Il potenziale dei Convertitori di energia d'onda nella generazione di energia costiera

Per mettere in pratica questo tipo di energia solare, l'irradiazione solare sulla superficie terrestre è di circa 0,2 kW per metro quadrato in condizioni ideali, e la densità di energia eolica ad una tipica altezza del mozzo della turbina è di circa 0,5 kW per metro quadrato a sette metri al secondo. L'energia d'onda non è solo più densa ma anche più coerente.

Tipi principali di Convertitori di energia d'onda

Colonne di acqua oscillanti

Le colonne di acqua oscillanti (OWC) sono una delle più antiche e studiate nei modelli WEC. Un OWC è costituito da una camera cava parzialmente sommersa aperta al mare in fondo. Come le onde entrano ed escono dalla camera, la superficie dell'acqua sale e cade, comprimazione alternativa e decompressione dell'aria intrappolata sopra di essa.

Aspiratori di punto

Gli assorbitori di punti sono galleggianti che si sollevano e si abbassano con il movimento d'onda, assorbendo energia da tutte le direzioni a causa della loro piccola impronta orizzontale rispetto alla lunghezza d'onda. Il movimento relativo tra il buoy e un corpo di riferimento — sia una piastra di reazione sommersa o un tether di mare-anchored — guida un sistema di decollo di potenza, spesso un generatore lineare o una pompa idraulica.

Attenuatori

Gli attenuatori sono strutture a lungo e multi-segmento orientate parallelamente alla direzione d'onda dominante. Come le onde passano lungo il dispositivo, ogni segmento si muove rispetto agli altri, e il movimento flessore alle cerniere è utilizzato per pompare il fluido idraulico, che guida un generatore. Il più noto attenuatore è stato Pelamis, sviluppato da Pelamis Wave Power in definitiva in Scozia. Anche se Pelamis è stato testato con successo a pieno e anche la potenza consegnata al 2008

Convertitori di chirurgia oscillante dell'onda

I convertitori di sovratensione oscillanti (OWSC) sono lembi a bassa montatura, a cerniera che oscillano avanti e indietro in risposta al movimento orizzontale della particella dell'acqua in acqua bassa. Questo movimento di pitching guida un pistone o una pompa idraulica, che a sua volta guida un generatore.

Dispositivi di differenziazione della pressione sommersi

Questi dispositivi sono montati sul fondo marino e si basano sulle variazioni di pressione che si verificano come onde passano sopra. Una membrana flessibile o una piastra rigida si muove in risposta al differenziale di pressione, guida un sistema di decollo di potenza. Poiché sono completamente sommerse, questi dispositivi sono invisibili dalla riva, riducendo l'impatto visivo, e sono meno esposti ai danni di tempesta.

Vantaggi chiave dell'energia d'onda

L'energia ondulata offre una serie di vantaggi che lo rendono un'aggiunta attraente al mix di energia rinnovabile. In primo luogo, è una fonte di energia zero-carbonio senza emissioni di gas serra diretta durante il funzionamento. La densità energetica delle onde è significativamente superiore a quella del solare o del vento, il che significa meno infrastrutture è necessario per generare la stessa quantità di energia.

Le onde oceaniche sono generate da venti che possono essere prevedibili in anticipo, e la propagazione dell'onda è ben compresa attraverso modelli numerici. Questo permette agli operatori di prevedere con precisione la generazione di energia per i prossimi diversi giorni, una preziosa capacità di bilanciamento della rete che solare e vento non possono corrispondere senza costosi storage o generazione di backup. L'energia d'onda mostra anche complementarità stagionale con il solare in molte regioni: l'energia d'onda tende ad essere più alta in inverno, quando la generazione solare è più bassa, l'energia elettrica.

I WEC sono schierati in mare aperto, liberando preziose terre costiere per altri usi come agricoltura, abitazioni o conservazione. I dispositivi galleggianti in particolare hanno una piccola impronta visiva dalla riva quando si trova a distanze sufficienti. Inoltre, i sistemi di energia ondulata possono essere co-locati con parchi eolici offshore, la condivisione di cavi subsea e altre infrastrutture per ridurre i costi complessivi del progetto.

