Różnica między energią pływową i falową

Wprowadzenie

Przypływy i fale to dwa naturalne zjawiska zachodzące na wodzie i chociaż są one podobne, ponieważ są związane z częściami wód, ich zdolność do generowania energii różni się pod wieloma względami pod względem wytwarzania, mocy i niezawodności [1]. Gdy świat zaczyna odchodzić od polegania na nieodnawialnych źródłach energii, zaczynają być badane nowe i innowacyjne sposoby wytwarzania energii, które będą miały minimalny wpływ na otaczające środowiska i społeczności. Specjalne boje i turbiny są powszechnie używane do przechwytywania ich mocy i przekształcania jej w czystą energię elektryczną, ale podobnie jak większość nowych technologii, ich projektowanie i rozwój są drogie. Pomimo energii pływów i fal pochodzących z oceanu, nadal istnieje między nimi duża różnica.

Czym jest energia pływowa?

Pływy są definiowane jako wzrost i spadek poziomu morza spowodowany grawitacyjnym przyciąganiem Księżyca i Słońca na Ziemię. Nie ograniczają się one tylko do oceanów, ale mogą również występować w innych systemach, gdy tylko istnieje pole grawitacyjne. Ponadto, podczas gdy na większość Ziemi wpływa siła grawitacji Słońca, nie jest to tak dobrze widoczne na wodzie. Sam księżyc ma bardziej znaczący wpływ na fale, ponieważ jest znacznie bliżej Ziemi w porównaniu ze słońcem. Linie brzegowe doświadczają codziennego lub półnaturalnego przypływu, składającego się odpowiednio z jednego lub dwóch przypływów i odpływów. Na te pływy wpływa szereg czynników, takich jak wyrównanie słońca i księżyców, kształt linii brzegowej i zmiany głębokości wody.

Czym jest energia fal?

Energia fal, znana również jako energia oceaniczna, jest definiowana jako energia wykorzystana przez fale oceaniczne. Gdy wiatr wieje po powierzchni oceanu, wytwarza fale, a zatem można je również nazwać energią poruszającą się po powierzchni wody. Fale powstałe w wyniku wiatru są zwykle nazywane falami wiatru i najskuteczniej występują na powierzchni wody, ponieważ nie ma mas ziemi, które byłyby w stanie oprzeć się sile wiatru [2]. Fale te, powszechnie widoczne na powierzchni oceanu, występują również swobodnie na jeziorach, rzekach i kanałach i można je zdefiniować jako fale kapilarne, fale, morza lub fale. Żadne dwie fale nie są takie same z każdą falą różniącą się wysokością i odległością między grzebieniami a dolinami.

Jak powstają pływy?

Gdy księżyc obraca się wokół Ziemi, wywiera siłę grawitacji, tworząc falę, która porusza się po ziemi. Gdy księżyc okrąża Ziemię, sama ziemia również porusza się w niewielkim okręgu, a ta bezwładność powoduje przypływ po przeciwnej stronie ziemi. Nazywa się to dwoma przypływami, pomiędzy którymi wystąpią odpływy [3]

Jak powstają fale?

Zmieniające się wzorce prędkości, czasu trwania i odległości, z jaką wieje wiatr, wpłyną na kształt utworzonych fal. Ponadto kształt i rozmiar utworzonych fal będzie również zależeć od powstałego układu wpływającego i może z łatwością pomóc w zawężeniu początków fal. Na przykład wysokie, strome fale, które szybko unoszą się i opadają, są nowo tworzone i często są wynikiem pobliskich systemów pogodowych, takich jak lokalne burze, podczas gdy długie stałe fale powstają zwykle z ekstremalnych warunków pogodowych występujących znacznie dalej, czasami z burz, które mogą nawet nastąpić kolejna półkula.

Wykorzystanie energii fal

Energię falową można wykorzystać i wykorzystać do szeregu użytecznych czynności, takich jak wytwarzanie energii elektrycznej, odsalanie i pompowanie wody do zbiorników. Często nazywane mocą fal, im silniejsze fale, tym większa zdolność do wytwarzania energii. Szorstki ruch pionowy fal oceanicznych zawiera dużą ilość energii kinetycznej, która jest wychwytywana przez technologie energii falowej. Energia fal jest zwykle wykorzystywana przy użyciu dwóch rodzajów systemów, a mianowicie systemów przybrzeżnych i lądowych. Systemy morskie działają na głębokich wodach i wykorzystują pompy lub węże do gromadzenia energii za pomocą wirujących turbin. Z drugiej strony systemy lądowe budowane są wzdłuż linii brzegowych i zbierają energię z załamujących się fal. Jedną z zalet energii falowej jest to, że można ją uzupełniać i utrzymywać na stałym poziomie, ponieważ fale zawsze wylewają się na brzeg w zależności od warunków pogodowych i najprawdopodobniej nie przestaną się formować przez długi okres czasu. Ponadto, ponieważ te powszechnie stosowane technologie nie są łatwo widoczne dla pobliskich społeczności, wpływ na wartość estetyczną jest niewielki, co czyni je łatwiejszą do zaakceptowania technologią. Chociaż jest to odnawialne źródło energii, trudno jest skutecznie przetworzyć tę energię w energię elektryczną. Sprzęt okazał się również trudny do opracowania i zaprojektowania w taki sposób, aby był w stanie wytrzymać uszkodzenia spowodowane przez burze i działanie żrące z otaczającej słonej wody. Chociaż wiele z tych technologii jest opłacalnych, nie jest tak tanie w porównaniu z innymi systemami wytwarzania energii.

