Волновая мощность

Эта статья о транспортировке и улавливании энергии океанскими волнами. Чтобы узнать о других аспектах волн в океане, см. Ветровая волна . Чтобы узнать о других значениях слова «волна» или «волны», см. «Волна (значения)» .

Волновая энергия — это захват энергии ветровых волн для выполнения полезной работы — например, выработки электроэнергии , опреснения воды или перекачки воды. Машина, использующая энергию волн , представляет собой преобразователь волновой энергии ( WEC ).

Волны генерируются в первую очередь ветром, проходящим над поверхностью моря, а также приливными силами, изменениями температуры и другими факторами. Пока волны распространяются медленнее, чем скорость ветра чуть выше, энергия передается от ветра к волнам. Разница в давлении воздуха между наветренной и подветренной сторонами гребня волны и поверхностное трение от ветра вызывают напряжение сдвига и рост волны.

Волновая энергия как описательный термин отличается от приливной энергии , которая стремится в первую очередь уловить энергию течения, вызванную гравитационным притяжением Солнца и Луны. Однако энергия волн и энергия приливов не отличаются принципиально и имеют значительные пересечения в технологиях и реализации. Другие силы могут создавать течения , включая прибойные волны , ветер , эффект Кориолиса , прокладку кабелей , а также температур и солености разницу .

По состоянию на 2023 год энергия волн не получила широкого распространения в коммерческих целях после долгой серии экспериментальных проектов. Попытки использовать эту энергию начались в 1890 году или раньше. главным образом из-за его высокой удельной мощности . Непосредственно под поверхностью воды океана поток волновой энергии в среднем по времени обычно в пять раз плотнее, чем поток энергии ветра на высоте 20 м над поверхностью моря, и в 10–30 раз плотнее, чем поток солнечной энергии.

В 2000 году первое в мире коммерческое волновое устройство Islay LIMPET было установлено на побережье острова Айлей в Шотландии и подключено к национальной сети Великобритании . была открыта первая экспериментальная волновая ферма В 2008 году в Португалии в волновом парке Агусадура с несколькими генераторами . Оба проекта с тех пор завершились.

Преобразователи волновой энергии можно классифицировать по принципу работы следующим образом:

• колеблющиеся водяные столбы (с воздушной турбиной)
• колеблющиеся тела (с гидроэлектродвигателем, гидротурбиной, линейным электрогенератором)
• перегрузочные устройства (с малонапорной гидротурбиной)

История

Первый известный патент на извлечение энергии из океанских волн был зарегистрирован в 1799 году в Париже Пьером-Симоном Жираром и его сыном. Первое устройство было построено примерно в 1910 году Бошо-Прасиком для питания его дома в Руане , Франция. Похоже, что это было первое устройство волновой энергии типа колеблющегося водяного столба. было подано 340 патентов С 1855 по 1973 год только в Великобритании .

Современные исследования волновой энергии были начаты экспериментами Ёсио Масуда в 1940-х годах. Он протестировал различные концепции, сконструировав сотни устройств, используемых для питания навигационных огней. Среди них была концепция извлечения энергии из углового движения шарнирно-сочлененного плота, которую Масуда предложил в 1950-х годах.

Нефтяной кризис 1973 года возобновил интерес к волновой энергии. Существенные программы развития волновой энергетики были запущены правительствами ряда стран, в частности Великобритании, Норвегии и Швеции. Исследователи повторно изучили потенциал волн для извлечения энергии, в частности Стивен Солтер , Йоханнес Фалнес , Кьелл Будал , Майкл Э. Маккормик , Дэвид Эванс , Майкл Френч, Ник Ньюман и Си Си Мэй .

Солтера Изобретение 1974 года стало известно как утка Солтера или кивающая утка , официально — Эдинбургская утка. В ходе мелкомасштабных испытаний изогнутый кулачковый корпус Duck может остановить 90% волнового движения и преобразовать 90% этого движения в электричество, что дает КПД 81%. В 1980-х годах было испытано несколько других прототипов первого поколения, но по мере падения цен на нефть финансирование волновой энергетики сократилось. Позднее изменение климата активизировало эту область.

