Nguvu ya mawimbi

Kukaa juu ya magharibi-kukabiliwa pwani katika majira ya baridi na unaweza kuhisi kupitia miguu yako: kila sekunde chache, ukuta wa maji ambayo imesafiri zaidi ya bahari inafika na kuvunja. Mvua hutokea wakati wa msimu wa mvua, na husababisha upepo kupiga kwa kasi kubwa, hivyo ni sehemu ya shughuli za kibinadamu. Wanaishi katika maeneo ya joto, lakini pia huweza kuishi katika maeneo baridi kama vile barafuto na milima, hasa wakati wa majira ya baridi.

Hii ni ahadi ya kweli. ukurasa huu, iliyoandikwa na uaminifu huo kama yetu Utafiti wa Fan Wall, ni kuhusu kwa nini ahadi imekuwa hivyo vigumu kudumisha. toleo fupi: ** kazi fizikia na rasilimali ni kubwa, lakini mashine wimbi lazima mavuno bahari ya kawaida wakati kuishi dhoruba kwamba kubeba nguvu mara hamsini zaidi. Baada ya nusu karne na makampuni mengi kushindwa, wimbi nishati bado mara kadhaa ghali zaidi kuliko jua, bila kubuni kushinda bado. Inawezekana kushinda kwanza ambapo nguvu ni ghali na bahari ni jirani tu. **

Nini ni

Nguvu ya umeme ni nguvu inayotokana na mwendo wa mawimbi ya umeme. Tofauti na upepo, ambapo kubuni moja (turbini ya kichwa tatu) imeshinda, nishati ya mawimbi bado ina mamia ya mawazo yanayoshindana. Wao kuanguka katika familia chache:

• Point absorbers: buoys kwamba bob juu na chini na kuvuta dhidi ya ankeri au float nzito. CorPower’s C4 is one.
• Attenuators: muda mrefu, nyoka-kama minyororo ya floats kuongoka pamoja na mwelekeo wa mawimbi, bending katika viungo. Mfano maarufu ni mji wa Pelamis.
• Oscillating mawimbi kuongezeka converters: hinged flaps juu ya chini ya bahari karibu pwani kwamba rock nyuma na mbele. Mji mkuu wa Dola la Osmani ulikuwa Istanbul.
• Oscillating maji nguzo: vyumba wazi kwa bahari chini ya mstari wa maji. Maji hutiririka kutoka juu na chini ya ardhi, huku maji yakitiririka ndani na nje ya ardhi. Mutriku in Spain has sixteen of them built into a harbour wall.
• Overtopping vifaa: ramps kwamba kuruhusu mawimbi kuenea katika bahari ya juu, kisha maji taka nyuma kupitia turbines chini-kichwa.

Jinsi inavyofanya kazi

Energi katika mawimbi. wimbi ya nishati ni kuhifadhiwa sehemu kama maji aliinua juu ya wastani wa bahari na sehemu kama mwendo wa maji. Kwa bahari isiyo ya kawaida inayoelezwa na urefu wake wa mawimbi H (kwa wastani urefu wa theluthi ya juu zaidi ya mawimbi), nishati kwa mita mraba ya uso wa bahari ni E = ρ g H² / 16, ambapo ρ ni wingi wa maji ya bahari na g mvuto. Kuongezeka kwa joto la dunia kunaongeza nguvu ya upepo.

Power, idadi ambayo mambo. Wave nishati safari, katika kundi kasi g T / 4π katika maji ya kina, ambapo T ni kipindi wimbi. Kuongeza nishati kwa kasi na nguvu kufika pamoja kila mita ya wimbi mbele ni P = ρ g² H² T / 64π, ambayo kazi nje kama kuhusu 0.49 × H² × T kilowatts kwa mita. 2.5 m bahari na kipindi s 9 inachukua kuhusu 28 kW kupita kila mita ya pwani: zaidi ya mwaka, umeme wa makumi ya nyumba kwa mita, kama wote inaweza kukamatwa. Mtu anayeelezea hapo juu anakuruhusu kujaribu bahari nyingine.

Ni nini maji hufanya. Katika maji ya kina, maji katika wimbi haisafiri pamoja nayo: kila chembe husonga katika mduara na kurudi karibu na mahali ambapo ilianzia. duru kupungua haraka na kina; nusu wavelength chini, harakati ni tu kuhusu 4% ya Hiyo katika uso. Mvua ya maji ya kina ni ndefu: urefu wa mawimbi ni takriban 1.56 × T² mita, hivyo mawimbi 9 s ni m 126 kutoka kilele hadi kilele. Kwa hiyo, nishati ya mawimbi ni karibu na uso wa bahari na kwa nini mashine hupita au kukaa katika maji ya chini.

