GOLFENERGIE: GESCHIEDENIS, HOE HET WERKT, VOORDELEN, NADELEN - MILIEU - 2026

De golfenergie of golfvermogen is de mechanische energie die door de golf wordt opgewekt en die wordt omgezet in elektrische energie. Het is de kinetische energie van water, geproduceerd door de energie van de wind in zijn wrijving met het oppervlak van watermassa's.

Deze kinetische energie wordt door turbines omgezet in elektrische energie, zijnde een hernieuwbare en schone energie. De geschiedenis van het gebruik van deze energie gaat terug tot de negentiende eeuw, maar pas aan het einde van de twintigste eeuw begint het een hoge vlucht te nemen.

Kracht van de golven. Bron: Mostafameraji

Tegenwoordig zijn er een groot aantal systemen voorgesteld om te profiteren van de vormen van golfenergie. Deze omvatten golfoscillatie, golfschok of drukvariaties onder de golf.

Het algemene principe van deze systemen is vergelijkbaar en bestaat uit het ontwerpen van apparaten die de kinetische energie van de golven omzetten in mechanische energie en vervolgens in elektrische energie. Het ontwerp en de uitvoering zijn echter zeer variabel en kunnen aan de kust of offshore worden geïnstalleerd.

Uitrusting kan ondergedompeld, half ondergedompeld, drijvend of op de kustlijn worden gebouwd. Er zijn systemen zoals Pelamis, waarbij de opwaartse beweging van de golven hydraulische systemen activeert door stuwkracht die motoren activeren die zijn gekoppeld aan elektrische generatoren.

Anderen profiteren van de kracht van de golven bij het breken aan de kust, hetzij door hydraulische zuigers of luchtkolommen die turbines bewegen te duwen (Voorbeeld: OWC-systeem, Oscillerende Waterkolom).

In andere ontwerpen wordt de kracht van de golf gebruikt terwijl deze op de kust breekt om deze te kanaliseren en reservoirs te vullen. Vervolgens wordt de potentiële energie van het opgeslagen water gebruikt om turbines door zwaartekracht te laten bewegen en elektrische energie op te wekken.

Golfenergie heeft ongetwijfeld voordelen, aangezien het hernieuwbaar, schoon, gratis is en een lage impact op het milieu heeft. Het brengt echter enkele nadelen met zich mee die verband houden met de omgevingsomstandigheden waarin de apparatuur werkt en de eigenschappen van de golven.

De omstandigheden van het mariene milieu stellen de constructies bloot aan corrosie door salpeter, de inwerking van mariene fauna, hoge zonnestraling, wind en stormen. Daarom kunnen de werkomstandigheden, afhankelijk van het type systeem, moeilijk zijn, vooral in ondergedompelde of verankerde offshore-systemen.

Evenzo is onderhoud kostbaar, vooral in offshore-systemen, aangezien de ankers periodiek moeten worden gecontroleerd. Anderzijds kunnen ze, afhankelijk van het systeem en het gebied, een negatieve invloed hebben op de vaar-, visserij- en recreatieactiviteiten.

Geschiedenis

Het heeft zijn antecedenten in de 19e eeuw toen de Spaanse José Barrufet patenteerde op wat hij "marmotor" noemde. Deze machine produceerde elektriciteit uit de verticale oscillatie van de golven en werd pas in de jaren 80 van de 20e eeuw op de markt gebracht.

Het apparaat van Barrufet bestond uit een reeks boeien die met de golven op en neer slingerden en een elektrische generator aandreven. Het systeem was niet erg efficiënt, maar kon volgens de uitvinder 0,36 kW genereren.

Tegenwoordig zijn er meer dan 600 patenten om de kracht van de golven te gebruiken om elektrische energie op te wekken. Deze kunnen werken door middel van de kracht die wordt geproduceerd door de verticale oscillatie of die wordt gegenereerd door de impact van de golf op de kust.