Первый в мире испытательный центр волновой энергии был создан в Оркнейских островах , Шотландия, в 2003 году, чтобы дать толчок развитию индустрии волновой и приливной энергетики. Европейский центр морской энергии (EMEC) поддержал развертывание большего количества устройств для использования энергии волн и приливов, чем любой другой объект. После его создания испытательные центры появились и во многих других странах мира, предоставляя услуги и инфраструктуру для тестирования устройств.

Приз Saltire стоимостью 10 миллионов фунтов стерлингов должен был быть вручен тому, кто первым сможет вырабатывать 100 ГВтч за счет энергии волн в течение непрерывного двухлетнего периода к 2017 году (в среднем около 5,7 МВт). Премия так и не была вручена. В исследовании 2017 года, проведенном Университетом Стратклайда и Имперским колледжем, основное внимание уделялось неспособности разработать «готовые к продаже» устройства с волновой энергией, несмотря на инвестиции правительства Великобритании в размере более 200 миллионов фунтов стерлингов за 15 лет.

Государственные органы продолжили и во многих странах увеличили финансирование исследований и разработок в области волновой энергии в 2010-е годы. Сюда входят как ЕС, США, так и Великобритания, где ежегодные ассигнования обычно составляют 5–50 миллионов долларов США. В сочетании с частным финансированием это привело к большому количеству текущих проектов в области волновой энергетики (см. Список проектов в области волновой энергетики ).

Физические концепции

Основная статья: Теория волн Эйри

Как и большинство движений жидкости, взаимодействие океанских волн и преобразователей энергии представляет собой нелинейное явление высокого порядка. Он описывается с помощью уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости. $${\begin{aligned}{\frac {\partial {\vec {u}}}{\partial t}}+({\vec {u}}\cdot {\vec {\nabla }}){\vec {u}}&=\nu \Delta {\vec {u}}+{\frac {{\vec {F_{\text{ext}}}}-{\vec {\nabla }}p}{\rho }}\\{\vec {\nabla }}\cdot {\vec {u}}&=0\end{aligned}}$$где ${\textstyle {\vec {u}}(t,x,y,z)}$ скорость жидкости, ${\textstyle p}$ это давление , ${\textstyle \rho }$ плотность ​ , ${\textstyle \nu }$ вязкость ​ и ${\textstyle {\vec {F_{\text{ext}}}}}$ чистая внешняя сила, действующая на каждую частицу жидкости (обычно гравитация ). Однако в типичных условиях движение волн описывается волновой теорией Эйри , которая утверждает, что

• движение жидкости примерно безвихревое ,
• давление примерно постоянно на поверхности воды, и
• глубина морского дна примерно постоянна.

В ситуациях, связанных со сбором энергии океанских волн, эти предположения обычно верны.

Уравнения Эйри

Первое условие означает, что движение можно описать потенциалом скорости ${\textstyle \phi (t,x,y,z)}$: $${{\vec {\nabla }}\times {\vec {u}}={\vec {0}}}\Leftrightarrow {{\vec {u}}={\vec {\nabla }}\phi }{\text{,}}$$которое должно удовлетворять уравнению Лапласа , $$\nabla ^{2}\phi =0{\text{.}}$$В идеальном потоке вязкость незначительна, и единственной внешней силой, действующей на жидкость, является сила тяжести Земли. ${\vec {F_{\text{ext}}}}=(0,0,-\rho g)$. В этих обстоятельствах уравнения Навье-Стокса сводятся к $${\partial {\vec {\nabla }}\phi \over \partial t}+{1 \over 2}{\vec {\nabla }}{\bigl (}{\vec {\nabla }}\phi {\bigr )}^{2}=-{1 \over \rho }\cdot {\vec {\nabla }}p+{1 \over \rho }{\vec {\nabla }}{\bigl (}\rho gz{\bigr )},$$который интегрируется (пространственно) в закон сохранения Бернулли : $${\partial \phi \over \partial t}+{1 \over 2}{\bigl (}{\vec {\nabla }}\phi {\bigr )}^{2}+{1 \over \rho }p+gz=({\text{const}}){\text{.}}$$

Теория линейного потенциального потока

Движение частицы в океанской волне.
A = На глубокой воде. Величина кругового движения частиц жидкости экспоненциально уменьшается с увеличением глубины под поверхностью.
B = На мелководье (дно океана теперь находится в точке B). Эллиптическое движение частицы жидкости выравнивается с уменьшением глубины.
1 = направление распространения.
2 = гребень волны.
3 = Впадина волны.

