VLNOVÁ ENERGIE: HISTORIE, JAK TO FUNGUJE, VÝHODY, NEVÝHODY - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Energie vlny nebo vlny - energie je mechanická energie generované pomocí vlny a která je transformována na elektrickou energii. Je to kinetická energie vody, produkovaná energií větru ve svém tření s povrchem vodních útvarů.

Tato kinetická energie je přeměněna turbínami na elektrickou energii, která je obnovitelnou a čistou energií. Historie využití této energie sahá až do devatenáctého století, ale je na konci dvacátého století, kdy začíná boom.

Síla vln. Zdroj: Mostafameraji

Dnes existuje velké množství systémů navržených tak, aby využívaly formy vlnové energie. Patří mezi ně oscilace vlny, rázové vlny nebo změny tlaku pod vlnou.

Obecný princip těchto systémů je podobný a sestává z navrhování zařízení, která transformují kinetickou energii vln na mechanickou energii a poté na elektrickou energii. Návrh a implementace je však velmi variabilní a lze jej instalovat na pobřeží nebo na moři.

Zařízení může být ponořeno, částečně ponořeno, plovoucí nebo postaveno na pobřeží. Existují systémy jako Pelamis, kde pohyb vln směrem nahoru aktivuje hydraulické systémy tahem, který aktivuje motory spojené s elektrickými generátory.

Jiní využívají sílu vln, když se rozbijí na pobřeží, buď tlačením hydraulických pístů nebo sloupců vzduchu, které pohybují turbínami (Příklad: systém OWC, oscilační vodní sloupec).

V jiných provedeních je síla vlny používána, protože se rozbíjí na břehu, aby ji směrovala a naplňovala nádrže. Následně se potenciální energie akumulované vody používá k pohybu turbín gravitací a generování elektrické energie.

Energie vln má nepochybné výhody, protože je obnovitelná, čistá, bezplatná a má malý dopad na životní prostředí. To však zahrnuje některé nevýhody spojené s podmínkami prostředí, ve kterém zařízení pracuje, a charakteristikami vln.

Podmínky mořského prostředí vystavují struktury korozi z lednice, působení mořské fauny, vysokého slunečního záření, větru a bouří. Proto v závislosti na typu systému mohou být pracovní podmínky obtížné, zejména v ponořených nebo zakotvených pobřežních systémech.

Rovněž údržba je nákladná, zejména v pobřežních systémech, protože kotvy musí být pravidelně kontrolovány. Na druhou stranu, v závislosti na systému a oblasti, mohou mít negativní dopad na vodácké, rybářské a rekreační aktivity.

Dějiny

Má své předchůdce v 19. století, kdy španělský José Barrufet patentoval to, čemu říkal „marmotor“. Tento stroj vyráběl elektřinu z vertikálního kmitání vln a byl komercializován až v 80. letech 20. století.

Barrufetův přístroj sestával z řady bójí, které kmitaly vlnami nahoru a dolů a poháněly elektrický generátor. Systém nebyl příliš účinný, ale podle jeho vynálezce byl schopen generovat 0,36 kW.

Dnes existuje více než 600 patentů, které využívají sílu vln k výrobě elektrické energie. Ty mohou pracovat pomocí síly vyvolané vertikální oscilací nebo síly vyvolané dopadem vlny na pobřeží.

Jak funguje energie vln?

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

Provoz vlnových energetických systémů závisí na pohybu, který chcete využít z vln. Na pevnině jsou plovoucí nebo zakotvené systémy, které využívají vertikální oscilaci vody, zatímco ostatní zachycují sílu vlnového šoku na pobřeží.

Podobně existují i ​​ty, které používají kolísání tlaku pod povrchem vlny. V některých případech umožňuje kinetická energie vln akumulaci mořské vody a využití její potenciální energie (gravitační pokles) k aktivaci elektrických turbín.

V jiných systémech vytváří mechanická energie vln pohyby hydraulických pístů nebo vzduchových hmot, které aktivují hydraulické motory nebo turbíny k výrobě elektřiny.

- Plovoucí nebo ukotvené systémy na pevnině

Tyto systémy mohou být částečně ponořeny nebo ponořeny a mohou využít oscilačního pohybu způsobeného vlnami na pevnině. Některé systémy používají sílu povrchového bobtnání a jiné hluboký pohyb.

Povrchový bobtnavý povrch

Existují systémy kloubových segmentů, jako je například Pelamis nebo „mořský had“, ve kterém vlny pohybují kloubovými moduly, které aktivují hydraulické motorové systémy spojené s elektrickými generátory.

