Wie Funktioniert Wellenenergie?

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Wellenenergie könnte zur erzeugung von elektrizität verwendet werden, um die verbrennung fossiler brennstoffe zu ersetzen. Erfahren sie mehr über wellenenergie und wie sie genutzt werden kann.

"Das wird ein Kinderspiel", denken Sie, als Sie zum ersten Mal ein Surfbrett mitnehmen. Aber nach dem zehnten Wipeout sehen Sie Prellungen und erkennen, wie widerspenstig und mächtig die Meereswellen sind. In der Tat erinnern uns Surferfahnder daran, wie aggressiv die Wellen sein können. Aber diese kraftvolle Wellenkraft ist genau das, was einige Wissenschaftler hoffen, die Welt von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen.

Werfen Sie einen Blick auf einen Globus und Sie werden schnell feststellen, dass sich auf diesem Planeten trockenes Land in der Minderheit befindet - Wasser deckt tatsächlich den größten Teil (etwa 70 Prozent) der Erdoberfläche. Es ist sicherlich eine verlockende Aussicht zu glauben, dass wir nutzbare Energie aus den natürlichen Kräften auf der Wasseroberfläche gewinnen könnten.

Wellenenergie bezieht sich auf die Nutzung der Herkuleskraft von Wasserwellen. Wellen enthalten eine ungeheure Menge ungenutzter Energie, von denen wir einige für den Stromverbrauch der Welt nutzen können. Obwohl Schätzungen darüber abhängen, wie viel Stromwellen zum weltweiten Energieverbrauch beitragen könnten, sagen einige, dass sie realistisch etwa 10 Prozent beitragen könnten [Quelle: OEC].

Theoretisch ist dies jedoch nicht einmal annähernd so groß wie die Energie, die die Meereswellen liefern könnten. Tatsächlich könnten nur etwa 0,2 Prozent der Energie in den Meereswellen den gesamten Planeten antreiben [Quelle: Drollette]. Angesichts dieses Wissens mag man sich fragen, warum die Menschen der Entwicklung der Wellenenergie nicht mehr Aufmerksamkeit schenken und in diese investieren.

Der schwierige Teil besteht darin, Wege zu finden, um diese Kraft in nutzbare Energie umzuwandeln. In diesem Artikel untersuchen wir die verschiedenen Methoden, die Ingenieure zur Gewinnung von Wellenenergie entwickelt haben. Aber zuerst ist es wichtig zu wissen, wie Wellen diese Energie überhaupt erst bekommen.

Lernen Sie Ihre Wave-Bedingungen kennen

Wenn Sie etwas über Wellen lernen, sollten Sie die folgenden Begriffe kennen:

  • Kamm: der oberste Teil der Welle
  • Trog: der tiefste Punkt einer Welle
  • Wellenlänge: die horizontale Entfernung zwischen einem Kamm und dem nächsten Kamm (oder Trog und Trog)
  • Wellenhöhe: Der vertikale Abstand zwischen dem Tiefpunkt einer Welle und ihrem Scheitelpunkt
  • Frequenz: ein Maß dafür, wie viele Wellen in einer bestimmten Zeit durchlaufen werden.

Grundlagen der Wellenenergie: Wie sich Wellen bilden

Wenn der Wind das Wasser berührt, bilden sich Wellen. Dann erhält der Wind einen noch besseren Grip und drückt die Wellen weiter, bis sie zu großen Wellen werden.

Wenn der Wind das Wasser berührt, bilden sich Wellen. Dann erhält der Wind einen noch besseren Grip und drückt die Wellen weiter, bis sie zu großen Wellen werden.

Wellenenergie ist in einem gewissen Sinne nur eine andere Form von Sonnenenergie. Dies mag seltsam klingen, bedenken Sie jedoch, dass die Wellen vom Wind ausgehen, der sich als Folge der Erwärmung der Sonne durch die Erde bildet.

Die Sonne heizt die Erde niemals gleichmäßig auf. Abhängig von den natürlichen Formationen der Erde sowie ihrer Ausrichtung zur Sonne werden einige Stellen stärker erhitzt als andere. Wenn etwas Luft erwärmt wird, wird sie weniger dicht und somit leichter und schwimmt auf natürliche Weise nach oben. Dies lässt einen Raum frei, in dem dichtere, kältere Luft eindringen und ihren Platz einnehmen kann. Dieser Luftstoß ist die erfrischende kühle Brise, die Sie an einem sonnigen Tag fühlen.