При рассмотрении волн и движений малой амплитуды квадратичный член ${\textstyle \left({\vec {\nabla }}\phi \right)^{2}}$ можно пренебречь, приведя к линейному уравнению Бернулли: $${\partial \phi \over \partial t}+{1 \over \rho }p+gz=({\text{const}}){\text{.}}$$и третьи предположения Эйри тогда предполагают $${\begin{aligned}&{\partial ^{2}\phi \over \partial t^{2}}+g{\partial \phi \over \partial z}=0\quad \quad \quad ({\text{surface}})\\&{\partial \phi \over \partial z}=0{\phantom {{\partial ^{2}\phi \over \partial t^{2}}+{}}}\,\,\quad \quad \quad ({\text{seabed}})\end{aligned}}$$Эти ограничения полностью определяют синусоидальные волновые решения вида $$\phi =A(z)\sin {\!(kx-\omega t)}{\text{,}}$$где $k$ определяет волновое число решения и $A(z)$ и $\omega$ определяются граничными ограничениями (и $k$). Конкретно, $${\begin{aligned}&A(z)={gH \over 2\omega }{\cosh(k(z+h)) \over \cosh(kh)}\\&\omega =gk\tanh(kh){\text{.}}\end{aligned}}$$Высота поверхности $\eta$ тогда можно просто вывести как $$\eta =-{1 \over g}{\partial \phi \over \partial t}={H \over 2}\cos(kx-\omega t){\text{:}}$$плоская волна, распространяющаяся вдоль оси x.

Последствия

Колебательное движение наиболее сильно на поверхности и экспоненциально уменьшается с глубиной. Однако для стоячих волн ( клапотис ) вблизи отражающего берега энергия волн также присутствует в виде колебаний давления на большой глубине, вызывая микросейсмы . Колебания давления на большей глубине слишком малы, чтобы их можно было использовать для преобразования энергии волн.

Поведение волн Эйри предлагает два интересных режима: вода глубже половины длины волны, как это обычно бывает в море и океане, и мелководье, с длинами волн, примерно в двадцать раз превышающими глубину воды. Глубокие волны обладают дисперсией : волны с длинными длинами распространяются быстрее и имеют тенденцию опережать волны с более короткими длинами волн. Глубоководная групповая скорость равна половине фазовой скорости . Волны на мелкой воде не имеют дисперсии: групповая скорость равна фазовой скорости, и волновые цуги распространяются невозмущенно.

В следующей таблице суммировано поведение волн в различных режимах:

Воздушные гравитационные волны на поверхности глубокой воды, мелководья или средней глубины. показывать

quantity	symbol	units	deep water (h > 1⁄2 λ)	shallow water (h < 0.05 λ)	intermediate depth (all λ and h)
phase velocity	$c_{p}={\frac {\lambda }{T}}={\frac {\omega }{k}}$	m / s	${\frac {g}{2\pi }}T$	${\sqrt {gh}}$	${\sqrt {{\frac {g\lambda }{2\pi }}\tanh \left({\frac {2\pi h}{\lambda }}\right)}}$
group velocity	$c_{g}=c_{p}^{2}{\frac {\partial \left(\lambda /c_{p}\right)}{\partial \lambda }}={\frac {\partial \omega }{\partial k}}$	m / s	${\frac {g}{4\pi }}T$	${\sqrt {gh}}$	${\frac {1}{2}}c_{p}\left(1+{\frac {4\pi h}{\lambda }}{\frac {1}{\sinh \left({\frac {4\pi h}{\lambda }}\right)}}\right)$
ratio	${\frac {c_{g}}{c_{p}}}$	–	${\frac {1}{2}}$	$1$	${\frac {1}{2}}\left(1+{\frac {4\pi h}{\lambda }}{\frac {1}{\sinh \left({\frac {4\pi h}{\lambda }}\right)}}\right)$
wavelength	$\lambda$	m	${\frac {g}{2\pi }}T^{2}$	$T{\sqrt {gh}}$	for given period T, the solution of:   $\left({\frac {2\pi }{T}}\right)^{2}={\frac {2\pi g}{\lambda }}\tanh \left({\frac {2\pi h}{\lambda }}\right)$
general
wave energy density	$E$	J / m2	${\frac {1}{16}}\rho gH_{m0}^{2}$
wave energy flux	$P$	W / m	$E\;c_{g}$
angular frequency	$\omega$	rad / s	${\frac {2\pi }{T}}$
wavenumber	$k$	rad / m	${\frac {2\pi }{\lambda }}$

Формула волновой мощности

Фотография эллиптических траекторий частиц воды под действием прогрессивной и периодической поверхностной гравитационной волны в волновом лотке . Волновые условия: средняя глубина воды d = 2,50 фута (0,76 м), высота волны H = 0,339 фута (0,103 м), длина волны λ = 6,42 фута (1,96 м), период T = 1,12 с.

