ENERGIA VALURILOR: ISTORIE, CUM FUNCȚIONEAZĂ, AVANTAJE, DEZAVANTAJE - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Energia valurilor sau a undelor - energia este energia mecanică generată de undă și care este transformată în energie electrică. Este energia cinetică a apei, produsă de energia vântului în frecarea sa cu suprafața corpurilor de apă.

Această energie cinetică este transformată de turbine în energie electrică, fiind o energie regenerabilă și curată. Istoria utilizării acestei energii datează din secolul al XIX-lea, dar este la sfârșitul secolului al XX-lea când începe să se dezvolte.

Puterea valurilor. Sursa: Mostafameraji

Astăzi există un număr mare de sisteme propuse pentru a profita de formele energiei valurilor. Acestea includ oscilația undei, șocul undei sau variațiile de presiune sub undă.

Principiul general al acestor sisteme este similar și constă în proiectarea dispozitivelor care transformă energia cinetică a undelor în energie mecanică și apoi în energie electrică. Cu toate acestea, proiectarea și implementarea sunt extrem de variabile și pot fi instalate pe coastă sau în larg.

Echipamentele pot fi scufundate, semi-scufundate, plutitoare sau construite pe țărm. Există sisteme precum Pelamis, unde mișcarea ascendentă a undelor activează sisteme hidraulice prin împingere care activează motoare cuplate cu generatoare electrice.

Alții profită de forța valurilor atunci când se rup pe coastă, fie prin împingerea pistoanelor hidraulice, fie a coloanelor de aer care mișcă turbinele (Exemplu: sistem OWC, Oscillating Water Column).

În alte modele, forța valului este folosită atunci când se sparge pe coastă pentru a-l canaliza și umple rezervoare. Ulterior, energia potențială a apei stocate este utilizată pentru a deplasa turbinele în funcție de gravitație și a genera energie electrică.

Energia valurilor are avantaje indubitabile, deoarece este regenerabilă, curată, gratuită și are un impact redus asupra mediului. Cu toate acestea, implică unele dezavantaje asociate condițiilor de mediu în care funcționează echipamentul și caracteristicile undelor.

Condițiile mediului marin supun structurilor coroziunii provocate de salit, acțiunea faunei marine, radiațiilor solare ridicate, vântului și furtunilor. Prin urmare, în funcție de tipul de sistem, condițiile de lucru pot fi dificile, în special în sistemele off-shore submerse sau ancorate.

De asemenea, întreținerea este costisitoare, în special în sistemele off-shore, deoarece ancorele trebuie verificate periodic. Pe de altă parte, în funcție de sistem și zonă, acestea pot avea un impact negativ asupra activităților de navigație, pescuit și recreere.

Istorie

Are antecedentele sale în secolul al XIX-lea, când spaniolul José Barrufet a brevetat ceea ce el a numit „marmotor”. Această mașină producea energie electrică din oscilația verticală a undelor și nu a fost comercializată până în anii 80 ai secolului XX.

Aparatul lui Barrufet consta dintr-o serie de geamuri care oscilau în sus și în jos cu undele, conducând un generator electric. Sistemul nu era foarte eficient, dar, potrivit inventatorului său, era capabil să genereze 0,36 kW.

Astăzi există mai mult de 600 de brevete pentru a valorifica forța undelor pentru a genera energie electrică. Acestea pot funcționa cu ajutorul forței produse de oscilația verticală sau cea generată de impactul valului pe coastă.

Cum funcționează energia valurilor?

Convertor Pelamis în Peniche, Portugalia. Sursa: Ing. Guido Grassow

Funcționarea sistemelor de putere de unde depinde de mișcarea de care doriți să profitați de unde. Există sisteme plutitoare sau ancorate în larg, care profită de oscilația verticală a apei, în timp ce altele captează forța șocului valurilor de pe coastă.

La fel, există și cei care folosesc variația presiunii sub suprafața undei. În unele cazuri, energia cinetică a valurilor permite stocarea apei de mare și să profite de energia potențială (căderea gravitațională) pentru activarea turbinelor electrice.

În alte sisteme, energia mecanică a undelor produce mișcări de pistoane hidraulice sau mase de aer care activează motoare hidraulice sau turbine pentru a genera electricitate.

- Sisteme plutitoare sau ancorate onshore

Aceste sisteme pot fi semi-scufundate sau scufundate și profită de mișcarea oscilantă cauzată de undele de pe uscat. Unele sisteme folosesc forța umflării suprafeței, iar altele mișcarea profundă.

Umflarea suprafeței

Există sisteme de segmente articulate, cum ar fi Pelamisul sau „șarpele marin”, în care undele deplasează module articulate care activează sisteme hidraulice cuplate cu generatoare electrice.