Per le nazioni dell'isola e le comunità costiere remote, l'energia ondulata offre un percorso per l'indipendenza energetica. Molte regioni si affidano al diesel importato per l'elettricità, incorrendo ad alti costi e danni ambientali. L'energia ondulata generata localmente può sostituire la generazione diesel, ridurre il rischio di approvvigionamento di carburante e ridurre i prezzi dell'elettricità. Inoltre, lo sviluppo dell'energia ondulata crea posti di lavoro qualificati nella produzione, installazione, nelle operazioni e nei servizi marittimi, e nelle operazioni, e nei servizi, e nei servizi, e nei servizi, aiutando a costruire un'economia blu che supporta un'economia che supporta il sostentabilità costiera.

Sfide e barrieri a Widespread Adoption

Sfide tecniche

L'oceano è un ambiente indissolubile. I WEC devono resistere a acqua salata corrosiva, a biofouling da organismi marini, e carichi idrodinamici estremi durante le tempeste. Un dispositivo progettato per una cattura efficiente dell'energia in mari moderati deve anche sopravvivere a onde temporali di un anno in 50 che possono essere un ordine di grandezza più grande.

I sistemi di decollo di potenza — il cuore di qualsiasi WEC — devono convertire il movimento lento e ad alta forza in rotazione ad alta velocità per un generatore. I sistemi idraulici offrono una coppia elevata e un buon controllo ma soffrono di perdite di efficienza e rischi di perdita. I generatori lineari a guida diretta eliminano l'idraulico ma richiedono un design magnetico e strutturale sofisticato per raggiungere efficienza e affidabilità accettabile.

Sfide economiche

Le previsioni attuali vanno da 100 a 200 euro per megawatt-ora per i progetti commerciali primitivi, a seconda della posizione e della tecnologia.

Tuttavia, le curve di apprendimento per l'energia ondulata dovrebbero seguire il modello visto per il vento offshore e fotovoltaico solare. I progetti dell'European Ocean Energy Association che con capacità installata cumulativa di 2 a 3 gigawatts, LCOE potrebbero cadere a 60-€80/MWh, rendendo la potenza ondulare competitiva con altre rinnovabili.

Sfide ambientali e regolamentari

Mentre l'energia d'onda è generalmente considerata benigna, gli impatti potenziali devono essere valutati e mitigati con attenzione. I WEC e i loro ormeggi possono alterare i regimi di onda locale, il trasporto dei sedimenti e i modelli di erosione costiera. La presenza di dispositivi può influenzare il comportamento dei mammiferi marini, dei pesci e degli uccelli marini attraverso il rischio di collisione, il rumore e i campi elettromagnetici dai cavi subacquei.

L'autorizzazione può coinvolgere più agenzie responsabili della pianificazione spaziale marittima, della protezione ambientale, della sicurezza di navigazione, della pesca e della generazione di elettricità. Il processo è spesso lento, costoso e incerto, in particolare nei paesi in cui l'energia ondulata è nuova.

Progetti pilota e dislocazioni globali

La maggior parte dei progetti attivi sono installazioni pilota e dimostrative, ma forniscono dati critici per la convalida e la riduzione dei costi della tecnologia. L'Europa conduce nello sviluppo dell'energia ondulata, guidato da un forte supporto politico e dalla presenza di impianti di test di livello mondiale come il Centro europeo per l'energia marina (EMEC) a Orkney, Scozia e Wave Hub al largo delle coste di Cornwall, Inghilterra

In Nord America, il Dipartimento dell'Energia dell'Energia dell'Australia finanzia la ricerca e il test presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) e una rete di siti di prova dell'energia marina. Il Pacific Northwest, con il suo clima ondulato energetico fuori Washington e Oregon, è stato un focus per lo sviluppo dell'energia ondulata.

Nonostante questo progresso, la capacità energetica totale installata dell'onda rimane inferiore a 5 MW. Il ritmo lento è in parte dovuto alla difficoltà di garantire gli investimenti per progetti energetici oceanici ad alta intensità di capitale, soprattutto dopo il fallimento commerciale di imprese ad alto profilo come Pelamis. Tuttavia, una nuova generazione di sviluppatori si concentra su dispositivi più piccoli e modulari che possono essere fabbricati in volume, riducendo i costi per unità e consentendo un implementazione incrementale.