Další alternativou je Salter Duck, kde bóje upevněné k ose provádějí pitching pohyb s vlnami a také aktivují hydraulické motory. Na druhé straně existuje celá řada návrhů založených na bójích, jejichž kmitání také aktivuje hydraulické systémy.

Hluboký houpací pohyb

Archimedean Wave Oscillator se skládá ze dvou válců namontovaných v sérii na konstrukci ukotvené k mořskému dnu. Horní válec má boční magnety a pohybuje se svisle dolů s tlakem vlny.

Když válec klesá, tlačí na spodní válec, který obsahuje vzduch, a jak se tlak vlny zvyšuje, tlak vzduchu tlačí systém nahoru. Svisle oscilační pohyb magnetizovaného válce umožňuje generování elektřiny pomocí cívky.

Wave Dragon

Skládá se z plovoucí plošiny připevněné ke dnu s ploutvemi, které umožňují přijímat vodu pohybovanou vlnami, což způsobuje zaplavení struktury. Voda se hromadí a potom cirkuluje přes centrální kolonu turbínou.

- Pobřežní systémy

Tyto systémy jsou instalovány na pobřeží a využívají energie generované rozbíjením vln. Omezení těchto systémů spočívá v tom, že pracují pouze na pobřežích se silnými vlnami.

Příkladem je systém navržený baskickým inženýrem Iñaki Valle, který se skládá z plošiny ukotvené ke svažitému pobřeží magnetem na kolejích. Vlna tlačí magnet nahoru, klesá gravitací a pohyb indukuje cívku pro výrobu elektřiny.

Systém

Skládá se ze systému desek, které kmitají tam a zpět s odlivem a tokem vln a tento pohyb pomocí pístového čerpadla aktivuje elektrickou turbínu.

Systém

V tomto případě jde o plovoucí desky ukotvené k pobřeží, které dostávají sílu přerušení vlny a aktivují hydraulický systém. Hydraulický motor zase pohání turbínu, která vyrábí elektřinu.

Systém CETO

Skládá se z řady ponořených bójí kotvících k mořskému dnu a jejichž kmitání aktivuje hydraulická čerpadla, která odvádějí mořskou vodu k pobřeží. Čerpaná voda aktivuje turbínu k výrobě elektřiny.

Systémy využívající potenciální energii

Existuje celá řada systémů, které ukládají mořskou vodu v nádržích a poté mohou gravitačně aktivovat Kaplanovy turbíny a vyrábět elektřinu. Voda dosáhne nádrže poháněné samotnou vlnou jako v systému TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) nebo SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-Conne Generator).

Systémy kolony voda-vzduch

V jiných případech je síla vody poháněná vlnami používána k pohybu sloupce vzduchu, který při průchodu turbínou generuje elektřinu.

Například v systému OWC (oscilační vodní sloupec) voda ve vlnovém proudu protéká potrubím a řídí vnitřní vzduch. Vzduchový sloup stoupá komínem a prochází turbínou, aby vyšel ven.

Když voda ustoupí v odlivu vln, vzduch znovu vstoupí do komína a pohybuje turbínou znovu. To má design, díky kterému se pohybuje oběma proudy stejným směrem.

Další podobný systém je ORECON, kde kmitání vody uvnitř komory pohání plovák, který zase tlačí vzduch, aby prošel turbínou. Tento systém funguje rovnoměrně pohybem vzduchu v obou směrech.

Výhoda

Vlnová farma. Zdroj: P123

Obnovitelná energie

Je to energie z prakticky nevyčerpatelného přírodního zdroje, jako jsou mořské vlny.

Zdroj energie je zdarma

Zdrojem vlnové energie jsou mořské vlny, nad nimiž se nevykonává žádné ekonomické vlastnictví.

Čistá energie

Vlnová energie nevytváří odpad a dosud navržené systémy pro jeho použití nevytvářejí v tomto procesu relevantní odpad.

Nízký dopad na životní prostředí

Jakékoli rušení ve vodním nebo pobřežním prostředí má určitý dopad na životní prostředí, ale většina navrhovaných systémů má malý dopad.

Přidružení k jiným produktivním účelům

Některé vlnové energetické systémy umožňují extrakci mořské vody za účelem provedení odsolovacího procesu a získání pitné vody nebo pro výrobu vodíku.

Například ti, jejichž provoz zahrnuje sběr a ukládání mořské vody na pobřeží, jako je TAPCHAN a SSG Wave Energy.

Nevýhody

Většina nevýhod není absolutních, ale závisí na konkrétním vlnovém systému, který hodnotíme.