Kuvuta wimbi, kufanya wimbi. mashine wimbi inachukua nishati kwa kusonga katika njia ambayo cancels sehemu ya wimbi incoming. Kwa buoy kusonga juu na chini, hii inaweka kikomo maarufu: hata hivyo kubwa ni, inaweza kuchukua zaidi ya nguvu kufika katika upana wa λ / 2π, wavelength moja kugawanywa kwa 2π, kuhusu 20 m kwa mawimbi 9 s (Falnes, 2002). Kufikia hata kwamba inahitaji harakati ya buoy kukaa katika hatua na mawimbi, ambayo ni kwa nini mifumo ya kudhibiti kwamba tune mashine kwa kila wimbi kupita jambo hilo sana. Katika mazoezi, kupima na modeled mashine kukamata kawaida kati ya kumi na tatu ya nguvu kufika katika upana wao wenyewe (Mwezi wa Februari 2015).

Slow, vikosi kubwa. wimbi husukuma na nguvu kubwa lakini hoja polepole, mita au mbili kila sekunde chache. jenereta kupenda haraka, mwepesi harakati, hivyo kila mashine wimbi inahitaji nguvu kuchukua-kuondoka kwamba hubadilisha moja katika nyingine: mbuzi wa majimaji na injini, turbines hewa, moja kwa moja-kuendesha jenereta linear au gearboxes mitambo. Sehemu kubwa ya uhandisi, na sehemu kubwa ya kushindwa, hutokea hapa.

mipaka: nadharia na vitendo

Rasilimali. wastani juu ya sayari, kuhusu 2.1 TW ya nguvu mawimbi inafikia pwani ya dunia, ya amri sawa kama matumizi ya umeme wastani wa dunia ya takriban 3.4 TW (Gunn na Stock-Williams, 2012). Ni sehemu ndogo tu inayoweza kuchukuliwa: mashine haziwezi kuzunguka pwani zote, nishati hupotea kama mawimbi yanapofika maji ya chini, na sehemu kubwa ya rasilimali iko katika bahari za mbali za kusini. Visiwa vya pwani viko kati ya nyuzi 40 na 60 za latitudo: Ireland, Uskoti, Ureno, Chile, Australia kusini, New Zealand, Pasifiki kaskazini magharibi mwa Marekani. Bahari zilizofungwa kama vile Mediteranea hupokea kilowati chache tu kwa mita.

Upepo tatizo. Upepo button explainer ya hufanya matatizo ya kati kuonekana. Mashine ni iliyoundwa kufanya zaidi ya fedha zake katika bahari ya 1 hadi 4 m, bado lazima kuishi bahari ya 10-15 m, kubeba hamsini au zaidi mara nguvu, na mawimbi moja juu bado. Kubuni muundo kwa dhoruba hufanya iwe nzito na ghali; kuunda kwa bahari ya wastani hufanya iwe dhaifu. Upepo wa upepo husaidia kubadilisha halijoto ya hewa kwa kusukuma hewa nje ya kichwa cha turbini. Mashine ya mawimbi haiwezi kuvuka bahari.

Fatigue. Kwa kipindi cha 8 sekunde, mashine anakutana kuhusu milioni nne mawimbi mwaka, kila mmoja bending, kusukuma na twisting misuli yake, muhuri na moorings. Zaidi ya miaka ishirini kwamba ni kuhusu mamia elfu mizunguko mzigo katika maji ya chumvi.

Upatikanaji na moorings. Kama nishati yote ya bahari, mashine wimbi inaweza tu kuwa imewekwa na kukarabati katika hali ya hewa ya utulivu, na wao kukaa hasa ambapo hali ya hewa ni mbaya zaidi. Mwili wa binadamu unatumia maji ya bahari kutengeneza nishati bila kutumia mafuta au gesi.

miradi halisi, kupima

Mradi	Ambapo	Aina na ukubwa	Nini kilichotokea
Mtumiaji wa kwanza	Aguçadoura, Ureno, kisha EMEC, Orkney	Attenuator, 750 kW, 120 hadi 180 m mrefu	kwanza multi-machine mawimbi kilimo: mashine tatu, 2.25 MW, alianza kuuza nje katika Julai 2008 na walikuwa offline kwa Novemba 2008 wakati mmiliki wa mradi huo aliingia katika matatizo ya kifedha. baadaye P2-001 mashine kamili zaidi ya masaa 15,000 uendeshaji katika EMEC. Pelamis Wave Power kuingia utawala katika Novemba 2014 (Pelamis).
Mchuzi wa samaki	EMEC, Orkney	Nearshore flap, 315 kW kisha 800 kW	Kwanza mashine imewekwa mwaka 2009, kizazi cha pili kupimwa kutoka 2012 hadi 2015. Aquamarine Nguvu aliita katika wasimamizi Oktoba 2015 (Aquamarine Nguvu).
Mtu wa kwanza	Nchi ya Basque, Hispania	16 oscillating maji nguzo katika bandari breakwater, 296 kW	Kufanya kazi tangu Julai 2011. Zaidi ya 3 GWh katika jumla na mwisho wa mwaka 2023; 266 MWh mwaka 2023, uwezo sababu ya takriban 10%. Wells yake turbines kubadili kuhusu 30% ya nguvu ya hewa katika umeme. Gharama milioni € 6.4 (Mutriku; Tethys, PNNL).
Maelezo ya jumla	Off Cornwall, Uingereza	Gridi-kuunganishwa mtihani socket kwa hadi 20 MW ya mashine	Imewekwa katika 2010 na fedha za umma. Kwa 2018 hakuna umeme ilikuwa imetolewa huko; tovuti baadaye akageuka kwa kusonga mbali upepo (Wave Hub).
CorPower C4	Mji mkuu ni Aguçadoura.	Pointi-kutoa buoy, 300 kW rating, 9 m pana, 19 m mrefu	Kuuza nje tangu Oktoba 2023; kuishi mawimbi 18.5 m katika dhoruba Domingos Novemba 2023; aliripotiwa viwango vya hadi 600 kW; aina ya vyeti na DNV katika 2026. array ndogo ya buoys zaidi ni mipango katika tovuti hiyo (CorPower Bahari; CorPower, 2026).

