VÅGENERGI: HISTORIA, HUR DET FUNGERAR, FÖRDELAR, NACKDELAR - MILJÖ - 2025

Den vågenergi eller våg - effekt är den mekaniska energi som genereras av den våg och som omvandlas till elektrisk energi. Det är den kinetiska energin i vatten som produceras av vindenergin i dess friktion med ytan på vattenmassorna.

Denna kinetiska energi förvandlas av turbiner till elektrisk energi, som är en förnybar och ren energi. Historien om användningen av denna energi går tillbaka till det nittonde århundradet, men det är i slutet av det tjugonde århundradet när det börjar blomstra.

Vågornas kraft. Källa: Mostafameraji

Idag finns det ett stort antal system som föreslås för att utnyttja formerna av vågenergi. Dessa inkluderar vågoscillation, vågchock eller tryckvariationer under vågen.

Den allmänna principen för dessa system är liknande och består av att utforma anordningar som omvandlar vågornas kinetiska energi till mekanisk energi och sedan till elektrisk energi. Emellertid är utformningen och implementeringen mycket varierande och kan installeras vid kusten eller offshore.

Utrustningen kan vara nedsänkt, halvt nedsänkt, flytande eller byggd på strandlinjen. Det finns system som Pelamis, där vågens uppåtgående rörelse aktiverar hydraulsystem med tryckkraft som aktiverar motorer kopplade till elektriska generatorer.

Andra drar nytta av vågkraften när de bryter vid kusten, antingen genom att trycka på hydraulkolvar eller luftkolonner som flyttar turbiner (Exempel: OWC-system, Oscillating Water Column).

I andra konstruktioner används vågkraften när den bryts på strandlinjen för att kanalisera den och fylla reservoarer. Därefter används den lagrade vattnets potentiella energi för att flytta turbiner genom tyngdkraften och generera elektrisk energi.

Vågenergi har utan tvekan fördelar eftersom den är förnybar, ren, kostnadsfri och har låg miljöpåverkan. Det innebär emellertid vissa nackdelar som är förknippade med de miljöförhållanden som utrustningen fungerar i och vågornas egenskaper.

Förhållandena i den marina miljön utsätter strukturerna för korrosion från saltpeter, verkan av marin fauna, hög solstrålning, vind och stormar. Beroende på typen av system kan därför arbetsförhållandena vara svåra, särskilt i nedsänkta eller förankrade offshore-system.

På samma sätt är underhåll kostsamt, särskilt i offshore-system, eftersom förankringarna måste kontrolleras regelbundet. Beroende på systemet och området kan de å andra sidan ha en negativ inverkan på båtliv, fiske och rekreation.

Historia

Det har sina föregångar på 1800-talet då spanska José Barrufet patenterade det han kallade "marmotor". Denna maskin producerade elektricitet från vågens vertikala svängning och kommersialiserades inte förrän på 80-talet av 1900-talet.

Barrufets apparat bestod av en serie bojar som svängde upp och ner med vågorna och drev en elektrisk generator. Systemet var inte särskilt effektivt men enligt uppfinnaren kunde det generera 0,36 kW.

Idag finns det mer än 600 patent för att utnyttja vågornas kraft för att generera elektrisk energi. Dessa kan arbeta med hjälp av den kraft som alstras av den vertikala svängningen eller den som genereras av vågens påverkan på kusten.

Hur fungerar vågenergi?

Pelamiskonverterare i Peniche, Portugal. Källa: Dipl. Ing. Guido Grassow

Funktionen för vågkraftsystem beror på den rörelse du vill dra nytta av vågorna. Det finns flytande eller förankrade system på land som drar nytta av den vertikala svängningen i vattnet, medan andra fångar kraften från vågchocken vid kusten.

På samma sätt finns det de som använder tryckvariationen under vågens yta. I vissa fall tillåter vågornas kinetiska energi havsvattnet att lagras och dra fördel av dess potentiella energi (tyngdkraftsfall) för att aktivera elektriska turbiner.

I andra system producerar vågornas mekaniska energi rörelser av hydrauliska kolvar eller luftmassor som aktiverar hydraulmotorer eller turbiner för att generera elektricitet.

- Flytande eller förankrade system på land

Dessa system kan vara halvt nedsänkta eller nedsänkta och dra fördel av den svängande rörelsen orsakad av vågor på land. Vissa system använder kraften på ytan sväller och andra den djupa rörelsen.

Ytan sväller

Det finns system med ledade segment, till exempel Pelamis eller "havsorm", där vågorna flyttar ledade moduler som aktiverar hydrauliska motorsystem kopplade till elektriska generatorer.

