Wellenenergie nutzt die Kraft der Wellen

Meereswellenenergie oder einfach nur Wellenenergie, ist eine andere Art von erneuerbarer Energiequelle aus dem Meer, die die Kraft der Wellen zur Stromerzeugung nutzt. Anders als Gezeitenenergie, die Ebbe und Flut der Gezeiten nutzt, nutzt Wellenenergie die vertikale Bewegung des Oberflächenwassers, das Flutwellen erzeugt.

Wellenkraft wandelt die periodische Auf- und Abbewegung der Ozeanwellen um in Strom umwandeln, indem Geräte auf der Meeresoberfläche platziert werden, die die durch die Wellenbewegung erzeugte Energie einfangen und diese mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.

Wellenenergie ist eigentlich eine konzentrierte Form von Sonnenenergie, die durch die Wirkung des Windes erzeugt wird, der über die Meeresoberfläche weht. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Erdatmosphäre treffen, erwärmen sie diese. Unterschiede in der Temperatur der Luftmassen rund um den Globus führen dazu, dass sich die Luft von den heißeren Regionen in die kühleren Regionen bewegt, was zu Winden führt.

Meereswellenenergie

Wenn der Wind über die Meeresoberfläche streicht, wird ein Teil der kinetischen Energie des Windes auf das darunter liegende Wasser übertragen und erzeugt Wellen.

Tatsächlich könnte der Ozean als riesiger Energiespeicher betrachtet werden von der Sonne auf die Ozeane übertragen, wobei die Wellen die übertragene kinetische Energie über die Oberfläche der Ozeane tragen. Dann können wir sagen, dass Wellen tatsächlich eine Form von Energie sind, und es ist diese Energie und nicht Wasser, die sich entlang der Meeresoberfläche bewegt.

Diese Wellen können mit sehr geringem Energieverlust große Entfernungen über die offenen Ozeane zurücklegen (oder „ausbreiten“), aber wenn sie sich der Küste nähern und die Wassertiefe flacher wird, verlangsamt sich ihre Geschwindigkeit, aber sie nimmt zu in Größe. Schließlich kracht die Welle auf die Küste und setzt eine enorme Menge an kinetischer Energie frei, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Das Energiepotenzial einer brechenden Welle variiert von Ort zu Ort je nach geografischer Lage und Jahreszeit, aber die beiden Hauptfaktoren, die die Größe der Wellenenergie beeinflussen, sind die Windstärke und die ununterbrochene Entfernung über dem Meer, die der Wind wehen kann.

Dann können wir sagen, dass “Wellenenergie” ist eine indirekte Form der Windenergie, die eine Bewegung des Wassers auf der Oberfläche der Ozeane verursacht, und durch das Einfangen dieser Energie wird die Bewegung der Wellen in mechanische Energie umgewandelt und zum Antrieb eines Stromgenerators verwendet. In vielerlei Hinsicht ähnelt die zum Einfangen dieser Wellenenergie verwendete Technologie der Gezeitenenergie oder der Wasserkraft.

Die kinetische Energie der Welle dreht eine an einem Generator angebrachte Turbine, die Strom erzeugt. Die offenen Ozeane können jedoch eine stürmische und gewalttätige Umgebung sein, was dazu führt, dass die Wellenenergiemaschinen durch genau die Energie zerstört werden, die sie einfangen sollen.

Einfach ausgedrückt ist eine Ozeanwelle die vertikale Auf- und Abbewegung des Meerwassers, die sich sinusförmig mit der Zeit ändert. Diese Sinuswelle hat Hochpunkte, die Berge genannt werden, und Tiefpunkte, die Täler genannt werden.

Der Höhenunterschied einer Welle zwischen dem Berg und dem Tal wird Spitze-zu-Spitze-Amplitude genannt, dann die Wellenamplitude oder -höhe ist der Mittelpunkt dieser beiden Punkte und entspricht dem tatsächlichen Meeresspiegel bei keiner Wasserbewegung, also ruhiger See.

Die Amplitude einer Ozeanwelle hängt von den Wetterbedingungen zu dieser Zeit ab, da die Amplitude einer glatten Welle oder Dünung bei ruhigem Wetter klein, aber viel größer bei stürmischem Wetter mit starken Stürmen ist, wenn sich das Meerwasser auf und ab bewegt.

