Energi gelombang

Berdiri di pantai yang menghadap ke barat pada musim dingin dan Anda dapat merasakannya melalui kaki Anda: setiap beberapa detik, dinding air yang telah melintasi lautan tiba dan pecah. Gelombang dihasilkan oleh angin yang bertiup ribuan kilometer dari laut terbuka, jadi mereka adalah bentuk energi angin terkonsentrasi dan tertunda. Mereka terus datang setelah angin turun, baik pada malam hari maupun siang hari, dan paling kuat pada musim dingin, tepatnya ketika panel surya menghasilkan energi yang paling sedikit.

Itulah janji yang benar. Halaman ini, ditulis dengan kejujuran yang sama seperti kita Penelitian Fan Wall, adalah tentang mengapa janji telah sangat sulit untuk dipegang. Versi singkatnya: **fisika bekerja dan sumber dayanya besar, tapi mesin gelombang harus memanen laut biasa sementara bertahan dari badai yang membawa lima puluh kali lebih banyak kekuatan. Setelah setengah abad dan banyak perusahaan gagal, energi gelombang masih beberapa kali lebih mahal dibandingkan tenaga surya, dan belum ada desain yang berhasil. Ini bisa menang pertama di mana dayanya mahal dan laut adalah satu-satunya tetangga. **

Apa itu

Konverter energi gelombang adalah mesin apapun yang mengubah gerakan gelombang menjadi listrik. Tidak seperti angin, dimana satu desain (turbin tiga bilah) telah menang, energi gelombang masih memiliki ratusan ide yang bersaing. Mereka terbagi menjadi beberapa keluarga:

• Point absorbers: buoy yang berputar ke atas dan ke bawah dan menarik melawan anker atau apung berat. CorPower C4 adalah satu.
• Attenuators: panjang, rantai seperti ular dari apung berbaring di sepanjang arah gelombang, melengkung pada sendi. Pelamis adalah contoh terkenal.
• Oscillating wave surge converters: lengkungan berlapis di dasar laut dekat pantai yang bergoyang ke sana kemari. Aquamarine Power’s Oyster adalah salah satunya.
• Osilasi kolom air: kamar terbuka ke laut di bawah garis air. Ombak mendorong air di dalam ke atas dan ke bawah, yang mendorong udara masuk dan keluar melalui turbin. Mutriku di Spanyol memiliki enam belas dari mereka dibangun ke dalam dinding pelabuhan.
• Overtopping devices: ramps yang membiarkan gelombang mengalir ke dalam kolam yang ditinggikan, lalu membuang air kembali melalui turbin kepala rendah.

Bagaimana cara kerjanya

Energi dalam gelombang. Energi gelombang disimpan sebagian sebagai air yang dibangkitkan di atas permukaan laut rata-rata dan sebagian sebagai pergerakan air. Untuk laut yang tidak teratur yang digambarkan oleh tinggi gelombangnya H (kira-kira tinggi rata-rata sepertiga tertinggi dari gelombang), energi per meter persegi permukaan laut adalah E = ρ g H² / 16, dimana ρ adalah kepadatan air laut dan g gravitasi. Melipatgandakan tinggi gelombang melipat empat kali energinya.

Power, the number that matters. Energi gelombang bergerak, pada kecepatan kelompok g T / 4π di air dalam, dimana T adalah periode gelombang. Kalikan energi dengan kecepatan dan daya yang tiba di sepanjang setiap meter dari gelombang depan adalah P = ρ g² H² T / 64π, yang bekerja sebagai sekitar 0.49 × H² × T kilowatt per meter. Laut sedalam 2,5 m dengan periode 9 s membawa sekitar 28 kW melewati setiap meter pantai: selama satu tahun, listrik dari lusinan rumah per meter, jika semua itu dapat ditangkap. Penjelasan di atas membuat Anda mencoba laut lain.

Apa yang dilakukan air. Di air dalam, air di gelombang tidak bergerak bersamanya: setiap partikel bergerak dalam lingkaran dan kembali hampir ke tempat asalnya. Lingkaran-lingkaran ini menyusut dengan cepat seiring dengan kedalaman; setengah panjang gelombang ke bawah, pergerakan hanya sekitar 4% dari yang ada di permukaan. Ombak air dalam panjang: panjang gelombangnya sekitar 1.56 × T² meter, sehingga gelombang 9 s adalah 126 m dari puncak ke puncak. Itulah mengapa sebagian besar energi gelombang berada di dekat permukaan dan mengapa mesin mengambang atau duduk di air dangkal.