Der Wind ist auch für unsere sehr starken Wellen verantwortlich. Wenn der Wind am Wasser entlang strömt, verursacht die Reibung Wellen. Der Wind drückt weiter gegen diese Wellen in einem Schneeballeffekt, der schließlich eine große Welle erzeugt. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine Energieübertragung von der Sonne über den Wind zu den Wellen.

Einige Faktoren bestimmen, wie stark eine einzelne Welle sein wird. Diese schließen ein:

  • Windgeschwindigkeit: Je schneller der Wind ist, desto größer wird eine Welle sein.
  • Zeit des Windes: Die Welle wird umso länger, je länger der Wind sie trifft.
  • Entfernung des Windes: Je weiter der Wind gegen die Welle weht (bekannt als holen), desto größer wird es sein.

Interessanterweise bewegen Wellen Energie, nicht Wasser, weite Entfernungen. Wasser wirkt als Medium, durch das kinetische Energieoder Energie in Bewegung, vergeht. Das Wasser bewegt sich natürlich nur in kreisenden Bewegungen. Mit anderen Worten: Wasserpartikel wirken wie Rollen in einem Förderband - sie drehen sich, um das Band nach oben zu bewegen, bewegen sich dabei aber nicht vorwärts. Deshalb steigen und fallen Bojen in vertikaler Bewegung mit dem Wasser.

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Aber wenn wir bereits Windenergieanlagen haben, um die Windenergie zu nutzen, warum sollten sie die Meereswellen nutzen? Obwohl sie wie ein unnötiger Zwischenhändler wirken, haben Wellen gegenüber dem Wind einige Vorteile, wenn es darum geht, nutzbare Energie abzurufen. Zum einen sind die Meereswellen dicht mit Energie. Mit anderen Worten, während der Wind viel Raum einnehmen kann, um etwas Energie zu enthalten, können Wellen eine große Menge an Energie sammeln und in einen kleinen Raum packen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Meereswellen zuverlässig sind - wir können leichter vorhersagen, in welche Richtung sich die Wellen bewegen werden als in welche Richtung der Wind bläst. Außerdem kann der Wind eine Welle auslösen und dann kann die Welle von selbst eine große Entfernung zurücklegen. Große Wellen, die weit weg von ihrem Ursprung wandern, werden genannt Wellen schwellen. Dies bedeutet, dass die gesamte Oberfläche eines Ozeans Energie sammeln kann, und ohne dass wir arbeiten müssen, kommen die Wellen sogar von weit her zu uns.

Nun, da wir wissen, wie Wellen ihre Energie gewinnen, wollen wir uns ansehen, wie wir diese Energie sammeln können.

Wellen gegen Gezeiten

Obwohl der Wind die starken Oberflächenwellen verursacht, die wir für die Wellenenergie verwenden, ist die Anziehungskraft des Mondes für den Mond verantwortlich Gezeiten, das ist der Aufstieg und Fall der Ozeane zweimal täglich. Gezeitenenergie, die sich von der Wellenenergie unterscheidet, birgt auch das Energiepotenzial.Sie könnte etwa 3 Prozent zum Energiebedarf der USA beitragen und mehr für das Vereinigte Königreich [Quelle: Holzman]. "Flutwelle" ist ein irreführender Begriff und hat eher mit einer Unterwasserstörung als mit Gezeiten zu tun.

Methoden zur Nutzung der Wellenenergie

Beachten Sie in diesem OWC-Diagramm, dass die einzigen Auslässe unten sind, wo Wellen nach außen treten, und oben, wo ein enger Durchgang, der mit einer Turbine verbunden ist, Luft ein- und auslässt. Wenn die Wellen Luft drücken, strömt die Luft durch den Turbinendurchgang.

Beachten Sie in diesem OWC-Diagramm, dass die einzigen Auslässe unten sind, wo Wellen nach außen treten, und oben, wo ein enger Durchgang, der mit einer Turbine verbunden ist, Luft ein- und auslässt. Wenn die Wellen Luft drücken, strömt die Luft durch den Turbinendurchgang.