Neben der Amplitude der Welle ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Abstand zwischen jedem aufeinanderfolgenden Berg oder Tal, bekannt als Wellenperiode ( T  ). Diese Wellenperiode ist die Zeit in Sekunden zwischen jedem Wellenberg. Dann kann diese Zeitspanne bei einer leichten Dünung sehr lang sein, aber bei einer stürmischen See kann diese Zeitspanne sehr kurz sein, da jede Welle auf die davor prallt.

Der Kehrwert dieser Zeit (&# 160;1/T ) gibt uns die Grundfrequenz der Ozeanwelle relativ zu einem statischen Punkt. Kleinere periodische Wellen, die dieser Grundwelle erzeugt oder überlagert werden, wie z. B. reflektierte Wellen, werden als harmonische Wellen bezeichnet. Dann hängen die Frequenz- und Amplitudeneigenschaften einer vom Wind erzeugten Welle von der Entfernung ab, die der Wind über das offene Wasser bläst (genannt Fetch), der Zeitdauer, in der der Wind weht, der Windgeschwindigkeit und der Wassertiefe.

Wellen transportieren Energie von dort, wo sie durch Stürme weit draußen im Ozean entstanden sind, zu einer Küstenlinie. Aber eine typische Ozeanwelle ähnelt keiner perfekten Sinuswelle, sie sind unregelmäßiger und komplexer als eine einfache Sinuswelle. Nur die stetige Auf- und Abbewegung einer starken Dünung ähnelt einer Sinuswelle viel mehr als der chaotischen Natur lokal erzeugter Windwellen, da echte Meereswellen eine Mischung aus Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen, Wellenhöhen und -richtungen enthalten >

Wellenenergiegeräte

Meereswellenenergie hat viele Vorteile gegenüber Meereswindenergie, da sie vorhersehbarer, weniger variabel ist und höhere verfügbare Energiedichten bietet. Abhängig von der Entfernung zwischen Energieumwandlungsgerät und Küstenlinie können Wellenenergiesysteme entweder als Küstengeräte, Nearshore-Geräte oder Offshore-Geräte klassifiziert werden. Was ist also der Unterschied zwischen diesen drei Arten von Energieextraktionsgeräten? “401” height=”191″ class=”img-fluid alignleft” title=”Wellenenergiegeräte” alt=”Wellenenergiegeräte” />

Küstengerätesind Wellenenergiegeräte, die an der Küste befestigt oder darin eingebettet sind, d. h. sie befinden sich sowohl im als auch außerhalb des Wassers Wellenkraft direkt aus der Brecherzone und den Gewässern unmittelbar hinter der Brecherzone (d. h. in 20 m Wassertiefe).

Offshore-Geräte oder Tiefseegeräte sind am weitesten draußen auf See und sich über die Brecherlinien hinaus erstrecken, indem sie die Wellenprofile mit hoher Energiedichte und höherer Leistung nutzen, die in den Tiefwasserwellen und -fluten verfügbar sind.

Einer der Vorteile von Offshore-Geräten besteht darin, dass keine erheblichen Erdarbeiten an der Küste erforderlich sind, wie dies bei Onshore-Geräten der Fall ist.

Da die meiste Energie in einer Welle nahe der Oberfläche enthalten ist und mit der Tiefe stark abfällt. Es gibt eine überraschende Auswahl an Designs, die die für die Erfassung verfügbare Energie maximieren. Diese Wellenenergiegeräte sind entweder fest auf dem Boden stehende Konstruktionen, die in seichtem Wasser verwendet werden und die Wasseroberfläche durchbohren, oder vollständig schwimmende Geräte, die verwendet werden, um den kinetischen Energieinhalt einer Wellenbewegung einzufangen und jede Bewegung mithilfe eines Generators in Elektrizität umzuwandeln. p>

Es gibt derzeit vier grundlegende “Einfang” Typmethoden:

