Energia pływów i fal

Wprowadzenie

Fale i fale są dwoma naturalnymi zdarzeniami, które pojawiają się na wodzie i chociaż są podobne w tym, że są powiązane z ciałami wody, ich zdolność do generowania energii różni się w wielu aspektach w odniesieniu do wytwarzania, mocy i niezawodności [1]. W miarę jak świat zaczyna odchodzić od polegania na nieodnawialnych źródłach energii, odkrywane są nowe i innowacyjne sposoby wytwarzania energii, które będą miały minimalny wpływ na otaczające środowiska i społeczności. Specjalne boje i turbiny są powszechnie używane do przechwytywania ich mocy i przekształcania ich w czystą energię elektryczną, ale podobnie jak w przypadku większości powstających technologii, są one kosztowne w projektowaniu i opracowywaniu. Pomimo zarówno energii pływowej, jak i fali pochodzącej z oceanu, nadal istnieje duże rozróżnienie między nimi.

Co to jest energia pływów?

Pływy definiuje się jako wzrost i spadek poziomu morza spowodowany przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i Słońca na Ziemi. Są one nie tylko ograniczone do oceanów, ale mogą również wystąpić w innych systemach, gdy istnieje pole grawitacyjne. Ponadto, podczas gdy na większość Ziemi oddziaływuje siła grawitacji Słońca, nie jest to tak łatwo widoczne na wodzie. Sam księżyc ma większy wpływ na pływy, ponieważ jest on znacznie bliższy Ziemi w porównaniu ze słońcem. Doświadczenia linii brzegowej występują albo w dobowym, albo w dziennym, odpływie, składającym się odpowiednio z jednego lub dwóch wysokich i niskich przypływów. Na te fale ma wpływ wiele czynników, takich jak wyrównanie słońca i księżyców, kształt linii brzegowej i zmiany głębokości wody.

Co to jest energia fal?

Energia falowa, znana również jako energia oceaniczna, definiowana jest jako energia wykorzystana z fal oceanicznych. Gdy wiatr wieje przez powierzchnię oceanu, tworzy fale, a zatem można je również określić jako energię poruszającą się po powierzchni wody. Fale powstające w wyniku wiatru są zwykle nazywane falami wiatrowymi i najskuteczniej występują na powierzchniach wodnych, ponieważ nie ma mas lądowych, które wytrzymywałyby siłę wiatru [2]. Fale te, często obserwowane na powierzchni oceanu, występują również swobodnie na jeziorach, rzekach i kanałach i można je określić jako fale kapilarne, fale, morza lub fale. Żadna z dwóch fal nie jest taka sama dla każdej fali różniącej się wysokością i odległością między grzbietami i rynnami.

Jak powstają pływy?

Gdy księżyc obraca się wokół Ziemi, wywiera grawitacyjny ciąg, tworząc falę poruszającą się po ziemi. Gdy księżyc krąży wokół Ziemi, sama Ziemia porusza się również w małym okręgu, a ta bezwładność powoduje falę po przeciwnej stronie Ziemi. Jest to znane jako dwie przypływy, pomiędzy którymi występują pływy [3]

Jak powstają fale?

Zmieniające się wzory prędkości, czasu trwania i odległości, z jaką wieje wiatr, będą miały wpływ na kształt uformowanych fal. Ponadto, kształt i wielkość poszczególnych utworzonych fal będzie również zależeć od powstałego układu oddziałującego i może łatwo pomóc w zawężeniu początków fal. Na przykład wysokie, strome fale, które szybko wznoszą się i opadają, są nowo powstałe i często są skutkiem pobliskich systemów pogodowych, takich jak lokalne burze, podczas gdy długie fale stałe powstają zwykle w wyniku ekstremalnych warunków pogodowych, które występują znacznie dalej, czasami w wyniku burz, które mogą nawet znajdować się w pobliżu. kolejna półkula.

Wykorzystanie energii falowej

Ta energia z fal może być wykorzystana i wykorzystana do szeregu użytecznych czynności, takich jak wytwarzanie energii elektrycznej, odsalanie i pompowanie wody do zbiorników. Często określane jako moc fal, im silniejsze fale, tym większa zdolność do wytwarzania energii. Szorstki ruch pionowy fal oceanicznych zawiera dużą ilość energii kinetycznej, która jest wychwytywana przez technologie energii falowej. Energia fal jest zwykle wykorzystywana przy użyciu dwóch rodzajów systemów, a mianowicie systemów off shore i shore. Systemy przybrzeżne działają w głębokiej wodzie i wykorzystują albo pompy, albo węże do zbierania energii przez wirujące turbiny. Z drugiej strony, systemy lądowe są budowane wzdłuż linii brzegowej i pobierają energię z fal rozbijających się. Jedną z zalet energii falowej jest to, że jest ona odnawialna i trwała, ponieważ fale zawsze będą zrzucane na brzeg w zależności od warunków pogodowych i najprawdopodobniej nie przestaną się formować przez dłuższy czas. Ponadto, ponieważ te powszechnie stosowane technologie nie są łatwo widoczne w pobliskich społecznościach, wpływ na wartość estetyczną jest niski, co czyni je łatwiejszą do zaakceptowania technologią. Choć jest to odnawialne źródło energii, trudno jest przekształcić tę energię w energię elektryczną. Sprzęt okazał się również trudny do opracowania i zaprojektowania w taki sposób, aby był w stanie wytrzymać uszkodzenia spowodowane burzami i działaniem korozyjnym z otaczającej słonej wody. Chociaż wiele z tych technologii jest opłacalnych, nie jest tak tanie w porównaniu z innymi systemami wytwarzania energii.

