Как Работает Волновая Энергия

{h1}

Энергия волн может быть использована для создания электричества, заменяя сжигание ископаемого топлива. Узнайте больше об энергии волны и о том, как ее можно использовать.

«Это будет кусок пирога», - подумаете вы, когда впервые вынимаете доску для серфинга. Но после десятого истребления вы начинаете видеть синяки и понимаете, насколько неуправляемы и мощны океанские волны. Действительно, смертельные случаи от серфинга напоминают нам, насколько агрессивными могут быть волны. Но эта мощная волна - именно то, что, как надеются некоторые ученые, отучит мир от ископаемого топлива.

Посмотрите на глобус, и вы быстро заметите, что на этой планете меньшая часть суши - вода, фактически, покрывает большую часть (около 70 процентов) поверхности Земли. Это, конечно, дразнящая перспектива - думать, что мы можем собрать полезную энергию от природных сил, работающих на поверхности воды.

Энергия волн относится к использованию геркулесовой силы водных волн. Волны содержат огромное количество неиспользованной энергии, некоторые из которых мы можем использовать для питания, по крайней мере, части ежедневного электричества в мире. Хотя оценки различий в отношении того, сколько силовых волн может внести вклад в мировое потребление энергии, некоторые говорят, что он может реально составить около 10 процентов [источник: OEC].

Теоретически, однако, это даже не близко к количеству энергии, которую океанские волны могли бы обеспечить. Действительно, только около 0,2 процента энергии в океанских волнах может обеспечить всю планету [источник: Drollette]. Учитывая это знание, можно задаться вопросом, почему люди не уделяют больше внимания и не инвестируют в развитие волновой энергии.

Самое сложное - найти способы превратить эту энергию в полезную энергию. В этой статье мы рассмотрим различные методы, разработанные инженерами для сбора энергии волн. Но, во-первых, важно знать, как волны получают эту энергию.

Познакомьтесь с условиями вашей волны

При изучении волн полезно знать следующие общие термины:

  • гребень: самая верхняя часть волны
  • Впадина: самая низкая точка на волне
  • длина волны: горизонтальное расстояние между одним гребнем и следующим гребнем (или впадиной и впадиной)
  • Высота волны: вертикальное расстояние между впадиной и гребнем волны
  • частота: мера того, сколько волн проходит за определенное время.

Основы волновой энергии: как образуются волны

Когда ветер дует в воду, образуется рябь. Затем ветер становится еще лучше и продолжает толкать рябь до тех пор, пока они не превратятся в большие волны.

Когда ветер дует в воду, образуется рябь. Затем ветер становится еще лучше и продолжает толкать рябь до тех пор, пока они не превратятся в большие волны.

Волновая энергия, в одном смысле, является просто другой формой солнечной энергии. Это может показаться странным, но просто учтите, что волны начинаются от ветра, который образуется в результате солнечного нагрева Земли.

Солнце никогда не нагревает Землю равномерно. В зависимости от природных образований Земли и ее ориентации на солнце, некоторые пятна нагреваются больше, чем другие. Когда некоторое количество воздуха нагревается, оно становится менее плотным и, следовательно, более легким и естественным образом поднимается вверх. Это оставляет открытое пространство для более плотного, более холодного воздуха, чтобы ворваться и занять его место. Этот воздушный порыв - освежающий прохладный ветерок, который вы чувствуете в солнечный день.

Ветер также ответственен за наши очень мощные волны. Когда ветер поднимается вдоль воды, трение вызывает рябь. Ветер продолжает давить на эту рябь в виде снежного кома, который в итоге создает большую волну. По сути, это действие - передача энергии от солнца ветру к волнам.

Несколько факторов определяют, насколько сильной будет отдельная волна. Они включают:

  • Скорость ветра: Чем быстрее ветер, тем больше будет волна.
  • Время ветра: Волна будет увеличиваться по мере увеличения времени удара ветра.
  • Расстояние ветра: Чем дальше ветер движется против волны (известный как получать), тем больше будет.

Интересно, что волны перемещают энергию, а не воду, на большие расстояния. Вода работает как среда, через которую кинетическая энергияили энергия в движении, проходит. Вода движется, конечно, но только круговыми движениями. Другими словами, частицы воды работают так же, как ролики в конвейерной ленте - они вращаются, чтобы переместить ленту сверху вперед, но сами они не идут вперед в процессе. Вот почему буи будут подниматься и опускаться в вертикальном движении с водой.