Die Idee, Energie aus den Wellen des Ozeans zu gewinnen, wurde für ein paar hundert Jahre geworfen. Aber erst in der Ölkrise der 1970er Jahre gewann sie an Bedeutung [Quelle: CRES]. Das Konzept taucht auf, wenn der Ölpreis steigt.

Bisher haben Ingenieure verschiedene Methoden zum Sammeln von Wellenenergie entwickelt und implementiert. Diese Methoden können an der Küste, in der Nähe der Küste oder vor der Küste implementiert werden. Die meisten Geräte, die sich in der Nähe oder vor der Küste befinden, sind am Meeresboden verankert. Hier ist eine Liste der wichtigsten Arten von Wellenenergiekonverter (WECs)oder Geräte, die Wellenenergie in nutzbaren Strom übertragen.

Terminator: Wellenenergieeinrichtungen, die senkrecht zur Richtung der Welle ausgerichtet sind, sind als bekannt Terminatoren. Diese Terminatoren umfassen eine stationäre Komponente und eine Komponente, die sich als Reaktion auf die Welle bewegt. Der "stationäre" Teil könnte am Meeresboden oder am Ufer befestigt werden. Sie muss im Gegensatz zum beweglichen Teil ruhig bleiben. Der bewegliche Teil wirkt wie ein Kolben im Auto - auf und ab. Diese Bewegung setzt Luft oder Öl unter Druck, um eine Turbine anzutreiben.

Ein oszillierende Wassersäule (OWC)In der Abbildung oben ist ein Terminator dargestellt. OWCs haben zwei Öffnungen - eine an der Unterseite, durch die Wasser in die Säule eindringen kann, und einen engen Durchgang oben, um Luft ein- und auszulassen. Wenn Wellen kommen und die Säule mit Wasser füllen, wird die Luft im Inneren unter Druck gesetzt, wodurch die Luft durch die Öffnung oben gedrückt wird. Die Luft trifft und treibt eine Turbine an. Dann, als die Wellen nachlassen, strömt Wasser heraus, wodurch mehr Luft durch die Oberseite nach unten gesaugt wird und die Turbine erneut angetrieben wird.

Ein weiterer Terminator, ein Überholvorrichtung, umfasst eine Wand, die das Wasser aus aufsteigenden Wellen in einem Reservoir sammelt. Das Wasser kann durch eine Öffnung entweichen, treibt aber beim Durchlauf eine Turbine an. Der bekannteste Terminator ist jedoch der Schwarzenegger der WECs. Salters Ente einen nockenförmigen (rissförmigen) Kopf, der eine Turbine antreibt. Theoretisch ist dieses Gerät zwar nicht vollständig verwirklicht, es wäre jedoch das effizienteste WEC.

Wie funktioniert Wellenenergie?: Wellenenergie

In diesem Diagramm können Sie sehen, wie ein Überholgerät funktioniert. Nachdem die Wellen über eine Wand in ein Reservoir geraten sind, läuft das Wasser aus einem Auslass ab, wo es eine Turbine antreibt.

Abschwächer: Diese Geräte sind parallel zur Richtung der Welle ausgerichtet. Eines der bekanntesten Beispiele dafür ist das Pelamiseine Reihe von langen zylindrischen Schwimmvorrichtungen, die mit Scharnieren miteinander verbunden und am Meeresboden verankert sind. Die zylindrischen Teile treiben hydraulische Kolben in den Verbindungsabschnitten an, und diese wiederum treiben einen elektrischen Generator an. Die Geräte senden den Strom über Kabel zum Meeresboden, wo sie dann über ein Kabel an Land gelangen.

Wie funktioniert Wellenenergie?: Wellenenergie

PunktabsorberDiese Geräte sind nicht auf die Wellen ausgerichtet, sondern können die Energie von Wellen "absorbieren", die von allen Richtungen kommen. Ein solches Gerät heißt Aquabuoy, von Finavera entwickelt. In einem vertikalen Rohr unter dem Wasser stürzen Wellen ein und treiben einen Kolben, eine schwimmende Scheibe, die mit Schlauchpumpen verbunden ist, auf und ab, um das Meerwasser im Inneren unter Druck zu setzen. Das Druckwasser treibt dann eine eingebaute Turbine an, die an einen elektrischen Generator angeschlossen ist [Quelle: Finavera]. Viele Aquabuoys können Strom an einen zentralen Punkt senden. Von dort aus wird Strom über ein Kabel zum Meeresboden und dann zum Ufer geleitet.

