HULLÁMENERGIA: TÖRTÉNELEM, MŰKÖDÉSE, ELŐNYEI, HÁTRÁNYAI - KÖRNYEZET - 2026

A hullámenergia vagy a hullámteljesítmény a hullám által generált mechanikai energia, amely elektromos energiává alakul. Ez a víz kinetikus energiája, amelyet a szél energiája hoz létre a víztestek súrlódásakor.

Ezt a kinetikus energiát a turbinák elektromos energiává alakítják, megújuló és tiszta energiává válva. Az energia felhasználásának története a tizenkilencedik századra nyúlik vissza, de a huszadik század végén kezdődik a virágzás.

A hullámok ereje. Forrás: Mostafameraji

Manapság számos olyan rendszer javasolt, amely a hullámenergia formáinak kihasználására szolgál. Ide tartoznak a hullám lengése, hullám sokk vagy a hullám alatti nyomásváltozások.

Ezeknek a rendszereknek az alapelve hasonló, és olyan eszközök tervezéséből áll, amelyek a hullámok kinetikus energiáját mechanikai energiává, majd elektromos energiává alakítják. A tervezés és a kivitelezés azonban nagyon változó, és telepíthető a tengerparton vagy a tengerparton.

A felszerelés merülhet, félig merülhet, lebeghet vagy felépíthető a part mentén. Vannak olyan rendszerek, mint például a Pelamis, ahol a hullámok felfelé történő mozgása tolóerővel aktiválja a hidraulikus rendszereket, amelyek az elektromos generátorokhoz kapcsolt motorokat aktiválják.

Mások kihasználják a hullámok erejét, amikor a parton törnek, akár hidraulikus dugattyúk vagy turbinákat mozgató levegőoszlopok nyomásával (Példa: OWC rendszer, oszcilláló vízoszlop).

Más kiviteli alakokban a hullám erőt alkalmazzák, mivel a parton szakad meg annak irányításához és a tartályok kitöltéséhez. Ezt követően a tárolt víz potenciális energiáját felhasználják a turbinák gravitáció általi mozgatására és az elektromos energia előállítására.

A hullámenergia kétségtelen előnyei vannak, mivel megújuló, tiszta, ingyenes és alacsony környezeti hatású. Ennek ellenére vannak bizonyos hátrányok, amelyek a berendezés működésének környezeti feltételeivel és a hullámok jellemzőivel kapcsolatosak.

A tengeri környezet feltételei miatt a szerkezeteket sósav korróziója, a tengeri állatvilág hatása, a magas napsugárzás, a szél és a vihar okozza. Ezért, a rendszer típusától függően, a munkakörülmények nehézségekbe ütközhetnek, különösen merülő vagy rögzített tengeri rendszereknél.

Hasonlóképpen, a karbantartás költséges, különösen offshore rendszerekben, mivel a horgonyokat rendszeresen ellenőrizni kell. Másrészt, a rendszertől és a területtől függően, negatívan befolyásolhatják a csónakázást, a halászatot és a szabadidős tevékenységeket.

Történelem

Előzményei a 19. században fordultak elő, amikor a spanyol José Barrufet szabadalmaztatta az úgynevezett „mormotorát”. Ez a gép villamos energiát állított elő a hullámok függőleges oszcillációja révén, és csak a 20. század 80-as éveiben került forgalomba.

A Barrufet készüléke egy bója sorozatából állt, amelyek fel-le lengtek a hullámokkal és egy elektromos generátort vezettek. A rendszer nem volt túl hatékony, de feltalálója szerint 0,36 kW teljesítményt tudott előállítani.

Manapság több mint 600 szabadalom rendelkezik a hullámok erőinek az elektromos energia előállításához történő felhasználására. Ezek a függőleges lengés által keltett erő által működtethetők, vagy a hullám part menti ütése által generált erő révén.

Hogyan működik a hullámenergia?