• Punktabsorber – das sind kleine vertikale Geräte, die entweder direkt am Meeresboden befestigt oder über eine Kette angebunden sind, die die Wellenenergie aus allen Richtungen absorbieren. Diese Geräte erzeugen Strom durch das Wippen oder Stampfen eines schwimmenden Geräts.Typische Wellenenergiegeräte umfassen schwimmende Bojen, schwimmende Taschen, Enten und Gelenkflöße usw. Diese Geräte wandeln die Auf- und Abbewegung der Wellen in Drehbewegungen oder oszillierende Bewegungen in einer Vielzahl von Geräten um, um Elektrizität zu erzeugen. Einer der Vorteile schwimmender Geräte gegenüber festen Geräten ist, dass sie in tieferem Wasser eingesetzt werden können, wo die Wellenenergie größer ist.
• < span class=”h6 font-weight-bold ml-1″>Wave Attenuators – auch bekannt als  lineare Absorber”, sind lange horizontale Halbwellen – eingetauchte schlangenartige Geräte, die parallel zur Richtung der Wellen ausgerichtet sind. Ein Wellendämpfer besteht aus einer Reihe von zylindrischen Abschnitten, die durch flexible Scharniergelenke miteinander verbunden sind, die es diesen einzelnen Abschnitten ermöglichen, sich relativ zueinander zu drehen und zu gieren.Die welleninduzierte Bewegung des Geräts wird verwendet, um einen hydraulischen Kolben, einen so genannten Stößel, unter Druck zu setzen, der Hochdrucköl durch Glättungsakkumulatoren drückt, um einen hydraulischen Turbinengenerator zu drehen, der Strom erzeugt. Dann wandeln Wellendämpfer die oszillierende Bewegung einer Welle in hydraulischen Druck um.
• >Oszillierende Wassersäule – ist eine teilweise untergetauchte Kammer, die direkt am Ufer befestigt ist und Wellenenergie in Luftdruck umwandelt. Die Struktur könnte eine natürliche Höhle mit einem Blasloch oder eine künstliche Kammer oder ein Kanal mit einem Windturbinengenerator sein, der sich oben weit über der Wasseroberfläche befindet.Die Struktur wird normalerweise gebaut senkrecht zu den Wellen, so dass die abschwellende und fließende Bewegung der Wellen das eingeschlossene Wasser in der Kammer dazu zwingt, in vertikaler Richtung zu schwingen.Wenn die Wellen in die Kammer ein- und austreten, bewegt sich die Wassersäule auf und ab und wirkt wie ein Kolben auf die Luft über der Wasseroberfläche und drückt sie hin und her. Diese Luft wird durch diese Bewegung komprimiert und dekomprimiert und durch einen Windturbinengenerator geleitet, um Strom zu erzeugen. Die Luftgeschwindigkeit im Kanal kann erhöht werden, indem die Querschnittsfläche des Kanals viel kleiner als die der Säule gemacht wird.
• Überlaufende Geräte – auch bekannt als “spill-over” Geräte, sind entweder feste oder schwimmende Strukturen, die Rampen und sich verjüngende Seiten verwenden, die senkrecht zu den Wellen positioniert sind. Die Meereswellen werden die Rampe hinauf und über die Seiten getrieben und füllen ein kleines Gezeitenreservoir auf, das sich 2 bis 3 Meter über dem Meeresspiegel befindet. Die potenzielle Energie des im Reservoir eingeschlossenen Wassers wird dann extrahiert, indem das Wasser durch einen Kaplan-Turbinengenerator mit niedriger Förderhöhe zurück ins Meer geleitet wird, um Strom zu erzeugen.Dann wandeln Überlaufvorrichtungen das Potenzial um im Wasserspiegel verfügbare Energie in mechanische Energie umwandeln. Der Nachteil von Onshore-Überflutungssystemen besteht darin, dass sie eine relativ geringe Leistungsabgabe haben und nur für Standorte mit einer Tiefwasserküste und einem geringen Tidenhub von weniger als etwa einem Meter geeignet sind.

Die Idee, die enorme Kraft der Meereswellen zu nutzen, ist nicht neu. Wie andere Formen der Wasserkraft erfordert Wellenenergie keine Verbrennung fossiler Brennstoffe, die die Luft verschmutzen und zu saurem Regen und globaler Erwärmung beitragen können. Die Energie ist absolut sauber und endlos erneuerbar. Wellenkraft hat viele Vorteile im Vergleich zu anderen Arten von Energiesystemen, wobei der Hauptvorteil darin besteht, dass sie vorhersehbar ist.