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Wie funktioniert Wellenenergie?: Wellen

Mehrere zusammengruppierte WECs wie Pelamis oder Aquabuoy-Strukturen bilden eine Wellenfarm.

Auf der nächsten Seite werden wir einige der Kämpfe untersuchen, mit denen Wellenenergie in der heutigen Wirtschaft flott gemacht wird.

Hindernisse für die Wellenenergie

Selbst wenn der Ölpreis steigt, müssen die Kosten für Wellenenergie viel billiger werden, um mit ihm konkurrieren zu können.

Selbst wenn der Ölpreis steigt, müssen die Kosten für Wellenenergie viel billiger werden, um mit ihm konkurrieren zu können.

Wenn die Ölpreise steigen, dürstet die Welt nach Alternativen für erneuerbare Energien. Trotz dieser einladenden Haltung verhindern einige Probleme, dass die Wellenenergie den Appetit der Welt wirklich stillen kann.

Wie wir bereits erwähnt haben, sagen einige Schätzungen aus, dass die heutige Wellenenergietechnologie möglicherweise 10 Prozent des Energieverbrauchs des Planeten benötigt. Theoretisch könnte die Wellenenergietechnologie eines Tages jedoch noch viel mehr tun, wenn sich die Wellenenergietechnologie erheblich weiterentwickelt. Wie wir auf der vorherigen Seite gesehen haben, versuchen Ingenieure verschiedene Methoden, und dennoch erreicht keine einzige Methode eine hocheffiziente Energieumwandlung. Eines der Design-Dilemmas mit Wellenenergie besteht darin, dass die Wellenfrequenz zu niedrig ist, um Turbinen sehr effektiv zu betreiben [Quelle: Chauhan].

Und nicht nur das, diese Geräte müssen billig genug sein, um sich zu entwickeln und zu nutzen. Wenn Wellenenergie niemals so billig ist wie fossile Brennstoffe wie Kohle und Öl (selbst wenn die Kosten steigen) oder Kernenergie, wird es schwer werden, sich zu einem bedeutenden Anwärter im Energiekampf zu entwickeln. Tatsächlich konkurrierten Befürworter der Wellenenergie in Europa während der Ölkrise der siebziger Jahre mit den Befürwortern der Atomenergie um Zuschüsse und verloren, weshalb einige Wellenenergieforschungsprogramme endeten. Die Investition in die Kernenergie schien vielversprechender als die Wellenenergie.

Aber selbst diese 10 Prozent sind ein großer Betrag, wenn wir bedenken, dass nur bestimmte Regionen der Welt von Natur aus für die Erfassung von Wellenenergie geeignet sind.Da wir konsistente und energiereiche Wellen benötigen, um die WECs mit Strom zu versorgen, sind die besten Zonen für den Aufbau der Wellenleistung die zwischen 30 und 60 Grad geografischen Breiten. [Quelle: EUOEA]. Für die USA erweisen sich die Küsten von Oregon als die praktischsten Orte. Schottland, das von starken Wellen getroffen wird, ist eine Brutstätte zum Testen und Implementieren von Wellenenergiemethoden. Und Portugal hat auf der weltweit ersten Wellenfarm mit Pelamis-Geräten gearbeitet.

Obwohl Wellen in gewisser Weise zuverlässiger sind als Wind, können wir uns nicht immer auf viele Wellenbewegungen verlassen, was bedeutet, dass wir effektive Energiespeichermethoden benötigen. Auf der anderen Seite sind Wellen und Wetter manchmal zu hart für Wellenenergiegeräte. Wir brauchen also nicht nur effizientere WECs, sondern sie müssen unglaublich langlebig sein, was den Preis in die Höhe treiben kann.

Waten Sie um die Links auf der nächsten Seite, um mehr über das Meer und alternative Energien zu erfahren.


Videoergänzungsan: Wellenkraftwerke: Nemos nutzt auch kleine Wellen - Faszination Wissen.




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