Pelamis-átalakító Peniche-ben, Portugáliában. Forrás: Dr. Ing. Guido Grassow

A hullámenergia-rendszerek működése attól a mozgástól függ, amelyet ki akar aknázni a hullámokból. A parton vannak úszó vagy rögzített rendszerek, amelyek kihasználják a víz függőleges lengését, míg mások megragadják a hullámok ütés erejét a parton.

Hasonlóképpen vannak olyanok, amelyek a hullám felszíne alatti nyomásváltozást használják. Egyes esetekben a hullámok kinetikus energiája lehetővé teszi a tengervíz tárolását, és kihasználhatja annak potenciális energiáját (gravitációs esését) az elektromos turbinák aktiválásához.

Más rendszerekben a hullámok mechanikus energiája hidraulikus dugattyúkat vagy légtömegeket mozgat, amelyek hidraulikus motorokat vagy turbinákat aktiválnak villamosenergia előállításához.

- Úszó vagy rögzített rendszerek a parton

Ezek a rendszerek félig elmerülhetnek vagy merülhetnek, és kihasználhatják a parti hullámok által okozott oszcilláló mozgást. Egyes rendszerek a felület duzzadását, mások a mély mozgást használják.

A felület megduzzad

Vannak csuklós szegmensek rendszerei, például a Pelamis vagy a „tengeri kígyó”, amelyekben a hullámok olyan csuklós modulokat mozgatnak, amelyek az elektromos generátorokhoz kapcsolt hidraulikus motorrendszereket aktiválják.

Egy másik alternatíva a Salter Duck, ahol a tengelyhez rögzített bója a hullámokkal elmozdulással mozgatja a hidraulikus motorokat is. Másrészt, egy bónuszokon alapuló javaslat egész sorát érinti, amelynek rezgése a hidraulikus rendszereket is aktiválja.

Mély ringató mozgás

Az archimédiai hullám oszcillátor két hengerből áll, amelyek sorban vannak felszerelve a tengerfenékhez rögzített szerkezetre. A felső henger oldalmágnesekkel rendelkezik, és függőlegesen lefelé mozog a hullám nyomásával.

Amikor a henger leereszkedik, megnyomja az alsó hengert, amely levegőt tartalmaz, és ahogy a hullám nyomása kiold, a légnyomás a rendszert felfelé tolja. A mágneses henger függőleges irányú lengő mozgása lehetővé teszi az áram generálását tekercs segítségével.

Hullám sárkány

Ez egy lebegő platformból áll, amely az aljához olyan uszonyokkal van összekötve, amelyek lehetővé teszik a hullámok által mozgatott víz befogadását, és ezáltal a szerkezet elárasztódik. A víz felhalmozódik, majd egy központi oszlopon keresztül keringtetik egy turbinán keresztül.

- Tengerparti rendszerek

Ezeket a rendszereket a tengerpartra telepítették, és kihasználják a hullámok törésével generált energiát. E rendszerek korlátozása az, hogy csak erős hullámú partokon működnek.

Példa erre a baszk mérnök Iñaki Valle által kidolgozott rendszer, amely egy, a lejtős parthoz rögzített platformból áll, sínekkel ellátott mágnessel. A hullám a mágnest felfelé tolja, gravitációval leereszkedik, és a mozgás egy tekercs indukálására hozza elő az áramot.

Rendszer

Ez egy olyan lemezrendszerből áll, amely előre-hátsó irányban rezgő az ebből és a hullámok áramlásából, és ez a mozgás egy dugattyús szivattyú segítségével aktiválja az elektromos turbina.

Rendszere

Ebben az esetben a parthoz rögzített lebegő lemezekről van szó, amelyek megkapják a hullámtörés erejét és hidraulikus rendszert aktiválnak. A hidraulikus motor viszont egy turbina hajt, amely áramot termel.

CETO rendszer

A tengerfenékhez rögzített merülő bóják sorozatából áll, amelyek oszcillációja aktiválja a tengervíz partra szállítását szolgáló hidraulikus szivattyúkat. A szivattyúzott víz aktiválja a turbina áramot.