Untuk menyerap gelombang, buatlah gelombang. Sebuah mesin gelombang mengambil energi dengan bergerak dengan cara yang membatalkan sebagian dari gelombang masuk. Untuk sebuah pelampung terapung yang hanya bergerak ke atas dan ke bawah, ini menetapkan batas terkenal: seberapa besar pun, ia tidak dapat menangkap lebih dari kekuatan yang tiba di sepanjang lebar λ / 2π, satu panjang gelombang dibagi dengan 2π, sekitar 20 m untuk gelombang 9 s (Falnes, 2002). Mencapai bahkan itu membutuhkan gerakan buoy untuk tetap dalam tempo dengan gelombang, yang mengapa sistem kontrol yang menyelaraskan mesin ke setiap gelombang melewati hal begitu banyak. Dalam praktiknya, mesin yang diukur dan dimodelkan biasanya menangkap antara sepersepuluh dan sepertiga dari kekuatan yang tiba di lebar mereka sendiri (2015.  ^ resmi).

Perlahan, kekuatan besar. Sebuah gelombang mendorong dengan kekuatan yang sangat besar tapi bergerak perlahan, satu meter atau dua setiap beberapa detik. Generator lebih memilih gerakan cepat dan lembut, sehingga setiap mesin gelombang membutuhkan power take-off yang mengubah satu menjadi yang lain: rams dan motor hidrolik, turbin udara, generator linear drive langsung atau gearbox mekanik. Banyak dari rekayasa, dan banyak kegagalan, terjadi di sini.

Batas-batas: teori dan praktik

Sumber daya. Rata-rata di seluruh planet, sekitar 2,1 TW kekuatan gelombang mencapai garis pantai dunia, dengan urutan yang sama seperti penggunaan listrik rata-rata dunia sekitar 3,4 TW (Gunn dan Stock-Williams, 2012). Hanya sebagian kecil yang bisa diambil: mesin tidak dapat melintasi setiap pantai, energi hilang ketika gelombang mencapai perairan dangkal, dan banyak sumber daya berada di lautan selatan yang terpencil. Pantai-pantai terkaya menghadapi angin barat yang mendominasi antara sekitar 40 dan 60 derajat lintang: Irlandia, Skotlandia, Portugal, Chili, Australia selatan, Selandia Baru, Pasifik barat laut Amerika Serikat. Laut tertutup seperti Mediterania hanya menerima beberapa kilowatt per meter.

Permasalahan badai. Tombol badai dari penjelasan membuat kesulitan pusat terlihat. Sebuah mesin dirancang untuk menghasilkan sebagian besar uangnya di laut 1 hingga 4 m, namun harus bertahan hidup di laut 10 sampai 15 m, membawa lima puluh kali atau lebih kekuatan, dan gelombang tunggal yang lebih tinggi lagi. Merancang sebuah struktur untuk badai membuatnya berat dan mahal; merancangnya untuk laut biasa membuatnya rapuh. Turbin angin menyelesaikan ini dengan memutar bilah mereka keluar dari angin. Mesin gelombang tidak bisa keluar dari laut.

Ketegangan. Dengan periode 8 detik, sebuah mesin bertemu sekitar empat juta gelombang per tahun, masing-masing membengkokkan, mendorong dan memutar sendinya, segel dan perahu. Lebih dari dua puluh tahun itu sekitar delapan puluh juta siklus beban di air asin.

Akses dan perahu. Seperti semua energi laut, mesin gelombang hanya dapat dipasang dan diperbaiki dalam cuaca tenang, dan mereka duduk tepat di mana cuaca terburuk. Perahu-perahu harus menahan tubuh bergerak dalam merusak laut tanpa snap atau menarik.