Technologie energii falowej

Do chwili obecnej istnieją trzy główne rodzaje technologii energii falowej. Pierwsza wykorzystuje pływaki lub boje do generowania elektryczności z fal oceanicznych, które napędzają pompy hydrauliczne. Drugi typ wykorzystuje oscylującą kolumnę wody do generowania energii elektrycznej ze wzniesienia i upadku wody wewnątrz cylindrycznego wału. Zwykle odbywa się to na brzegu. Woda wypycha powietrze z szybu, który z kolei napędza napędzaną powietrzem turbinę. Trzeci rodzaj wykorzystuje zwężający się kanał z lokalizacją na morzu lub na morzu.Technologia ta koncentruje fale i przenosi je do podwyższonego zbiornika, w którym wytwarzana jest energia za pomocą turbiny [5].

Wykorzystywanie energii pływów

Podczas gdy wszystkie obszary przybrzeżne doświadczają wysokich i niskich pływów, ta energia może zostać wykorzystana i wykorzystana do produkcji energii elektrycznej, jeśli różnica między wysokim i niskim pływem jest wystarczająco duża. Główne rodzaje energii pływowej obejmują 1) energię kinetyczną otrzymywaną z prądów zmieniających się pływów oraz 2) energię potencjalną uzyskaną ze zmian wysokości między wysokim a niskim przypływem. Jedną z korzyści płynących z używania pływów jako źródła energii jest to, że jest ona bardziej niezawodna, ponieważ opiera się na przyciąganiu grawitacyjnym księżyca i dlatego można ją przewidzieć. Biorąc to pod uwagę, choć można przewidzieć, jedną z wad jest to, że źródło to będzie wytwarzać energię tylko przez 6-12 godzin, zmniejszając w ten sposób przedłużoną dostępność [4]. Ta przerywana produkcja energii wytwarza mniej niezawodne źródło energii. Wykorzystanie tej energii może zakłócić naturalne ścieżki migracyjne zwierząt morskich i regularne szlaki żeglarskie. Turbiny wykorzystywane do wytwarzania energii mogą zabijać dużą liczbę ryb w okolicy. W związku z tym zdolność wykorzystywania energii pływów jako źródła energii elektrycznej może następnie zmniejszyć zależność od źródeł wytwórczych napędzanych węglem, co z kolei zmniejszy ilość CO₂ emisje.

Technologie energii pływowej

Powszechnie stosowane technologie generowania energii pływowej obejmują tamy zaporowe lub zapory, które zawierają śluzę na całym ciele wodnym. Poza śluzą są turbinami wodnymi. Gdy fala się zmienia, nierówne poziomy wody przepływają przez śluzę i napędzają turbinę [5]. Jednak z biegiem czasu zauważono znaczny wpływ dalszych ogniw na linię brzegową i otaczające ekosystemy morskie, co doprowadziło do opracowania szeregu nowszych, bardziej przyjaznych dla środowiska modeli. Należą do nich laguny pływowe, płoty pływowe i podwodne turbiny pływowe.

Różnica między energią pływową a energią fali

Zdefiniowaliśmy już, że pływy i fale powstają w zupełnie innych warunkach. Fale są wzrostem i spadkiem oceanu spowodowanym grawitacyjnym przyciąganiem księżyca i słońca na ziemi, podczas gdy fale są energią wiatru poruszającą się po powierzchni oceanu, co sprawia, że ​​fale są o wiele łatwiejsze do zmierzenia, jak w porównaniu z pływami. Pływy są mniej zauważalne niż w przypadku fal i najczęściej można je zobaczyć na linii brzegowej, wpływając na ilość widocznej wody i piasku. Z drugiej strony fale widoczne są na powierzchni oceanu wznoszącej się i opadającej. Podczas gdy moc pływów waha się codziennie, a energia fal może być bardziej zrównoważonym źródłem energii, nie jest ona powszechnie stosowana, ponieważ tylko niewielka liczba miejsc testowych istnieje na całym świecie [4].

Podsumowanie różnic

Energia pływów	Energia fal
Wykorzystywany do podnoszenia i spadku poziomu mórz	Wykorzystywany przez fale poruszające się po powierzchni oceanu
Spowodowane grawitacyjnym przyciąganiem księżyca i słońca na Ziemi	Spowodowane przez wiatr
Intensywność zależy od położenia i położenia Ziemi	Intensywność zależy od siły wiatru
	Często określane jako moc fal
Rodzaje energii pływowej obejmują energię kinetyczną i potencjalną	Rodzaje energii falowej obejmują energię kinetyczną
Wykorzystywane przy użyciu zapór, zapór, płotów pływowych i turbin pływowych	Wykorzystywane przy użyciu systemów offshore i onshore
Bardziej wiarygodne, ponieważ opiera się na przyciąganiu grawitacyjnym księżyca i słońca	Mniej wiarygodne, ponieważ opiera się na wpływie siły wiatru na powierzchnię wody
Nieciągłe źródło energii generowane przez około 6-12 godzin jednocześnie	Ciągłe źródło energii
Może zakłócać szlaki migracyjne ptaków i szlaki żaglowe i powodować duże ilości zabitych ryb	Wpływ na otaczające środowiska, ekosystemy i społeczności są niskie
Wysokie koszty budowy, ale niskie koszty utrzymania	Niezwykle wysokie koszty rozruchu w celu zaprojektowania i opracowania wymaganej technologii