Technologie energii falowej

Do tej pory istnieją trzy główne rodzaje technologii energii falowej. Pierwszy wykorzystuje pływaki lub boje do generowania elektryczności z fal oceanicznych napędzających pompy hydrauliczne. Drugi typ wykorzystuje oscylującą kolumnę wody do generowania elektryczności ze wzrostu i spadku wody wewnątrz cylindrycznego wału. Zwykle odbywa się to na brzegu. Woda wypycha powietrze z wału, który z kolei napędza turbinę napędzaną powietrzem. Trzeci typ wykorzystuje kanał stożkowy, który znajduje się na lądzie lub na morzu. Technologia ta koncentruje fale i kieruje je do podwyższonego zbiornika, w którym energia wytwarzana jest za pomocą turbiny [5].

Wykorzystywanie energii pływowej

Chociaż na wszystkich obszarach przybrzeżnych występują przypływy i odpływy, energię tę można wykorzystać i wykorzystać do produkcji energii elektrycznej tylko wtedy, gdy różnica między przypływami i odpływami jest wystarczająco duża. Główne rodzaje energii pływowej obejmują 1) energię kinetyczną uzyskaną z prądów zmieniających się pływów oraz 2) energię potencjalną uzyskaną ze zmieniających się wysokości między przypływem a odpływem. Jedną z zalet korzystania z pływów jako źródła energii jest to, że jest bardziej niezawodna, ponieważ opiera się na grawitacyjnym działaniu Księżyca i dlatego można ją przewidzieć. Biorąc to pod uwagę, choć można to przewidzieć, jedną z wad jest to, że źródło to będzie wytwarzało energię tylko przez 6–12 godzin, zmniejszając w ten sposób przedłużoną dostępność [4]. Ta przerywana produkcja energii tworzy mniej niezawodne źródło energii. Wykorzystanie tej energii może zakłócić naturalne szlaki migracyjne zwierząt morskich i regularne szlaki żeglarskie. Turbiny wykorzystywane do wytwarzania energii mogą zabić dużą liczbę ryb w okolicy. Biorąc to pod uwagę, zdolność do wykorzystania energii pływowej jako źródła energii elektrycznej może następnie zmniejszyć zależność od napędzanych węglem źródeł wytwórczych, co z kolei zmniejszy ilość CO₂₎ emisje.

Technologie energii pływów

Powszechnie stosowane technologie wytwarzania energii pływowej obejmują zapory pływowe lub zapory, które zawierają śluzę w całej części wód. Za śluzą znajdują się turbiny wodne. Gdy fala się zmienia, nierówny poziom wody przepływa obok śluzy i zasila turbinę [5]. Z biegiem czasu zauważono jednak znaczny wpływ niższego rzędu na linię brzegową i otaczające ekosystemy morskie, co doprowadziło do opracowania szeregu nowszych, bardziej przyjaznych dla środowiska modeli. Należą do nich pływowe laguny, płoty pływowe i podwodne turbiny pływowe.

Różnica między energią pływową a energią fal

Zdefiniowaliśmy już, że fale i fale powstają w zupełnie innych warunkach. Pływy to wznoszenie i opadanie oceanu spowodowane grawitacyjnym przyciąganiem Księżyca i Słońca na Ziemię, podczas gdy fale to energia wiatru poruszająca się po powierzchni oceanu, dzięki czemu fale są znacznie łatwiejsze do zmierzenia w porównaniu z pływami. Pływy są mniej zauważalne niż w przypadku fal i najczęściej można je zobaczyć na linii brzegowej, wpływając na ilość widocznej wody i piasku. Z drugiej strony na powierzchni oceanu widać fale wznoszące się i opadające. Chociaż energia pływów zmienia się codziennie, a energia fal może być bardziej trwałym źródłem energii, nie jest powszechnie stosowana, ponieważ na świecie istnieje tylko niewielka liczba miejsc testowych [4].

Podsumowanie różnic

Energia pływów	Energia fal
Wykorzystane ze wzrostu i spadku poziomu mórz	Wykorzystane przez fale poruszające się po powierzchni oceanu
Spowodowane grawitacyjnym przyciąganiem Księżyca i Słońca na Ziemię	Spowodowane przez wiatr
Na intensywność ma wpływ położenie i położenie Ziemi	Na intensywność ma wpływ siła wiatru
	Często określane jako moc fali
Rodzaje energii pływowej obejmują energię kinetyczną i potencjalną	Rodzaje energii falowej obejmują energię kinetyczną
Wykorzystywane przy użyciu zapór, tam, płotów i turbin pływowych	Wykorzystane przy użyciu systemów morskich i lądowych
Bardziej niezawodny, ponieważ opiera się na grawitacyjnym działaniu księżyca i słońca	Mniej niezawodny, ponieważ opiera się na wpływie siły wiatru na powierzchnię wody
Nieciągłe źródło energii, które jest wytwarzane przez około 6-12 godzin na raz	Ciągłe źródło energii
Może zakłócać migrację szlaków ptaków i szlaków wodnych i skutkować dużą liczbą zabitych ryb	Wpływ na otaczające środowiska, ekosystemy i społeczności jest niewielki
Wysokie koszty budowy, ale niskie koszty utrzymania	Niezwykle wysokie koszty rozruchu w celu zaprojektowania i opracowania wymaganej technologii