Proyek nyata, diukur

Proyek	Dimana	Jenis dan ukuran	Apa yang terjadi
Pelamis	Aguçadoura, Portugal, kemudian EMEC, Orkney	Attenuator, 750 kW, panjang 120 sampai 180 m	Multi-machine wave farm pertama: tiga mesin, 2.25 MW, mulai diekspor pada bulan Juli 2008 dan dimatikan pada November 2008 ketika pemilik proyek mengalami kesulitan finansial. Mesin P2-001 kemudian menyelesaikan lebih dari 15.000 jam operasi di EMEC. Pelamis Wave Power memasuki administrasi pada November 2014 (Pelamis).
Tiram	EMEC, Orkney	Nearshore flap, 315 kW kemudian 800 kW	Mesin pertama dipasang pada tahun 2009, generasi kedua diuji dari tahun 2012 hingga 2015. Aquamarine Power memanggil administrator pada Oktober 2015 (Aquamarine Power).
Mutriku	Basque Country, Spanyol	16 kolom air berputar di pelabuhan penghalang gelombang, 296 kW	Beroperasi sejak Juli 2011. Lebih dari 3 GWh total pada akhir 2023; 266 MWh pada tahun 2023, faktor kapasitas sekitar 10%. Turbin Wellsnya mengubah sekitar 30% daya udara menjadi listrik. Biaya €6.4 juta (Mutriku; Tethys, PNNL).
Wave Hub	Off Cornwall, Inggris	Soket uji terhubung ke grid untuk mesin hingga 20 MW	Diinstal pada tahun 2010 dengan uang publik. Pada tahun 2018 tidak ada listrik yang diproduksi di sana; situs kemudian berubah menjadi angin lepas pantai terapung (Wave Hub).
CorPower C4	(Inggris) Afonso, Portugal	Point-absorber buoy, 300 kW rating, lebar 9 m, tinggi 19 m	Ekspor sejak Oktober 2023; selamat dari gelombang 18,5 m dalam Badai Domingos pada November 2023; dilaporkan puncak hingga 600 kW; sertifikasi tipe oleh DNV pada tahun 2026.CorPower Ocean; CorPower, 2026).

Polanya membuatku sadar. Mesin yang paling terkenal pada tahun 2000-an, Pelamis dan Oyster, keduanya bekerja di laut, dan kedua perusahaan tersebut gagal sebelum mencapai skala komersial, sebagian besar karena langkah selanjutnya lebih mahal dari risiko yang akan diambil investor. Pabrik yang paling lama berjalan, Mutriku, sangat kecil dan dibangun di sebuah penghalang gelombang yang diperlukan bagaimanapun juga. Generasi terkini, dipimpin oleh desain seperti CorPower’s, telah menempatkan kelangsungan hidup dan kontrol pertama dan hanya sekarang bergerak dari satu mesin ke array kecil pertama.

Berapa harganya

Belum ada peternakan gelombang komersial, jadi setiap angka biaya adalah perkiraan dari prototipe dan model.

Sumber	Apa itu	Harga
Mutriku, perhitungan kami dari angka yang diterbitkan	€6.4 juta untuk 266 MWh pada tahun 2023, 20 tahun dengan 7% real, sebelum biaya operasional apapun	lebih dari €2 per kWh
Sistem Energi Laut (2015)	Array gelombang kedua, rata-rata data pengembang	$0.21 to $0.67 per kWh
Sistem Energi Laut (2015)	(Inggris) First commercial-scale wave farms: developer’s estimates / independent reference studies	$0.12 to $0.28 / $0.28 to $0.48 per kWh
Sistem Energi Laut (2015)	Dipasang biaya dari array pertama	$4,000 to $18,100 per kW
Penilaian kita	Solar rooftop di sebuah bangunan, model Fan Wall; Lazard 2026 komersial dan komunitas solar	$0.19 per kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (Juni 2026)	Utility baru surya / angin di daratan / angin lepas pantai	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 per kWh

Mutriku bukanlah sebuah uji coba biaya yang adil; ini adalah demonstrasi, dengan turbin kecil yang dipilih karena keandalannya. Tapi itu menunjukkan seberapa jauh perangkat keras nyata dari perkiraan kertas. Rentang jujur untuk array kecil pertama hari ini adalah kira-kira $0.30 to $0.70 per kWh, dua hingga empat kali atap surya. Studi industri sendiri mengatakan peternakan komersial dapat mencapai $0.12 to $0,28, jika mesin bertahan hidup, ketersediaan tinggi dan biaya turun dengan volume. Tidak satupun dari kondisi tersebut yang telah ditunjukkan di laut.