A potenciális energiát hasznosító rendszerek

Számos olyan rendszer létezik, amely tartályokban tárolja a tengervizet, majd gravitációs úton képes aktiválni a Kaplan turbinákat és áramot termelni. A víz eléri a tartályokat, amelyeket maga a hullám vezet, mint a TAPCHAN rendszerben (kúpos csatornahálózati rendszer) vagy az SSG hullámenergiában (tengerhullámú réskúp-generátor).

Víz-levegő oszloprendszerek

Más esetekben a hullámok által vezetett víz erőjét olyan levegőoszlop mozgatására használják, amely egy turbinán áthaladva áramot termel.

Például az OWC rendszerben (oszcilláló vízoszlop) a hullámáramban lévő víz egy csatornán jut be és továbbítja a beltéri levegőt. A levegőoszlop egy kéményen emelkedik, és áthalad a turbinán, hogy kifelé távozzon.

Amikor a víz visszahúzódik a hullámok végén, a levegő visszatér a kéménybe, és a turbina ismét elmozdul. Ennek kialakítása miatt mindkét áramlásban azonos irányba halad.

Egy másik hasonló rendszer az ORECON, ahol a víz oszcillálása a kamrában egy úszót vezet, amely viszont megnyomja a levegőt, hogy áthaladjon a turbinán. Ez a rendszer egyformán működik, ha mindkét irányba mozgatja a levegőt.

Előny

Hullám farm. Forrás: P123

Megújuló energia

Ez egy gyakorlatilag kimeríthetetlen természetes forrásból, például óceánhullámokból származó energia.

Az energiaforrás ingyenes

A hullámenergia forrása az óceánhullámok, amelyek felett nem gyakorol gazdasági felelősséget.

Tiszta energia

A hullámenergia nem termel hulladékot, és a felhasználására eddig javasolt rendszerek sem a folyamat során keletkeznek releváns hulladékot.

Alacsony környezeti hatás

A vízi vagy a part menti környezetbe történő bármilyen beavatkozás bizonyos mértékű környezeti hatást gyakorol, ám a javasolt rendszerek többsége csekély hatású.

Társulás más termelési célokkal

Néhány hullámenergia-rendszer lehetővé teszi a tengervíz kinyerését sótalanítási folyamatok elvégzéséhez, ivóvíz előállításához vagy hidrogén előállításához.

Például azok, akiknek a művelete magában foglalja a tengervíz part menti gyűjtését és tárolását, mint például a TAPCHAN és az SSG Wave Energy.

hátrányok

A hátrányok többsége nem abszolút, hanem attól függ, hogy melyik hullámrendszert vizsgáljuk.

Hullám erő és szabályosság

Az energiatermelés mértéke a hullámok véletlenszerű viselkedésétől függ a szabályosság és az erősség szempontjából. Ezért korlátozottak azok a területek, ahol ezen energia felhasználása hatékony lehet.

A hullám amplitúdója és iránya általában szabálytalan, tehát a bejövő teljesítmény véletlenszerű. Ez megnehezíti a készülék számára a maximális teljesítmény elérését a teljes frekvenciatartományban, és az energiaátalakítási hatékonyság nem magas.

Karbantartás

Az érintett szerkezetek karbantartása bizonyos nehézségeket és költségeket von maga után, figyelembe véve a tengeri sótartalom korróziós hatásait és a hullámok hatásait. Tengeri és víz alatti létesítmények esetében a karbantartás költségeit növelik a hozzáférési nehézségek és az időszakos felügyelet szükségessége.

Általános éghajlati és környezeti feltételek

A hullámenergia elfogására és elektromos energiává történő átalakítására szolgáló szerkezeteket a tengeri környezet szélsőséges körülményeknek teszik ki. Ide tartoznak többek között a páratartalom, a sósav, a szél, az eső, a vihar, a hurrikán.