На глубокой воде, где глубина воды превышает половину длины волны , поток волновой энергии равен

$P={\frac {\rho g^{2}}{64\pi }}H_{m0}^{2}T_{e}\approx \left(0.5{\frac {\text{kW}}{{\text{m}}^{3}\cdot {\text{s}}}}\right)H_{m0}^{2}\;T_{e},$

где P — поток волновой энергии на единицу длины гребня волны, H _m0 — значительная высота волны , T _e энергии волны — период , ρ — воды плотность и g — ускорение свободного падения . Приведенная выше формула утверждает, что мощность волны пропорциональна периоду энергии волны и квадрату высоты волны. Если значительная высота волны указана в метрах, а период волны в секундах, результатом будет мощность волны в киловаттах (кВт) на метр длины волнового фронта .

Например, рассмотрим умеренное волнение океана на глубокой воде, в нескольких километрах от береговой линии, с высотой волн 3 м и периодом энергии волн 8 с. Решение вопросов мощности производит

$P\approx 0.5{\frac {\text{kW}}{{\text{m}}^{3}\cdot {\text{s}}}}(3\cdot {\text{m}})^{2}(8\cdot {\text{s}})\approx 36{\frac {\text{kW}}{\text{m}}},$

или 36 киловатт потенциальной мощности на метр гребня волны.

Во время сильных штормов крупнейшие прибрежные морские государства имеют значительную высоту волн около 15 метров и энергетический период около 15 секунд. Согласно приведенной выше формуле, такие волны переносят мощность около 1,7 МВт на каждый метр волнового фронта.

Эффективное волновое силовое устройство улавливает значительную часть потока волновой энергии. В результате высота волн в зоне за устройством уменьшается.

Энергия и поток энергии

в состоянии моря Согласно линейной теории волн , средняя плотность энергии на единицу площади гравитационных волн на поверхности воды пропорциональна квадрату высоты волны:

$E={\frac {1}{16}}\rho gH_{m0}^{2},$

где E — средняя плотность энергии волны на единицу горизонтальной площади (Дж/м ² ), сумма плотности кинетической и потенциальной энергии на единицу горизонтальной площади. Плотность потенциальной энергии равна кинетической энергии, оба вносят половину вклада в плотность волновой энергии E , как и можно ожидать из теоремы о равнораспределении .

Волны распространяются по поверхности, где гребни движутся с фазовой скоростью, а энергия переносится горизонтально с групповой скоростью . Средняя скорость переноса энергии волны через вертикальную плоскость единичной ширины, параллельную гребню волны, представляет собой поток энергии (или мощность волны, не путать с выходной мощностью устройства) и равна:

$P=E\,c_{g},$ где c _{g -} групповая скорость (м/с).

Из-за закона дисперсии волн под действием гравитации групповая скорость зависит от длины волны λ волны или, что то же самое, от периода T .

Высота волн определяется скоростью ветра, продолжительностью времени, в течение которого дует ветер, силой ветра (расстоянием, на котором ветер возбуждает волны) и батиметрией ( которая может фокусировать или рассеивать энергию волн). Заданная скорость ветра имеет соответствующий практический предел, при котором время или расстояние не увеличивают размер волны. В этом пределе волны считаются «полностью развитыми». Как правило, более крупные волны более мощные, но мощность волн также определяется длиной волны , плотностью воды , глубиной воды и ускорением силы тяжести.

Преобразователи волновой энергии

Общие концепции энергии волн: 1. Точечный поглотитель, 2. Аттенюатор, 3. Преобразователь пульсаций колеблющихся волн, 4. Колеблющийся столб воды, 5. Устройство перелива, 6. Погружной перепад давления, 7. Плавающие преобразователи в воздухе.