Di mana ia bisa menang, dan di mana ia tidak dapat

Ia bisa menang:

• Di laut, di mana tidak ada grid. Sensor laut, buoy navigasi, pena budidaya ikan, kendaraan bawah air yang perlu diisi ulang dan platform lepas pantai sekarang menggunakan baterai, diesel atau panel surya yang tidak menghasilkan banyak listrik pada musim dingin. Di sini mesin gelombang kecil bersaing dengan energi mahal, bukan dengan tenaga surya murah.
• Pulau-pulau di pantai yang energik, dari Hebrides ke Azores dan Pasifik, di mana tenaga sudah datang dari diesel impor.
• Tembok pemisah dan dinding laut dibangun, seperti di Mutriku, dimana strukturnya sudah dibayar.
• Selain peternakan angin lepas pantai, berbagi kabel, koneksi jaringan dan kapal pemeliharaan, dan memproduksi ketika angin telah turun tetapi ombak belum.
• Sebagai kekuatan musim dingin di garis lintang tinggi, di mana gelombang adalah paling kuat ketika panel surya membuat paling sedikit.

Ia tidak bisa menang:

• Sebagai listrik murah, di mana saja tenaga surya dan angin pertanian dapat dibangun.
• Di pantai yang terlindung dan laut yang penuh, dimana sumber daya rata-rata adalah beberapa kilowatt per meter.
• Tanpa membuktikan kelangsungan hidup pertama. Desain yang belum melewati musim dingin di laut masih merupakan model, meskipun hasil tanknya baik.

Apa yang terbukti, masuk akal dan spekulatif

Dibuktikan: fisika energi gelombang dan aliran daya; batas penangkapan untuk badan yang bergetar; bahwa mesin gelombang dapat menghasilkan listrik di laut dan mengekspornya ke jaringan; bahwa kolom air bergetar dalam penghalang gelombang dapat berjalan selama lebih dari satu dekade (Mutriku); bahwa sumber daya paling kuat pada musim dingin di pantai yang menghadap barat di lintang tengah.

Mudah dimengerti: bahwa metode kontrol baru dan struktur yang lebih ringan dapat meningkatkan penangkapan dan pemotongan baja per kilowatt; bahwa titik-serap buaya dapat bertahan dari badai seperti C4 CorPower pada tahun 2023; bahwa array berbagi pelampung dan kabel dapat menurunkan biaya; bahwa pasar pengamatan lautan dan budidaya ikan akan membayar untuk mesin kecil sebelum jaringan listrik.

Spekulasi: tenaga gelombang dengan mengorbankan angin lepas pantai; satu desain yang menang seperti turbin tiga bilah yang menang untuk angin; array besar dari ratusan megawatt dalam dekade mendatang.

Pertanyaan penelitian terbuka

• Kelangsungan hidup dan kendali bersama. Bagaimana untuk menyesuaikan mesin untuk menangkap sebagian besar dari gelombang biasa sementara detuning itu aman dalam badai, dapat diandalkan, selama dua puluh tahun.
• Power take-off. Efisien, konversi tahan lama dari lambat, kekuatan besar: hidraulik, gigi magnetik, generator linear, bahan fleksibel yang sendirinya adalah generator.
• Moorings dan struktur. Kurang baja per kilowatt, dan moorings yang tidak gagal.
• Arrays. Bagaimana mesin membelakangi atau saling membantu dalam kelompok, dan bagaimana berbagi infrastruktur.
• Konvergensi. Yang mana dari keluarga di atas, jika ada, adalah paling murah secara fundamental. Program gerbang panggung publik seperti Wave Energy Skotlandia ada untuk menjawab ini dengan data yang dibagikan.
• Lingkungan. Kebisingan bawah air, risiko keterkaitan untuk mamalia laut di perairan, dan efek pada sedimen pantai ketika array besar mengambil energi dari gelombang.

Apa yang diperlukan untuk membuat prototipe

Energi gelombang memiliki jalan yang sudah ditempuh dari ide ke laut, karena banyak ide yang gagal di sepanjang jalan tersebut. Biaya di bawah ini adalah perkiraan kasar kami untuk tim kecil.