Hoe werkt golfenergie?

Pelamis-omzetter in Peniche, Portugal. Bron: Dipl. Ing. Guido Grassow

De werking van golfkrachtsystemen is afhankelijk van de beweging waarvan u wilt profiteren van de golven. Er zijn drijvende of verankerde systemen aan land die profiteren van de verticale oscillatie van het water, terwijl andere de kracht van de golfschok aan de kust opvangen.

Evenzo zijn er die de variatie van druk onder het oppervlak van de golf gebruiken. In sommige gevallen zorgt de kinetische energie van de golven ervoor dat het zeewater wordt opgeslagen en benut de potentiële energie (val door zwaartekracht) om elektrische turbines te activeren.

In andere systemen produceert de mechanische energie van de golven bewegingen van hydraulische zuigers of luchtmassa's die hydraulische motoren of turbines activeren om elektriciteit op te wekken.

- Drijvende of verankerde systemen aan land

Deze systemen kunnen semi-ondergedompeld of ondergedompeld zijn en profiteren van de oscillerende beweging veroorzaakt door golven op het land. Sommige systemen gebruiken de kracht van de oppervlaktezwelling en andere de diepe beweging.

Oppervlakte zwelt op

Er zijn systemen van gelede segmenten, zoals de Pelamis of "zeeslang", waarin de golven gelede modules bewegen die hydraulische motorsystemen activeren die zijn gekoppeld aan elektrische generatoren.

Een ander alternatief is de Salter Duck, waarbij boeien die aan een as zijn bevestigd, een stampbeweging met de golven uitvoeren en ook hydraulische motoren activeren. Aan de andere kant is er een hele reeks voorstellen gebaseerd op boeien waarvan de oscillatie ook hydraulische systemen activeert.

Diepe schommelende beweging

De Archimedean Wave Oscillator bestaat uit twee cilinders die in serie zijn gemonteerd op een constructie die aan de zeebodem is verankerd. De bovenste cilinder heeft zijmagneten en beweegt verticaal naar beneden met de druk van de golf.

Wanneer de cilinder naar beneden gaat, drukt hij op de onderste cilinder die lucht bevat en, naarmate de druk van de golf meebrengt, drijft de luchtdruk het systeem omhoog. Door de oscillerende beweging in de verticale richting van de gemagnetiseerde cilinder kan door middel van een spoel elektriciteit worden opgewekt.

Wave Draak

Het bestaat uit een drijvend platform dat aan de bodem is vastgemaakt met vinnen waarmee het water kan opvangen dat door de golven wordt bewogen, waardoor de constructie onder water komt te staan. Het water hoopt zich op en wordt vervolgens door een centrale kolom door een turbine gecirculeerd.

- Kustsystemen

Deze systemen worden aan de kust geïnstalleerd en profiteren van de energie die wordt opgewekt door brekende golven. De beperking van deze systemen is dat ze alleen werken aan kusten met sterke golven.

Een voorbeeld is het systeem ontworpen door de Baskische ingenieur Iñaki Valle, dat bestaat uit een platform dat met een magneet op rails verankerd is aan de glooiende kust. De golf duwt de magneet omhoog, hij daalt door de zwaartekracht en de beweging zet een spoel aan om elektriciteit te produceren.

Systeem

Het bestaat uit een systeem van platen die heen en weer oscilleren met de eb en vloed van de golven en deze beweging activeert door middel van een zuigerpomp de elektrische turbine.

Systeem van

In dit geval gaat het om drijvende platen die aan de kust zijn verankerd die de kracht van het breken van de golf opvangen en een hydraulisch systeem activeren. De hydraulische motor drijft op zijn beurt een turbine aan die elektriciteit opwekt.

CETO-systeem

Het bestaat uit een reeks ondergedompelde boeien die aan de zeebodem zijn verankerd en waarvan de trilling hydraulische pompen activeert die zeewater naar de kust transporteren. Het opgepompte water activeert een turbine om elektriciteit op te wekken.