Но если у нас уже есть ветряные турбины для использования энергии ветра, зачем использовать океанские волны? Хотя они могут показаться ненужным посредником, волны имеют несколько преимуществ перед ветром, когда дело доходит до сбора полезной энергии. Во-первых, океанские волны плотны энергией. Другими словами, в то время как ветер может занимать много места, чтобы содержать некоторую энергию, волны могут собирать большое количество энергии и упаковывать ее в небольшое пространство.

Еще одним преимуществом является то, что океанские волны надежны - мы можем легче предсказать, каким образом волны будут двигаться, а не как будет дуть ветер. Кроме того, ветер может начать волну, а затем сама волна может пройти большое расстояние. Большие волны, которые путешествуют далеко от их происхождения, называются волны зыби, Это означает, что вся поверхность океана может накапливать энергию, и без нас какая-либо работа, волны приходят к нам, даже очень далеко.

Теперь, когда мы знаем, как волны получают свою энергию, давайте посмотрим, как мы можем собирать эту энергию.

Волны против приливов

Хотя ветер вызывает мощные поверхностные волны, которые мы используем для энергии волн, гравитационное притяжение Луны отвечает за приливы, то есть взлет и падение океанов два раза в день. Приливная энергия, отличная от энергии волн, также содержит энергетический потенциал. Это может дать около 3 процентов для потребностей США в энергии, и больше для США [источник: Хольцман]. «Приливная волна» является вводящим в заблуждение термином и имеет отношение к подводным нарушениям, а не к приливам.

Методы использования энергии волн

На этой схеме OWC обратите внимание, что единственные выходы находятся внизу, где волны выходят наружу, и наверху, где узкий проход, соединенный с турбиной, пропускает и выводит воздух. Когда волны толкают воздух, воздух проходит через проход турбины.

На этой схеме OWC обратите внимание, что единственные выходы находятся внизу, где волны выходят наружу, и наверху, где узкий проход, соединенный с турбиной, пропускает и выводит воздух. Когда волны толкают воздух, воздух проходит через проход турбины.

Идея использования энергии океанских волн была отброшена на пару сотен лет. Но только после нефтяного кризиса 1970-х годов он начал привлекать значительное внимание [источник: CRES]. Концепция всплывает на поверхность всякий раз, когда цены на нефть растут.

До настоящего времени инженеры разработали и внедрили несколько методов сбора энергии волн. Эти методы могут быть реализованы на береговой линии, вблизи берега или в море. Большинство устройств, которые находятся вблизи или на расстоянии от берега, привязаны к морскому дну. Вот список основных видов преобразователи энергии волн (WEC)или устройства, которые передают энергию волны полезному электричеству.

терминатор: Устройства волновой энергии, ориентированные перпендикулярно направлению волны, известны как терминаторы, Эти терминаторы включают в себя стационарный компонент и компонент, который перемещается в ответ на волну. «Стационарная» часть может быть прикреплена к морскому дну или берегу. Он должен оставаться неподвижным, в отличие от подвижной части. Движущаяся деталь в машине работает как поршень - двигаясь вверх и вниз. Это движение создает давление воздуха или масла для привода турбины.

Колеблющаяся водяная колонна (OWC), показанный на изображении выше, является терминатором. У OWC есть два отверстия - одно снизу, которое позволяет воде входить в колонку, и одно узкое отверстие сверху, чтобы впускать и выводить воздух. Когда волны приходят и наполняют колонку водой, это создает давление внутри воздуха, который пропускает воздух через отверстие сверху. Воздух сталкивается и приводит в движение турбину. Затем, когда волны отрываются, вода выливается, что высасывает больше воздуха обратно через верх, снова приводя в движение турбину.

Еще один терминатор устройство перекрытия, включает в себя стену, которая собирает воду от восходящих волн в резервуаре. Вода может выходить через отверстие, но, проходя через нее, приводит в движение турбину. Однако самый известный терминатор - это Шварценеггер из WEC. Соленая утка включает в себя качающуюся, в форме слезы головку, которая приводит в движение турбину. Хотя теоретически это устройство не реализовано полностью, оно будет наиболее эффективным WEC.