O altă alternativă este Salter Duck, unde geamurile fixate pe o axă efectuează o mișcare de pitching cu undele, activând și motoarele hidraulice. Pe de altă parte, există o serie întreagă de propuneri bazate pe boii a căror oscilație activează și sisteme hidraulice.

Mișcare de balansare profundă

Oscilatorul Waims Archimedean este format din doi cilindri montați în serie pe o structură ancorată pe fundul mării. Cilindrul superior are magneți laterali și se deplasează vertical în jos cu presiunea undei.

Când cilindrul coboară, apasă pe cilindrul inferior care conține aer și, pe măsură ce presiunea undei cedează, presiunea aerului conduce sistemul în sus. Mișcarea oscilantă pe direcția verticală a cilindrului magnetizat permite generarea electricității cu ajutorul unei bobine.

Wave Dragon

Este format dintr-o platformă plutitoare legată la partea inferioară cu aripioare care îi permit să primească apa mișcată de valuri, determinând inundarea structurii. Apa se acumulează și apoi este circulată printr-o coloană centrală printr-o turbină.

- Sisteme de coastă

Aceste sisteme sunt instalate pe coastă și profită de energia generată prin ruperea undelor. Limitarea acestor sisteme constă în faptul că acestea funcționează doar pe coaste cu valuri puternice.

Un exemplu este sistemul proiectat de inginerul basc Iñaki Valle, care constă dintr-o platformă ancorată pe coasta înclinată, cu un magnet pe șine. Valul împinge magnetul în sus, coboară prin gravitație și mișcarea induce o bobină pentru a produce electricitate.

Sistem

Se compune dintr-un sistem de plăci care oscilează înainte și înapoi cu debitul și fluxul undelor și această mișcare, cu ajutorul unei pompe cu piston, activează turbina electrică.

Sistemul

În acest caz, este vorba despre plăci plutitoare ancorate pe coastă, care primesc forța ruperii undei și activează un sistem hidraulic. Motorul hidraulic conduce la rândul său o turbină care generează energie electrică.

Sistem CETO

Este format dintr-o serie de chei scufundate ancorate pe fundul mării și a căror oscilație activează pompe hidraulice care transportă apa de mare spre coastă. Apa pompată activează o turbină pentru a genera electricitate.

Sisteme care valorifică energia potențială

Există o serie de sisteme care stochează apa de mare în rezervoare și apoi, prin gravitație, pot activa turbinele Kaplan și generează energie electrică. Apa ajunge în rezervoarele conduse de valul în sine, ca în sistemul TAPCHAN (sistem Tapered Channel Wave Power System) sau SSG Wave Energy (Generator de sloturi cu conuri de undă de mare).

Sisteme coloană apă-aer

În alte cazuri, forța apei condusă de valuri este utilizată pentru a deplasa o coloană de aer care, atunci când trece printr-o turbină, generează energie electrică.

De exemplu, în sistemul OWC (Oscillating Water Column) apa din fluxul de undă intră printr-o conductă și conduce aerul din interior. Coloana de aer se ridică printr-un coș de fum și trece prin turbină pentru a ieși afară.

Când apa se retrage în fundul valurilor, aerul intră din nou în coș, mutând din nou turbina. Aceasta are un design care îl face să se deplaseze în aceeași direcție în ambele fluxuri.

Un alt sistem similar este ORECON, unde oscilația apei din interiorul camerei conduce un plutitor care, la rândul său, apasă aerul pentru a trece prin turbină. Acest sistem funcționează în mod egal deplasând aerul în ambele direcții.

Avantaj

Ferma de valuri. Sursa: P123

Energie regenerabila

Este o energie dintr-o sursă naturală inepuizabilă, cum ar fi valurile oceanului.

Sursa de energie este gratuită

Sursa de energie valurilor sunt valurile oceanelor, asupra cărora nu se exercită nicio proprietate economică.

Energie verde

Energia valurilor nu generează deșeuri și sistemele propuse până în prezent pentru utilizarea lor nu generează nici deșeuri relevante în acest proces.

Impact redus asupra mediului

Orice interferență în mediul acvatic sau de coastă generează un impact asupra mediului, dar majoritatea sistemelor propuse sunt cu impact redus.

Asocierea cu alte scopuri productive

Unele sisteme de alimentare cu unde permit extragerea apei de mare pentru a efectua procese de desalinizare și pentru a obține apă potabilă sau pentru producerea de hidrogen.

De exemplu, cei a căror funcționare implică colectarea și stocarea apei de mare pe coastă, cum ar fi TAPCHAN și SSG Wave Energy.

Dezavantaje

Majoritatea dezavantajelor nu sunt absolute, ci depind de sistemul de unde specific pe care îl evaluăm.