A vihar azt jelenti, hogy az eszköznek a névlegesnél 100-szor nagyobb terhelést kell ellenállnia, ami a berendezés károsodását vagy teljes károsodását okozhatja.

tengeri élet

A tengeri élet olyan tényező, amely befolyásolhatja a felszerelések, például a nagy állatok (cápák, cetfélék) működését. Másrészről, a kagylók és az algák tapadnak a berendezés felületéhez, ami jelentős romlást okoz.

Kezdeti beruházás

A kezdeti gazdasági beruházás magas a szükséges felszerelések és a felszerelés nehézségei miatt. A felszereléshez speciális anyagok és bevonatok, hermetikus és rögzítő rendszerek szükségesek.

Az antropikus tevékenységekre gyakorolt ​​hatás

Az alkalmazott rendszer típusától függően ezek befolyásolhatják a navigációt, a halászatot és a környék turisztikai vonzerejét.

Országok, amelyek hullámenergiát használnak

Motrico Wave erőmű (Spanyolország). Forrás: Txo

Spanyolország

Noha a Földközi-tenger potenciálja alacsony a hullámenergia szempontjából, a Kantabriai-tengeren és az Atlanti-óceánon nagyon magas. Mutriku baszkvárosában található egy erőmű, amelyet 2011-ben építettek 16 turbinával (300 kW teljesítmény).

Santoñában (Cantabria) van egy másik hullámerőmű, amely 10 merülő bóját használ fel a hullámok függőleges lengési energiájának kihasználására és az áram előállítására. A Kanári-szigeteken számos projekt folyik annak érdekében, hogy tengerpartjuk kedvező körülményei miatt növeljék a hullámenergiát.

Portugália

2008-ban az Ocean Power Delivery (OPD) vállalat három Pelamis P-750 gépet telepített, amelyek 5 km-re találhatók a Portugália partjaitól. Ezek Póvoa de Varim közelében találhatóak, 2,25 MW beépített kapacitással.

Skócia (Egyesült Királyság)

Az OWC technológiát Orkney szigetén használják, ahol 2000 óta telepítik a LIMPET nevû rendszert. Ennek a rendszernek a maximális termelése 500 kW.

Dánia

2004-ben egy Wave Dragon típusú kísérleti projektet telepítettek Dániában, mérete 58 x 33 m, maximális teljesítménye 20 KW.

Norvégia

Folyamatban van egy üzem létesítése az SSG Wave Energy rendszerhez Svaaheia-ban (Norvégia).

MINKET

2002-ben egy Power Buoy eszköz kísérleti projektjét telepítették New Jersey-ben, 5 m átmérőjű, 14 m hosszú és legfeljebb 50 KW teljesítményű tengeri bójával.

Oregonban egy SSG Wave Energy kísérleti üzemét telepítették a Garibaldi-kikötőbe. Hasonlóképpen, Hawaiiban előmozdítják a megújuló energiaforrásokat, és Maui-sziget esetében a fő megújuló energiaforrás a hullámenergia.

Irodalom

1. Amundarain M. (2012). Megújuló energia hullámokból. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Felülvizsgálva, 2018. 03. 08, az ehu.eus oldalról
2. Cuevas T és Ulloa A (2015). Hullám energia. Hagyományos és megújuló energiapiaci szeminárium építőmérnökök számára. A Chilei Egyetem Fizikai és Matematikai Kar. 13 p.
3. Falcão AF de O (2010). Hullámenergia-felhasználás: A technológiák áttekintése. Megújuló és fenntartható energia áttekintés 14: 899–918.
4. Rodríguez R és Chimbo M (2017). Hullámenergia felhasználása Ecuadorban. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energiafüggőség és hullámenergia Spanyolországban: a tenger nagy potenciálja. Földrajzi és területrendezési diploma, Cantabria Egyetemi Filozófiai és Levelek Kar. 52 o.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP és Buccino M (2012). Az SSG Wave Energy Converter: Teljesítmény, állapot és legújabb fejlemények. Energies 5: 193-226.

   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com