Ett annat alternativ är Salter Duck, där bojar som är fästa vid en axel utför en tonhöjningsrörelse med vågorna, som också aktiverar hydraulmotorer. Å andra sidan finns det en hel serie förslag baserade på bojar vars svängning också aktiverar hydraulsystem.

Djupt gungande rörelse

Archimedean Wave Oscillator består av två cylindrar monterade i serie på en struktur förankrad till havsbotten. Den övre cylindern har sidomagneter och rör sig vertikalt nedåt med vågtrycket.

När cylindern går ner trycker den på den nedre cylindern som innehåller luft och, när vågens tryck ger sig, driver lufttrycket systemet uppåt. Den vertikalt svängande rörelsen hos den magnetiserade cylindern gör att el kan genereras med hjälp av en spole.

Wave Dragon

Den består av en flytande plattform bunden till botten med fenor som gör det möjligt att ta emot vattnet rört av vågorna, vilket får strukturen att översvämma. Vattnet ackumuleras och cirkuleras sedan genom en central kolonn genom en turbin.

- Kustsystem

Dessa system är installerade vid kusten och drar nytta av energin som genereras genom att bryta vågor. Begränsningen av dessa system är att de bara fungerar på kuster med starka vågor.

Ett exempel är systemet designat av den baskiska ingenjören Iñaki Valle, som består av en plattform förankrad till den sluttande kusten med en magnet på skenor. Vågen trycker magneten uppåt, den sjunker genom tyngdkraften och rörelsen inducerar en spole för att producera elektricitet.

Systemet

Den består av ett system av plattor som svänger fram och tillbaka med vågets ebb och flöde och denna rörelse, med hjälp av en kolvpump, aktiverar den elektriska turbinen.

System av

I det här fallet är det fråga om flytande plattor förankrade vid kusten som får kraften för att bryta vågen och aktivera ett hydrauliskt system. Den hydrauliska motorn driver i sin tur en turbin som genererar el.

CETO-system

Den består av en serie nedsänkta bojar förankrade vid havsbotten och vars svängning aktiverar hydraulpumpar som transporterar havsvatten till kusten. Det pumpade vattnet aktiverar en turbin för att generera el.

System som utnyttjar potentiell energi

Det finns ett antal system som lagrar havsvatten i tankar och sedan, genom tyngdkraften, kan aktivera Kaplan-turbiner och generera el. Vattnet når tankarna som drivs av själva vågen som i TAPCHAN-systemet (Tapered Channel Wave Power System) eller SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Vatten-luft kolonnsystem

I andra fall används kraften i vattnet som drivs av vågorna för att flytta en luftkolonn som, när den passerar genom en turbin, genererar elektricitet.

Till exempel i OWC-systemet (Oscillating Water Column) kommer vattnet i vågflödet in genom en kanal och driver inomhusluften. Luftpelaren stiger genom en skorsten och passerar genom turbinen för att gå ut.

När vattnet drar sig tillbaka i vågens ebb kommer luften igen in i skorstenen och flyttar turbinen igen. Detta har en design som gör att den rör sig i samma riktning i båda flödena.

Ett annat liknande system är ORECON, där svängningen av vattnet inuti kammaren driver en flottör som i sin tur trycker på luften för att passera genom turbinen. Detta system fungerar lika genom att flytta luft i båda riktningarna.

Fördel

Våggård. Källa: P123

Förnybar energi

Det är en energi från en praktiskt taget outtömlig naturlig källa som havsvågor.

Energikällan är gratis

Källan till vågenergi är havsvågor, över vilka inget ekonomiskt äganderätt utövas.

Ren energi

Vågenergi genererar inte avfall och de system som hittills föreslås för dess användning genererar inte heller relevant avfall i processen.

Låg miljöpåverkan

Alla störningar i vattenmiljön eller kustmiljön genererar viss miljöpåverkan, men de flesta av de föreslagna systemen har låg effekt.

Förening med andra produktiva ändamål

Vissa vågkraftsystem tillåter utvinning av havsvatten för att utföra avsaltningsprocesser och få dricksvatten eller för produktion av väte.

Till exempel de vars verksamhet handlar om att samla och lagra havsvatten vid kusten, till exempel TAPCHAN och SSG Wave Energy.

nackdelar

De flesta av nackdelarna är inte absoluta, men beror på det specifika vågsystem som vi utvärderar.