Forța valului și regularitatea

Rata producției de energie depinde de comportamentul aleatoriu al undelor în regularitate și rezistență. Prin urmare, zonele în care utilizarea acestei energii poate fi eficientă sunt limitate.

Amplitudinea și direcția undei tinde să fie neregulate, astfel încât puterea de intrare este aleatorie. Acest lucru face dificilă pentru aparat să obțină performanțe maxime pe întregul interval de frecvență, iar eficiența conversiei energetice nu este ridicată.

întreținere

Întreținerea structurilor implicate implică anumite dificultăți și costuri, având în vedere efectele corozive ale sărutului marin și impactul valurilor în sine. În cazul instalațiilor offshore și scufundate, costul de întreținere este crescut prin dificultățile de acces și necesitatea supravegherii periodice.

Condiții climatice și de mediu în general

Structurile pentru captarea energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică sunt supuse unor condiții extreme în mediul marin. Acestea includ umiditatea, săritorul, vânturile, ploile, furtunile, uraganele, printre altele.

Furtunile implică faptul că dispozitivul trebuie să reziste la încărcări de 100 de ori mai mari decât nominalul, ceea ce poate provoca deteriorarea sau deteriorarea totală a echipamentului.

viața marină

Viața marină este, de asemenea, un factor care poate afecta funcționalitatea echipamentelor, cum ar fi animalele mari (rechini, cetacee). Pe de altă parte, bivalvele și algele aderă la suprafața echipamentului provocând o deteriorare semnificativă.

Investitie initiala

Investiția economică inițială este ridicată, din cauza echipamentelor necesare și a dificultăților instalării sale. Echipamentul are nevoie de materiale și acoperiri speciale, sisteme ermetice și de ancorare.

Impact asupra activităților antropice

În funcție de tipul de sistem utilizat, acestea pot afecta navigația, pescuitul și atracția turistică din zonă.

Țările care utilizează energia valurilor

Centrala electrică cu valuri Motrico (Spania). Sursa: Txo

Spania

Deși potențialul Mării Mediterane este redus din punct de vedere al energiei valurilor, în Marea Cantabrică și în Oceanul Atlantic, este foarte ridicat. În municipiul basc Mutriku există o centrală construită în 2011 cu 16 turbine (300kW putere).

În Santoña (Cantabria) există o altă centrală a undelor care folosește 10 gale scufundate pentru a profita de energia de oscilație verticală a undelor și a genera electricitate. În Insulele Canare există mai multe proiecte pentru a stimula energia valurilor datorită condițiilor favorabile ale coastelor lor.

Portugalia

În 2008, compania Ocean Power Delivery (OPD) a instalat trei mașini Pelamis P-750 situate la 5 km de coasta portugheză. Acestea sunt situate în apropiere de Póvoa de Varim, cu o capacitate instalată de 2,25 MW.

Scoția (Marea Britanie)

Tehnologia OWC este folosită pe insula Orkney, unde din 2000 a fost instalat un sistem numit LIMPET. Acest sistem are o producție maximă de 500 KW.

Danemarca

În 2004, un proiect pilot de tip Wave Dragon a fost instalat în Danemarca, dimensiunile sale fiind de 58 x 33 m și cu o putere maximă de 20 KW.

Norvegia

Instalarea instalației pentru sistemul SSG Wave Energy din Svaaheia (Norvegia) este în derulare.

S.U.A

În 2002, a fost instalat un proiect pilot pentru un dispozitiv Power Buoy, în New Jersey, cu o geamă offshore de 5 m diametru, 14 m lungime și o putere maximă de 50 KW.

În Oregon, în Portul Garibaldi a fost instalată o centrală pilot SSG Wave Energy. De asemenea, în Hawaii promovează surse regenerabile de energie și, în cazul insulei Maui, principala sursă regenerabilă este energia valurilor.

Referințe

1. Amundarain M (2012). Energie regenerabilă din valuri. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Revizuit la 08.03.2019 de la ehu.eus
2. Cuevas T și Ulloa A (2015). Energia valurilor. Seminar convențional și pe piața energiei regenerabile pentru inginerii civili. Facultatea de Științe Fizice și Matematică, Universitatea din Chile. 13 p.
3. Falcão AF de O (2010). Utilizarea energiei valurilor: o revizuire a tehnologiilor. Recenzii privind energia regenerabilă și durabilă 14: 899–1818.
4. Rodríguez R și Chimbo M (2017). Utilizarea energiei valurilor în Ecuador. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Dependența de energie și energia valurilor în Spania: marele potențial al mării. Licențiat în Geografie și Amenajarea Spațiului, Facultatea de Filozofie și Litere, Universitatea Cantabria. 52 p.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP și Buccino M (2012). Convertorul de energie SSG Wave: performanță, stare și dezvoltări recente. Energii 5: 193-226.
   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com