Wie viele andere Energieformen hat auch die Meereswellenenergie ihre Nachteile, wie z. B. ihre unflexiblen Erzeugungszeiten in Abhängigkeit von den Gezeiten, die visuelle Wirkung von Wellengeräten auf der Meeresoberfläche sowie die Kollisionsgefahr für Schifffahrt und Navigation.< /p>

Hier sind einige der wichtigsten Vor- und Nachteile der Wellenenergie.

Vorteile der Wellenenergie

• Wellenenergie ist eine reichlich vorhandene und saubere Energiequelle, da die Wellen vom Wind erzeugt werden.
• Schadstofffrei, da Wellenenergie im Vergleich zu anderen grünen Energien wenig oder keine Umweltverschmutzung erzeugt.
• Reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, da Wellenenergie keine fossilen Brennstoffe verbraucht Kraftstoffe während des Betriebs.
• Wellenenergie ist relativ konsistent und vorhersehbar, da Wellen mehrere Tage im Voraus genau vorhergesagt werden können.
• Wellenenergiegeräte sind modular aufgebaut und lassen sich bei Bedarf leicht mit zusätzlichen Wellenenergiegeräten aufstellen.
• Zerstreut die Wellenenergie und schützt die Küstenlinie vor Küstenerosion.
• Zerstreut die Wellenenergie und schützt die Küste vor Küstenerosion. li>
• Stellt keine Barrieren oder Schwierigkeiten für wandernde Fische und Wassertiere dar.

Wellenenergie-Nachteile

• • Visuelle Auswirkung von Wellenenergie-Umwandlungsgeräten auf die Küstenlinie und schwimmende Bojen oder Plattformen vor der Küste.
  • Wellenenergie-Umwandlungsgeräte sind ortsabhängig und erfordern geeignete Standorte wie die Wellen sind konstant stark.
  • Intermittierende Stromerzeugung, da die Wellen in Intervallen kommen und in ruhigen Perioden keinen Strom erzeugen.
  • Offshore-Wellenenergiegeräte können eine Bedrohung für die Navigation darstellen, die sie nicht per Radar sehen oder erkennen können.
  • Hohe Stromverteilungskosten, um den erzeugten Strom von Offshore zu senden Geräte mit langen Unterwasserkabeln an Land.
  • Sie müssen den Naturgewalten standhalten können, was zu hohen Kapital-, Bau- und Wartungskosten führt.
  • Sie müssen den Naturgewalten standhalten können.

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Tutorial-Zusammenfassung

Wir haben gesehen, dass es eine Vielzahl von Wellenenergieumwandlungsvorrichtungen gibt, die verwendet werden können, um die von einem Wellenenergieerzeugungssystem eingefangene Energie nutzbar zu machen. Einige der oben erwähnten Wellenenergiegeräte werden an der Küste gebaut, was die Konstruktion und den Bau dieser Systeme viel einfacher macht und die Notwendigkeit für lange Unterwasserkabelwege eliminiert. Aber die Leistungsdichte von Wellen ist viel geringer, als sie in einiger Entfernung von der Küste zur Verfügung steht. Dies kann jedoch durch die Konzentration der Wellenenergie teilweise kompensiert werden.

Offshore-Geräte befinden sich in viel tieferem Wasser, mit typischen Tiefen von mehr als 30 Metern. Die an diesen Tiefseestandorten verfügbare Wellenleistung beträgt etwa das Drei- bis Achtfache der an Küstenstandorten verfügbaren Wellenleistung, wobei eine Reihe von vollständig untergetauchten Wellenenergieumwandlungsgeräten für den Offshore-Einsatz verfügbar sind. Welche Art von Wellenenergie-Umwandlungsgerät an einem bestimmten Ort verwendet wird, hängt von der Art des Geräts und seiner Entfernung von der Küste ab.

Im nächsten Tutorial über Wellenenergie werden wir uns einige der gebräuchlicheren Arten und Designs von Wellenenergiegeräten, die derzeit zur Stromerzeugung aus dem Meer verwendet werden, im Detail ansehen.

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