Systemen die potentiële energie benutten

Er zijn een aantal systemen die zeewater in tanks opslaan en vervolgens door de zwaartekracht Kaplan-turbines kunnen activeren en elektriciteit kunnen opwekken. Het water bereikt de tanks aangedreven door de golf zelf, zoals bij het TAPCHAN-systeem (Tapered Channel Wave Power System) of de SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Water-lucht kolomsystemen

In andere gevallen wordt de kracht van het water aangedreven door de golven gebruikt om een ​​luchtkolom te verplaatsen die, wanneer het door een turbine gaat, elektriciteit opwekt.

In het OWC-systeem (Oscillating Water Column) komt het water in de golfstroom bijvoorbeeld via een kanaal binnen en drijft de binnenlucht aan. De luchtkolom stijgt door een schoorsteen en gaat door de turbine naar buiten.

Terwijl het water zich terugtrekt in de eb van de golven, komt de lucht weer de schoorsteen binnen en beweegt de turbine weer. Dit heeft een ontwerp waardoor het in beide stromen in dezelfde richting beweegt.

Een ander soortgelijk systeem is de ORECON, waarbij de trilling van het water in de kamer een vlotter aandrijft die op zijn beurt de lucht aandrijft om door de turbine te stromen. Dit systeem werkt gelijkelijk door lucht in beide richtingen te verplaatsen.

Voordeel

Wave boerderij. Bron: P123

Hernieuwbare energie

Het is een energie uit een vrijwel onuitputtelijke natuurlijke bron zoals oceaangolven.

De energiebron is gratis

De bron van golfenergie zijn oceaangolven, waarover geen economisch eigendom wordt uitgeoefend.

Schone energie

Golfenergie genereert geen afval en de tot nu toe voorgestelde systemen voor het gebruik ervan produceren ook geen relevant afval in het proces.

Lage impact op het milieu

Elke inmenging in het water- of kustmilieu heeft enige impact op het milieu, maar de meeste voorgestelde systemen hebben een lage impact.

Associatie met andere productieve doeleinden

Sommige golfenergiesystemen maken de winning van zeewater mogelijk om ontziltingsprocessen uit te voeren en drinkwater te verkrijgen, of voor de productie van waterstof.

Bijvoorbeeld degenen die voor de kust zeewater opvangen en opslaan, zoals de TAPCHAN en de SSG Wave Energy.

Nadelen

De meeste nadelen zijn niet absoluut, maar hangen af ​​van het specifieke golfsysteem dat we evalueren.

Golfkracht en regelmaat

De snelheid van energieproductie hangt af van het willekeurige gedrag van de golven in regelmaat en kracht. Daarom zijn de gebieden waar het gebruik van deze energie effectief kan zijn, beperkt.

De amplitude en richting van de golf hebben de neiging onregelmatig te zijn, dus het binnenkomende vermogen is willekeurig. Dit maakt het voor het apparaat moeilijk om de maximale prestatie over het gehele frequentiebereik te verkrijgen en het energieomzettingsrendement is niet hoog.

Onderhoud

Het onderhoud van de betrokken constructies brengt bepaalde moeilijkheden en kosten met zich mee, gezien de corrosieve effecten van de zeesalpeter en de impact van de golven zelf. In het geval van offshore- en ondergedompelde faciliteiten worden de onderhoudskosten verhoogd door toegangsproblemen en de noodzaak van periodiek toezicht.

Klimatologische en omgevingsomstandigheden in het algemeen

De structuren om golfenergie op te vangen en om te zetten in elektrische energie worden in het mariene milieu aan extreme omstandigheden blootgesteld. Deze omvatten onder meer vochtigheid, salpeter, wind, regen, stormen, orkanen.