Преобразователи волновой энергии (ПВЭ) обычно классифицируются по методу, местоположению и системе отбора мощности . Места обитания — береговая линия, прибрежная зона и море. Типы отбора мощности включают в себя: гидроцилиндр , эластомерный шланговый насос , береговой насос, гидроэлектрическую турбину , воздушную турбину, и линейный электрический генератор .

Различные пути преобразования волновой энергии в полезную энергию в виде электричества или прямого использования.

Четыре наиболее распространенных подхода:

• точечные поглотители буев
• поверхностные глушители
• колеблющиеся столбы воды
• перегрузочные устройства

Точечный поглотитель буй

Это устройство плавает на поверхности, удерживаясь на месте кабелями, подсоединенными к морскому дну. Точечный поглотитель имеет ширину устройства, намного меньшую, чем длина входящей волны λ. Энергия поглощается путем излучения волны с разрушительным вмешательством в приходящие волны. Буи используют подъем и падение волн для выработки электроэнергии напрямую с помощью линейных генераторов . генераторы с приводом от механических линейно-вращательных преобразователей, или гидравлические насосы. Энергия, извлекаемая из волн, может влиять на береговую линию, а это означает, что участки должны оставаться вдали от берега.

Конструкция одноточечного амортизатора, протестированная компанией CorPower в коммерческом масштабе, имеет отрицательную пружину, которая повышает производительность и защищает буй при очень больших волнах. Он также имеет внутренний пневматический цилиндр, который удерживает буй на фиксированном расстоянии от морского дна независимо от состояния прилива. В нормальных условиях эксплуатации буй раскачивается вверх и вниз с удвоенной амплитудой волны за счет регулирования фазы его движений. Он поднимается с небольшим опозданием от волны, что позволяет ему извлечь больше энергии. В ходе испытаний, завершенных в 2024 году, компания заявила об увеличении выработки электроэнергии на 300% (600 кВт) по сравнению с буем без регулировки фазы.

Поверхностный аттенюатор

Эти устройства используют несколько плавающих сегментов, соединенных друг с другом. Они ориентированы перпендикулярно приходящим волнам. Изгибающее движение создается волнами, и это движение приводит в действие гидравлические насосы для выработки электроэнергии. Преобразователь волновой энергии Pelamis — одна из наиболее известных концепций аттенюаторов, хотя она больше не разрабатывается.

Преобразователь пульсаций колебательных волн

Эти устройства обычно имеют один конец, прикрепленный к конструкции или морскому дну, а другой конец может свободно перемещаться. Энергия собирается от относительного движения тела относительно фиксированной точки. Преобразователи часто бывают в виде поплавков, створок или мембран. Некоторые конструкции включают параболические отражатели для фокусировки энергии в точке захвата. Эти системы улавливают энергию от подъема и падения волн.

Колеблющийся столб воды

Устройства, колеблющиеся в толще воды, могут быть расположены на берегу или в море. Набухание сжимает воздух во внутренней камере, прогоняя воздух через турбину для выработки электричества . Когда воздух проходит через турбины, создается значительный шум, который потенциально может повлиять на находящихся поблизости птиц и морские организмы . Морская жизнь может оказаться в ловушке или запутаться в воздушной камере. Он черпает энергию из всей толщи воды.

Перегрузочное устройство

Перекрывающие устройства представляют собой длинные конструкции, которые используют скорость волн для заполнения резервуара до более высокого уровня воды, чем окружающий океан. Потенциальная энергия высоты резервуара улавливается турбинами с низким напором. Устройства могут находиться на суше или за рубежом.

Погружной перепад давления

Погружные преобразователи перепада давления используйте гибкие (обычно армированные резиновые) мембраны для извлечения энергии волн. Эти преобразователи используют разницу давления в разных местах под волной для создания разницы давления в закрытой гидравлической системе отбора мощности. Эта разница давлений обычно используется для создания потока, который приводит в движение турбину и электрический генератор. Погружные преобразователи перепада давления обычно используют гибкие мембраны в качестве рабочей поверхности между водой и коробкой отбора мощности. Мембраны гибкие и имеют небольшую массу, что может усилить связь с энергией волны. Их податливость позволяет существенно изменять геометрию рабочей поверхности, что позволяет настроить преобразователь на конкретные условия волнения и защитить его от чрезмерных нагрузок в экстремальных условиях.