Vågkraft och regelbundenhet

Hastigheten för energiproduktion beror på slumpmässigt beteende hos vågorna i regelbundenhet och styrka. Därför är områden där användningen av denna energi kan vara effektiva begränsade.

Vågens amplitud och riktning tenderar att vara oregelbunden så den inkommande kraften är slumpmässig. Detta gör det svårt för apparaten att uppnå maximal prestanda över hela frekvensområdet och energiomvandlingseffektiviteten är inte hög.

Underhåll

Underhållet av de involverade strukturerna medför vissa svårigheter och kostnader med tanke på de marina saltpeters korrosiva effekter och själva vågornas påverkan. När det gäller offshore- och nedsänkta anläggningar ökas underhållskostnaderna genom åtkomstsvårigheter och behovet av periodisk övervakning.

Klimat och miljö i allmänhet

Strukturerna för att fånga vågenergi och omvandla den till elektrisk energi utsätts för extrema förhållanden i den marina miljön. Dessa inkluderar luftfuktighet, saltpeter, vindar, regn, stormar, orkaner, bland andra.

Stormar innebär att enheten måste tåla belastningar 100 gånger större än den nominella, vilket kan orsaka skador eller totala skador på utrustningen.

marint liv

Marint liv är också en faktor som kan påverka funktionaliteten hos utrustning som stora djur (hajar, valar). Å andra sidan fäster tvåskalor och alger sig på utrustningens yta vilket orsakar avsevärd försämring.

Inledande investering

Den initiala ekonomiska investeringen är hög på grund av den nödvändiga utrustningen och svårigheterna med installationen. Utrustningen behöver speciella material och beläggningar, hermetiska och förankringssystem.

Påverkan på antropisk verksamhet

Beroende på vilken typ av system som används kan dessa påverka navigering, fiske och turistattraktionen i området.

Länder som använder vågenergi

Motrico Wave Power Plant (Spanien). Källa: Txo

Spanien

Även om potentialen i Medelhavet är låg när det gäller vågenergi, är den i Kantabriska havet och i Atlanten mycket hög. I den baskiska staden Mutriku finns ett kraftverk som byggdes 2011 med 16 turbiner (300 kW kraft).

I Santoña (Cantabria) finns det en annan vågkraftstation som använder 10 nedsänkta bojar för att dra nytta av vågornas vertikala svängningsenergi och generera elektricitet. På Kanarieöarna finns det flera projekt för att öka vågenergin på grund av deras gynnsamma förhållanden.

portugal

2008 installerade företaget Ocean Power Delivery (OPD) tre Pelamis P-750-maskiner som ligger 5 km utanför den portugisiska kusten. Dessa är belägna nära Póvoa de Varim, med en installerad kapacitet på 2,25 MW.

Skottland (Storbritannien)

OWC-teknik används på ön Orkney, där ett system har installerats sedan 2000 kallat LIMPET. Detta system har en maximal produktion på 500 KW.

Danmark

2004 installerades ett pilotprojekt av typen Dragon Dragon i Danmark, dess dimensioner var 58 x 33 m och med en maximal effekt på 20 KW.

Norge

Installationen av en anläggning för SSG Wave Energy-systemet i Svaaheia (Norge) pågår.

US

År 2002 installerades ett pilotprojekt för en Power Buoy-enhet i New Jersey, med en offshore-boj som var 5 m i diameter, 14 m lång och med en maximal effekt på 50 KW.

I Oregon installerades en SSG Wave Energy-pilotanläggning i Garibaldi hamn. På Hawaii främjar de också förnybara energikällor, och för Maui Island är den viktigaste förnybara källan vågenergi.

referenser

1. Amundarain M (2012). Förnybar energi från vågor. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Reviderad 08/03/2019 från ehu.eus
2. Cuevas T och Ulloa A (2015). Vågenergi. Konventionellt och förnybar energimarknadsseminarium för civilingenjörer. Fakulteten för fysikaliska vetenskaper och matematik, Chile, University. 13 sid.
3. Falcão AF de O (2010). Vågenergianvändning: En översyn av teknologierna. Förnybar och hållbar energivärde 14: 899–918.
4. Rodríguez R och Chimbo M (2017). Användning av vågenergi i Ecuador. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energiberoende och vågenergi i Spanien: havets stora potential. Examen i geografi och fysisk planering, fakulteten för filosofi och bokstäver, University of Cantabria. 52 sid.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP och Buccino M (2012). SSG Wave Energy Converter: Prestanda, status och senaste utvecklingen. Energier 5: 193-226.
   Weebly. Online: avsmalnande kanalwaveenergy.weebly.com