Stormen impliceren dat het apparaat 100 keer grotere belastingen dan de nominale belasting moet weerstaan, wat schade of totale schade aan de apparatuur kan veroorzaken.

het leven in zee

Het zeeleven is ook een factor die de functionaliteit van uitrusting zoals grote dieren (haaien, walvisachtigen) kan beïnvloeden. Aan de andere kant hechten tweekleppige dieren en algen zich aan het oppervlak van de apparatuur en veroorzaken ze een aanzienlijke achteruitgang.

Initiële investering

De initiële economische investering is hoog vanwege de vereiste apparatuur en de moeilijkheden bij de installatie. De apparatuur heeft speciale materialen en coatings nodig, hermetische en verankeringssystemen.

Impact op antropische activiteiten

Afhankelijk van het type systeem dat wordt gebruikt, kunnen deze de navigatie, de visserij en de toeristische attractie in de omgeving beïnvloeden.

Landen die golfenergie gebruiken

Motrico Wave Power Plant (Spanje). Bron: Txo

Spanje

Hoewel het potentieel van de Middellandse Zee laag is in termen van golfenergie, is het in de Cantabrische Zee en in de Atlantische Oceaan erg hoog. In de Baskische stad Mutriku is in 2011 een energiecentrale gebouwd met 16 turbines (300 kW vermogen).

In Santoña (Cantabrië) is er nog een golfkrachtcentrale die 10 ondergedompelde boeien gebruikt om te profiteren van de verticale oscillatie-energie van de golven en elektriciteit op te wekken. Op de Canarische Eilanden zijn er verschillende projecten om golfenergie te stimuleren vanwege de gunstige omstandigheden van hun kusten.

Portugal

In 2008 installeerde het bedrijf Ocean Power Delivery (OPD) drie Pelamis P-750-machines op 5 km van de Portugese kust. Deze zijn gelegen nabij Póvoa de Varim, met een geïnstalleerd vermogen van 2,25 MW.

Schotland (VK)

OWC-technologie wordt gebruikt op het eiland Orkney, waar sinds 2000 een systeem is geïnstalleerd genaamd LIMPET. Dit systeem heeft een maximale productie van 500 KW.

Denemarken

In 2004 werd in Denemarken een proefproject van het type Wave Dragon geïnstalleerd met een afmeting van 58 x 33 m en een maximaal vermogen van 20 KW.

Noorwegen

De installatie van een installatie voor het SSG Wave Energy-systeem in Svaaheia (Noorwegen) is aan de gang.

ONS

In 2002 werd in New Jersey een proefproject voor een Power Buoy-apparaat geïnstalleerd met een offshore-boei van 5 m in diameter, 14 m lang en met een maximaal vermogen van 50 KW.

In Oregon werd een SSG Wave Energy-proeffabriek geïnstalleerd in de haven van Garibaldi. Evenzo promoten ze in Hawaï hernieuwbare energiebronnen en, in het geval van Maui, is de belangrijkste hernieuwbare bron golfenergie.

Referenties

1. Amundarain M (2012). Hernieuwbare energie uit golven. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Herzien op 08/03/2019 van ehu.eus
2. Cuevas T en Ulloa A (2015). Golfenergie. Seminar over conventionele en hernieuwbare energiemarkt voor civiele ingenieurs. Faculteit Exacte Wetenschappen en Wiskunde, Universiteit van Chili. 13 p.
3. Falcão AF de O (2010). Gebruik van golfenergie: een overzicht van de technologieën. Hernieuwbare en duurzame energie beoordelingen 14: 899-918.
4. Rodríguez R en Chimbo M (2017). Gebruik van golfenergie in Ecuador. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energieafhankelijkheid en golfenergie in Spanje: het grote potentieel van de zee. Graad in geografie en ruimtelijke planning, Faculteit Wijsbegeerte en Letteren, Universiteit van Cantabrië. 52 p.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP en Buccino M (2012). De SSG Wave Energy Converter: prestaties, status en recente ontwikkelingen. Energieën 5: 193-226.
   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com