosť Ocean Power Delivery (OPD) nainštalovala tri stroje Pelamis P-750, ktoré sa nachádzajú 5 km od portugalského pobrežia. Tieto sa nachádzajú neďaleko Póvoa de Varim, s inštalovaným výkonom 2,25 MW.

Škótsko (Spojené kráľovstvo)

Technológia OWC sa používa na ostrove Orkney, kde sa od roku 2000 inštaluje systém s názvom LIMPET. Maximálna produkcia tohto systému je 500 KW.

Dánsko

V roku 2004 bol v Dánsku inštalovaný pilotný projekt typu Wave Dragon, ktorého rozmery boli 58 x 33 ma maximálny výkon 20 KW.

Nórsko

Prebieha inštalácia závodu na systém SSG Wave Energy v Svaaheia (Nórsko).

U.S.

V roku 2002 bol v New Jersey inštalovaný pilotný projekt pre zariadenie Power Buoy s pobrežnou bójkou s priemerom 5 m, dĺžkou 14 ma maximálnym výkonom 50 KW.

V Oregone bola v prístave Garibaldi inštalovaná pilotná elektráreň SSG Wave Energy. Podobne na Havaji propagujú obnoviteľné zdroje energie av prípade ostrova Maui hlavným obnoviteľným zdrojom je energia vĺn.

Referencie

1. Amundarain M (2012). Obnoviteľná energia z vĺn. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Revidovaný 8. 3. 2017 z ehu.eus
2. Cuevas T a Ulloa A (2015). Vlnová energia. Seminár o konvenčnom a obnoviteľnom trhu s energiou pre stavebných inžinierov. Fakulta fyzikálnych vied a matematiky, Univerzita Čile. 13 s.
3. Falcão AF de O (2010). Využitie energie vĺne: prehľad technológií. Recenzia obnoviteľnej a trvalo udržateľnej energie 14: 899–918.
4. Rodríguez R a Chimbo M (2017). Využitie energie vĺn v Ekvádore. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energetická závislosť a energia vĺn v Španielsku: veľký morský potenciál. Magisterský titul v odbore geografia a územné plánovanie, Filozofická fakulta, Univerzita Kantábria. 52 s.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP a Buccino M (2012). Prevodník energie vlny SSG: výkon, stav a najnovší vývoj. Energies 5: 193-226.
   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com