Как работает волновая энергия: работает

На этой диаграмме вы можете увидеть, как работает устройство перегрузки. После того, как волны обрушиваются на стену в резервуар, вода стекает из выпускного отверстия, где она приводит в движение турбину.

аттенюатор: Эти устройства ориентированы параллельно направлению волны. Одним из наиболее известных примеров этого является Pelamisсерия длинных цилиндрических плавающих устройств, соединенных друг с другом шарнирами и закрепленных на морском дне. Цилиндрические детали приводят в движение гидравлические плунжеры в соединительных секциях, а те, в свою очередь, приводят в движение электрический генератор. Устройства посылают электричество через кабели к морскому дну, где оно затем перемещается по кабелю на берег.

Как работает волновая энергия: энергии

Точечный поглотительЭти устройства не ориентированы особым образом к волнам, а скорее могут «поглощать» энергию волн, которые приходят со всех сторон. Одно из таких устройств называется Aquabuoy, разработанный Finavera. В вертикальной трубе под водой волны устремляются внутрь и приводят в движение поршень, плавучий диск, соединенный со шланговыми насосами, вверх и вниз для повышения давления морской воды внутри. Вода под давлением затем приводит в движение встроенную турбину, подключенную к электрическому генератору [источник: Finavera]. Многие аквабуи могут отправлять электричество в центральную точку. С этого момента электричество отправляется на морское дно, а затем на берег по кабелю.

Как работает волновая энергия: волновая

Несколько WEC, сгруппированных вместе, таких как структуры Pelamis или Aquabuoy, соединенные вместе, составляют волновая ферма.

На следующей странице мы рассмотрим некоторые проблемы, связанные с получением энергии волн на плаву в современной экономике.

Препятствия для энергии волн

Даже когда цена на нефть растет, стоимость энергии волны должна стать намного дешевле, чтобы конкурировать с ней.

Даже когда цена на нефть растет, стоимость энергии волны должна стать намного дешевле, чтобы конкурировать с ней.

Всякий раз, когда цены на нефть растут, мир жаждет альтернатив возобновляемых источников энергии. Несмотря на это доброжелательное отношение, некоторые проблемы не позволяют волновой энергии действительно подавить аппетит в мире.

Как мы упоминали ранее, по некоторым оценкам, сегодняшние волновые энергетические технологии могут обеспечить 10 процентов энергопотребления планеты. Однако в теории, если технология волновой энергии значительно продвинется, она может когда-нибудь сделать намного больше. Как мы видели на предыдущей странице, инженеры пробуют несколько различных методов, и до сих пор ни один из них не обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии. Одна из проектных дилемм, связанных с энергией волны, заключается в том, что частота волны слишком мала для очень эффективной работы турбин [источник: Чаухан].

Кроме того, эти устройства должны быть достаточно дешевыми, чтобы их разрабатывать и использовать. Если волновая энергия никогда не бывает такой дешевой, как ископаемое топливо, такое как уголь и нефть (даже при росте затрат) или ядерная энергия, ей будет трудно стать важным соперником в энергетической битве. Действительно, в Европе во время нефтяного кризиса 1970-х годов сторонники использования энергии волн конкурировали с сторонниками ядерной энергии за гранты и проиграли, поэтому некоторые программы исследований волновой энергии закончились. Инвестиции в атомную энергетику казались более перспективными, чем энергия волн.

Однако даже эти 10 процентов - большая сумма, если учесть, что только определенные районы мира естественным образом пригодны для захвата энергии волн. Поскольку нам нужны постоянные и энергичные волны для питания WEC, лучшими зонами для настройки мощности волн являются те, которые находятся между 30- и 60-градусными широтами [источник: EUOEA]. Для США берега Орегона оказываются самыми практичными местами. Шотландия, которая поражена сильными волнами, является рассадником для тестирования и внедрения методов волновой энергии. И Португалия работает над первой в мире волновой фермой, использующей устройства Pelamis.

Несмотря на то, что волны в некотором смысле более надежны, чем ветер, мы не всегда можем зависеть от большого количества волн, что означает, что нам нужны эффективные методы накопления энергии. С другой стороны, иногда волны и погода слишком суровы, чтобы их можно было выдержать. Таким образом, мы не только нуждаемся в более эффективных WEC, но они должны быть невероятно долговечными, что может повысить стоимость.

Пройдите по ссылкам на следующей странице, чтобы узнать больше об океане и альтернативной энергии.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com