Tahap	Bekerja	Apa yang dibuktikan	Biaya kasar	Waktu
1. Model numerik	Model domain frekuensi dan waktu dari mesin dalam keadaan laut nyata (alat terbuka seperti WEC-Sim ada)	Lebar tangkapan dalam teori, beban dalam badai	$10k to $40k	2 sampai 4 bulan
2. tank gelombang	Sebuah 1:50 hingga 1:20 model di kolam gelombang universitas, gelombang yang biasa dan tidak teratur, kemudian gelombang ekstrem, dengan simulasi daya lepas landas diukur pada instrumen	Rasio lebar tangkapan dan beban bertahan hidup diukur	$30k to $150k	3 sampai 6 bulan
3. uji coba di laut terlindungi	Sebuah mesin 1:4 hingga 1:10 di situs perkebun seperti Scapa Flow atau BiMEP EMEC di Spanyol, mengekspor ke bank beban	Kekuatan nyata, perahu, pemeliharaan, musim dingin di laut	$0.5 million to $3 juta	1 sampai 2 tahun
4. Skala penuh	Satu mesin di perairan terbuka bersambung grid-berlabuh	Performa dan data kelangsungan hidup yang dapat dijamin	$10 juta dan ke atas	beberapa tahun

Tahap 2 adalah di mana pitch mulai kredibel: sebuah model dalam tangki gelombang dengan daya lepas yang diukur, menunjukkan apa yang tertangkap dan apa yang bertahan.

Siapa yang kita butuhkan

• Insinyur lautan dan hidrodinamis dengan interaksi gelombang-struktur dan pengalaman kontrol.
• Fasilitas tangki gelombang di universitas dan laboratorium nasional.
• Spesialis lepas landas tenaga: hidraulik, generator linear, gearing magnetik.
• Insinyur struktural dan lepas pantai.
• Operasi laut orang yang telah menginstal dan memulihkan peralatan di laut.
• Ekologi Laut untuk pemantauan kebisingan dan keterkaitan.
• Pengguna di laut: peternakan ikan, observatorium lautan dan utilitas pulau yang akan membeli mesin pertama.

Kau punya ide yang lebih baik?

Beberapa anggota Yayasan mungkin memiliki kontak yang bisa mendengarkan pitch. Untuk diluncurkan, sebuah ide membutuhkan model yang bekerja, hidup nyata yang sebenarnya menghasilkan daya, dengan keluarannya diukur pada suatu instrumen, tidak diklaim: model dalam tangki gelombang dengan logging power take-off mengatakan lebih dari animasi apapun. Ide-ide kertas juga disambut: jika fisika dan angkanya kuat, kami bisa menerbitkannya di sini di situs web. Namun, mengumpulkan modal tanpa model yang bekerja sangat sulit, dan tidak ada jaminan pendanaan, keuntungan atau pengenalan.

Kirim ide Anda melalui formula kontribusi, memilih Green Initiative. Beritahu kami gelombang apa yang dirancang untuk, lebar tangkapan Anda harapkan dan mengapa, bagaimana ia bertahan dari badai, biaya per kWh, dan tes termurah yang dapat membuktikan bahwa itu salah. Halaman sumber energi membandingkan tenaga gelombang dengan sebelas ide lainnya.

Sumber

1. (Inggris) Gunn, K. and Stock-Williams, C. (2012). Mengukur sumber daya energi gelombang global. Renewable Energy 44, 296-304.
2. Dalam Falk, J. (2002). Ocean Waves and Oscillating Systems: Linear Interactions Including Wave-Energy Extraction (dalam bahasa Inggris). Cambridge University Press (dalam bahasa Inggris).
3. Babarit, A. (2015). Sebuah basis data rasio lebar tangkapan dari konversi energi gelombang. Renewable Energy 80, 610-628.
4. Sistem Energi Laut (2015). International levelised cost of energy for ocean energy technologies.
5. Wave power, Wikipedia: formula aliran daya air dalam.
6. Pelamis Wave Energy Converter, Wikipedia.
7. Aquamarine Power, Wikipedia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, dan Pacific Northwest National Laboratory, Tethys, Mutriku wave power plant.
9. Wave Hub, Wikipedia.
10. CorPower Ocean, Wikipedia, dan CorPower Ocean (2026), sertifikasi DNV pertama di dunia untuk teknologi energi gelombang.
11. Energi gelombang Skotlandia. Perpustakaan publik laporan program.
12. Lazard (Juni 2026). Levelized Cost of Energy+, versi 19.
13. Local Solar System Yayasan. The Fan Wall: open model and benchmark, rooftop solar at $0.19 per kWh.