Погружной преобразователь может быть расположен как на морском дне, так и в средней воде. В обоих случаях преобразователь защищен от воздействия воды, которое может возникнуть на свободной поверхности . Волновые нагрузки также уменьшаются нелинейно пропорционально расстоянию под свободной поверхностью. Это означает, что за счет оптимизации глубины можно сбалансировать защиту от экстремальных нагрузок и доступ к энергии волн.

Плавающие преобразователи в воздухе

Волновая электростанция с использованием пневматической камеры

Упрощенная конструкция волновой электростанции

Плавающие преобразователи в воздухе потенциально обеспечивают повышенную надежность, поскольку устройство расположено над водой, что также упрощает осмотр и обслуживание. Примеры различных концепций плавающих преобразователей в воздухе включают:

• системы отбора энергии демпфирования крена с турбинами в отсеках, содержащих плещущуюся воду
• маятниковые системы с горизонтальной осью
• маятниковые системы с вертикальной осью

Погружные преобразователи энергии волн

В начале 2024 года в Испании был одобрен полностью погружной преобразователь энергии волн, использующий технологию волновой энергии точечного поглотителя. Конвертер включает в себя буй, пришвартованный ко дну и расположенный под поверхностью воды, вне поля зрения людей и вдали от штормовых волн.

Воздействие на окружающую среду

Дополнительная информация: Воздействие производства электроэнергии на окружающую среду.

Общие экологические проблемы, связанные с морской энергетикой, включают:

• Воздействие электромагнитных полей и подводного шума;
• Потенциал физического присутствия изменить поведение морских млекопитающих, рыб и морских птиц путем привлечения, избегания и запутывания.
• Потенциальное воздействие на морские процессы, такие как перенос наносов и качество воды .
• Системы фундамента/швартовки могут воздействовать на донные организмы посредством запутывания/захвата.
• Эффекты электродвижущей силы, создаваемые подводными силовыми кабелями .
• Незначительный риск столкновения
• Накопление искусственных рифов вблизи стационарных сооружений
• Возможные нарушения мест ночлега.

Потенциал

Мировой теоретический потенциал волновой энергии оценивается более чем в 2 ТВт. Места с наибольшим потенциалом волновой энергии включают западное побережье Европы, северное побережье Великобритании и тихоокеанское побережье Северной и Южной Америки, Южной Африки, Австралии и Новой Зеландии. Северная и южная зоны умеренного климата имеют лучшие места для улавливания энергии волн. Преобладающие западные ветры в этих зонах сильнее всего дуют зимой.

Карта мировых энергетических ресурсов волн

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) оценила теоретический потенциал волновой энергии для различных стран. По оценкам, потенциал США эквивалентен 1170 ТВтч в год или почти 1/3 потребления электроэнергии в стране. Береговая линия Аляски составляла ~50% от общего количества.

Технико-экономический потенциал будет ниже приведенных значений теоретического потенциала.

Проблемы

Необходимо учитывать воздействие на окружающую среду. Социально-экономические проблемы включают перемещение коммерческих и любительских рыбаков и могут представлять опасность для судоходства. Должна быть обеспечена вспомогательная инфраструктура, такая как сетевое подключение. Коммерческие WEC не всегда были успешными. Например, в 2019 году шведская компания Seabase Industries AB была ликвидирована из-за «серьезных проблем последних лет, как практических, так и финансовых».

Современная технология производства волновой энергии имеет множество технических ограничений. Эти ограничения проистекают из сложной и динамичной природы океанских волн, которые требуют надежных и эффективных технологий для улавливания энергии. Задачи включают в себя проектирование и создание устройств, использующих энергию волн, которые смогут противостоять коррозионному воздействию соленой воды, суровым погодным условиям и экстремальным волновым силам. Кроме того, оптимизация производительности и эффективности преобразователей энергии волн, таких как устройства колеблющегося водного столба (OWC), точечные поглотители и устройства перекрытия, требует преодоления инженерных сложностей, связанных с динамической и изменчивой природой волн. Кроме того, разработка эффективных систем швартовки и крепления для удержания устройств, использующих энергию волн, на месте в суровых условиях океана, а также разработка надежных и эффективных механизмов отбора мощности для преобразования захваченной энергии волн в электричество также являются техническими проблемами в области производства волновой энергии. Поскольку рассеивание энергии волн затопленным гибким волноломом-насыпью больше, чем у жесткой затопленной конструкции, ожидается большее рассеивание энергии волн из-за сильно деформированной формы конструкции.