Energia d'onda nel contesto di altri rinnovabili

L'energia d'onda non dovrebbe essere vista come in competizione con il solare e il vento, ma piuttosto come complemento loro. Le più forti risorse d'onda si trovano spesso in regioni dove il solare e il vento sono meno coerenti, e i picchi di potenza d'onda nei mesi invernali quando la generazione solare è più bassa e la domanda di energia elettrica è spesso più alta. Questa complementarità stagionale può ridurre la necessità di stoccaggio di energia stagionale o di backup, migliorando l'efficienza del sistema globale.

Rispetto al vento offshore, l'energia ondulata ha diversi vantaggi distintivi: impatto visivo inferiore, conflitti potenzialmente inferiori con la spedizione e la pesca se i dispositivi sono schierati in array, e una risorsa più distribuita che può essere accessibile più vicino alla riva dove i costi di trasmissione sono più bassi.

L'energia delle maree — sia quella delle maree (barraggi) che quella delle maree — è ancora più prevedibile dell'energia delle onde, ma è geograficamente limitata a siti con alti range di marea o forti correnti di marea. L'energia delle onde è più ampiamente disponibile, in particolare lungo le coste esposte.

Il futuro dell'energia d'onda: strade per la visibilità commerciale

Il futuro delle cerniere energetiche ondulate sullo sviluppo tecnologico continuo, sulla riduzione dei costi e sul supporto politico. Diversi trend chiave offrono la ragione di ottimismo. In primo luogo, materiali e progressi produttivi - tra cui compositi resistenti alla corrosione, rivestimenti avanzati e produzione additiva per componenti personalizzati - stanno migliorando la durata e la convenienza dei dispositivi marini. In secondo luogo, i gemellaggi digitali e l'intelligenza artificiale stanno consentendo il monitoraggio delle condizioni in tempo reale e il controllo adattativo, ottimizzando la presa di potenza e riducendo al tempo, riducendo i bisogni modulari.

L'ibridazione è un viale particolarmente promettente: combinando la conversione dell'energia d'onda con turbine eoliche galleggianti su una singola piattaforma può condividere costi strutturali, ormeggi e infrastrutture elettriche. L'azione d'onda ha anche un effetto smorzante sui movimenti della piattaforma, che può migliorare le prestazioni della turbina eolica e ridurre i carichi.

Il Forum sull'energia dell'Unione europea e la Direttiva sull'energia rinnovabile hanno fissato obiettivi per l'energia oceanica e diversi paesi, tra cui Scozia, Irlanda e Portogallo, hanno attuato programmi di sostegno dedicati. Le tariffe dei feed-in, i contratti per la differenza e i programmi di certificazione energetica rinnovabile possono fornire garanzie sui ricavi per i primi progetti, mentre le sovvenzioni all'innovazione e le partnership pubbliche-private aiutano lo sviluppo della tecnologia.

Le proiezioni di mercato differiscono ampiamente, ma la maggior parte degli analisti si aspettano che l'energia d'onda inizi a contribuire significativamente all'alimentazione elettrica globale entro la fine del 2030. Il gruppo dell'Agenzia Internazionale per l'Energia Oceanica prevede 10 GW di energia oceanica (inclusa onda e marea) schierata globalmente entro il 2030 sotto uno scenario ambizioso, e fino a 100 GW entro il 2040.

Conclusione: Guidare l'onda Avanti

I convertitori di energia onda rappresentano una notevole opportunità di ingegneria per sfruttare una delle risorse naturali più potenti e persistenti del pianeta. La tecnologia si è evoluta dai concetti teorici ai dispositivi reali che operano nell'oceano, con diversi piloti che hanno dimostrato un funzionamento affidabile con la rete elettrica. I vantaggi dell'energia ondulata - alta densità, prevedibilità, basso uso del suolo e complementarità stagionale - lo rendono un prezioso complemento al solare e al vento in un portafoglio rinnovabile diversificato.