Vlnová síla a pravidelnost

Rychlost výroby energie závisí na náhodném chování vln v pravidelnosti a síle. Oblasti, kde může být využití této energie efektivní, jsou proto omezené.

Amplituda a směr vlny bývá nepravidelný, takže příchozí energie je náhodná. To ztěžuje zařízení získat maximální výkon v celém frekvenčním rozsahu a účinnost přeměny energie není vysoká.

Údržba

Údržba příslušných struktur má za následek korozivní účinky mořského ledovce a dopad samotných vln určité potíže a náklady. V případě pobřežních a ponořených zařízení jsou náklady na údržbu zvýšeny obtížemi v přístupu a potřebou pravidelného dohledu.

Klimatické a environmentální podmínky obecně

Struktury pro zachycení vlnové energie a její přeměnu na elektrickou energii jsou v mořském prostředí vystaveny extrémním podmínkám. Mezi ně patří mimo jiné vlhkost, ledek, vítr, déšť, bouře, hurikány.

Bouře znamenají, že zařízení musí vydržet zatížení 100krát větší, než je jmenovité, což může způsobit poškození nebo úplné poškození zařízení.

mořský život

Mořský život je také faktorem, který může ovlivnit funkčnost zařízení, jako jsou velká zvířata (žraloci, kytovci). Na druhé straně mlhy a řasy ulpívají na povrchu zařízení, což způsobuje značné zhoršení kvality.

Počáteční investice

Počáteční ekonomická investice je vysoká kvůli požadovanému vybavení a obtížím při jeho instalaci. Zařízení potřebuje speciální materiály a nátěry, hermetické a kotvící systémy.

Dopad na antropické aktivity

V závislosti na typu použitého systému mohou ovlivnit navigaci, rybolov a turistickou atrakci v této oblasti.

Země, které používají vlnovou energii

Elektrárna Motrico Wave (Španělsko). Zdroj: Txo

Španělsko

Přestože je potenciál Středozemního moře z hlediska energie vln nízký, v Kantaberském moři a v Atlantickém oceánu je velmi vysoký. V baskickém městě Mutriku je v roce 2011 postavena elektrárna se 16 turbínami (výkon 300 kW).

V Santoñě (Kantábrie) je další elektrárna s vlnami, která využívá 10 ponořených bójí, aby využila energii vertikální oscilace vln a generovala elektřinu. Na Kanárských ostrovech existuje několik projektů, jejichž cílem je zvýšit energii vln díky příznivým podmínkám jejich pobřeží.

Portugalsko

V roce 2008 společnost Ocean Power Delivery (OPD) nainstalovala tři stroje Pelamis P-750, které se nacházejí 5 km od portugalského pobřeží. Ty se nacházejí v blízkosti Póvoa de Varim, s instalovaným výkonem 2,25 MW.

Skotsko (Velká Británie)

Technologie OWC se používá na ostrově Orkney, kde je od roku 2000 instalován systém s názvem LIMPET. Tento systém má maximální produkci 500 KW.

Dánsko

V roce 2004 byl v Dánsku nainstalován pilotní projekt typu Wave Dragon, jehož rozměry byly 58 x 33 ma maximální výkon 20 KW.

Norsko

Probíhá instalace zařízení pro systém SSG Wave Energy v Svaaheia (Norsko).

NÁS

V roce 2002 byl v New Jersey nainstalován pilotní projekt pro zařízení Power Buoy, s pobřežní bójí o průměru 5 m, délce 14 ma maximálním výkonem 50 KW.

V Oregonu byla v přístavu Garibaldi instalována pilotní elektrárna SSG Wave Energy. Podobně na Havaji podporují obnovitelné zdroje energie a v případě ostrova Maui je hlavním obnovitelným zdrojem energie vln.

Reference

1. Amundarain M (2012). Obnovitelná energie z vln. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Revidováno 8. 3. 2016 z ehu.eus
2. Cuevas T a Ulloa A (2015). Vlnová energie. Seminář o trhu konvenčních a obnovitelných zdrojů energie pro stavební inženýry. Fakulta fyzikálních věd a matematiky, Univerzita Chile. 13 str.
3. Falcão AF de O (2010). Využití vlnové energie: přehled technologií. Recenze obnovitelné a udržitelné energie 14: 899–918.
4. Rodríguez R a Chimbo M (2017). Využití vlnové energie v Ekvádoru. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energetická závislost a energie vln ve Španělsku: velký potenciál moře. Titul Geografie a územní plánování, Filozofická fakulta a dopisy, University of Cantabria. 52 s.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP a Buccino M (2012). SSG Wave Energy Converter: Výkon, stav a nejnovější vývoj. Energies 5: 193-226.

   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com