Волновые фермы

Волновая ферма (волновая энергетическая ферма или парк волновой энергии) — это группа расположенных рядом устройств волновой энергии. Устройства взаимодействуют гидродинамически и электрически в зависимости от количества машин, расстояния и компоновки, волнового климата, геометрии побережья и придона, а также стратегий управления. Процесс проектирования представляет собой задачу многократной оптимизации, направленную на получение высокой мощности, низких затрат и ограниченных колебаний мощности. Прибрежные волновые фермы оказывают существенное влияние на динамику пляжей. Например, волновые фермы значительно сокращают эрозию, что демонстрирует, что синергия между защитой прибрежных зон и производством энергии повышает экономическую жизнеспособность энергии волн. Дополнительные исследования показывают, что волновые фермы, расположенные вблизи лагун, потенциально могут обеспечить эффективную защиту побережья во время морского пространственного планирования.

Галерея волновых энергетических инсталляций

• 
  Преобразователь волновой энергии Pelamis на территории Европейского центра морской энергии (EMEC) в 2008 году.
• 
  Азура на полигоне волновой энергии ВМС США (WETS) на острове Оаху .
• 
  Преобразователь волновой энергии AMOG (WEC) в работе на юго-западе Англии (2019 г.).
• 
  Конвертер mWave от Bombora Wave Power.
• 
  Преобразователь волновой энергии CalWave Power Technologies, Inc. в Калифорнии.

Патенты

• Заявка на патент ВОИС WO2016032360 — 2016 г. Гидроаккумулирующая система – заявка на патент «Гидроэнергетика с буферизацией давления»
• Патент США 8,806,865 — 2011 г. Устройство для использования энергии океанских волн — патент Pelamis/Salter's Duck Hybrid.
• Патент США 3928967 — 1974 г. Устройство и метод извлечения волновой энергии — оригинальный патент «Утка Солтера».
• Патент США 4,134,023 — 1977 г. Устройство для извлечения энергии из волн на воде - метод Солтера для повышения «утиной» эффективности.
• Патент США 6 194 815 — 1999 г. Пьезоэлектрический роторный генератор электрической энергии.
• Патент США № 1930958 — 1932 г. Волновой двигатель — Океанская электростанция Парсонс — Херринг-Коув, Новая Шотландия — март 1925 г. Первая в мире коммерческая установка для преобразования энергии океанских волн в электроэнергию. Дизайнер — Осборн Хэвлок Парсонс — родился в 1873 году в Петиткодьяке, Нью-Брансуик.
• Преобразователи энергии волн, использующие разницу давлений US 20040217597 A1 — 2004 Преобразователи энергии волн, использующие разницу давлений

Британская компания разработала магнит Waveline, который может обеспечить нормированную стоимость электроэнергии в размере 0,01 фунта стерлингов за кВтч при минимальном уровне обслуживания.

См. также

• Список проектов волновой энергетики
• Список волновых электростанций
• Сила волн в Австралии
• Волновая сила в Новой Зеландии
• Волновая сила в Шотландии
• Волновая сила в США
• Морская энергетика
• Преобразование тепловой энергии океана
• Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (OEERE)
• Мировое потребление энергии

Дальнейшее чтение

• Круз, Жоао (2008). Энергия океанских волн – современное состояние и перспективы на будущее . Спрингер. ISBN  978-3-540-74894-6 . , 431 стр.
• Фальнес, Йоханнес (2002). Океанские волны и колебательные системы . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-01749-7 . , 288 с.
• Маккормик, Майкл (2007). Преобразование энергии океанских волн . Дувр. ISBN  978-0-486-46245-5 . , 256 стр.
• Твиделл, Джон; Вейр, Энтони Д.; Вейр, Тони (2006). Возобновляемые энергетические ресурсы . Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-0-419-25330-3 . , 601 стр.

Внешние ссылки

• Кейт Гэлбрейт (22 сентября 2008 г.). «Сила беспокойного моря будоражит воображение» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 9 октября 2008 г.
• «Волновая сила: грядущая волна» от журнала Economist, 5 июня 2008 г.
• Tethys - база данных Tethys из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
• Видео Wave Swell Energy на YouTube