Mtindo ni sobering. Mashine maarufu zaidi ya miaka ya 2000, Pelamis na Oyster, zote mbili zilifanya kazi baharini, na kampuni zote mbili zilishindwa kabla ya kufikia vikundi vya kibiashara, hasa kwa sababu hatua ijayo iligharimu zaidi kuliko wawekezaji wangekuwa hatarini. Mti wa muda mrefu, Mutriku, ni mdogo na ulijengwa katika kipande cha maji kilichohitajika hata hivyo. Kizazi cha hivi karibuni, kilichoongozwa na miundo kama CorPower, kimeweka kuishi na kudhibiti kwanza na sasa kinasonga kutoka mashine moja hadi safu ndogo ya kwanza.

Ni nini gharama

Hakuna kilimo cha mawimbi ya kibiashara bado, hivyo kila takwimu ya gharama ni makadirio kutoka kwa prototypes na mifano.

chanzo	Nini ni	Bei
Mutriku, mahesabu yetu kutoka takwimu kuchapishwa	€ milioni 6.4 kwa MWh 266 mwaka 2023, miaka 20 katika 7% halisi, kabla ya gharama yoyote kukimbia	zaidi ya €2 kwa kWh
Mifumo ya Nishati ya Bahari (2015)	pili mawimbi arrays, wastani wa data developer	$0.21 to $0.67 kwa kila kWh
Mifumo ya Nishati ya Bahari (2015)	Kwanza biashara-kiwango cha mawimbi mashamba: takwimu developers ’ / kujitegemea rejea masomo	$0.12 to $0.28 / $0.28 to $0.48 kwa kila kWh
Mifumo ya Nishati ya Bahari (2015)	Imewekwa gharama ya arrays kwanza	$4,000 to $18,100 kwa kila kW
Malengo yetu	Solar paa juu ya jengo, Fan Wall mfano; Lazard 2026 kibiashara na jamii solar	$0.19 kwa kila kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	New nishati ya jua / upepo pwani / upepo wa baharini	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 kwa kila kWh

Mutriku si mtihani haki ya gharama; ilikuwa ni maonyesho, na turbines ndogo kuchaguliwa kwa uaminifu. Lakini inaonyesha jinsi mbali kweli vifaa ni kutoka makadirio ya karatasi. mbalimbali ya kweli kwa ajili ya kwanza ndogo array leo ni takriban $0.30 to $0.70 kwa kila kWh, mara mbili hadi nne juu ya paa jua. Utafiti wa sekta ya wenyewe anasema mashamba ya kibiashara inaweza kufikia $0.12 to $0.28, kama mashine kuishi, upatikanaji ni juu na gharama kuanguka na kiasi. Hakuna mabaki ya miamba iliyopatikana katika bahari hii.

Ambapo inaweza kushinda, na ambapo haiwezi

Inaweza kushinda:

• Baharini, ambapo hakuna gridi. Ocean sensors, urambazaji buoys, aquaculture penni, magari ya chini ya maji ambayo inahitaji recharging na majukwaa offshore sasa kukimbia juu ya betri, dizeli au paneli za jua kwamba kufanya kidogo katika majira ya baridi. Hapa mashine ndogo wimbi inashindana na nishati ghali, si kwa bei nafuu jua.
• Visiwa juu ya pwani nguvu, kutoka Hebrides kwa Azores na Pacific, ambapo nguvu tayari inakuja kutoka kuagiza dizeli.
• Breakwaters na kuta bahari ni kujengwa anyway, kama katika Mutriku, ambapo muundo tayari kulipwa kwa ajili ya.
• Pamoja na mashamba ya upepo wa pwani, kushiriki nyaya, miunganisho gridi na vyombo matengenezo, na uzalishaji wakati upepo imeanguka lakini swell haina.
• Kama nguvu ya baridi katika latitudes juu, ambapo mawimbi ni nguvu wakati paneli jua kufanya chini.

Inawezekana kushinda:

• Kama bei nafuu umeme, mahali popote jua na upepo mashamba inaweza kujengwa.
• On pwani na bahari zilizofungwa, ambapo rasilimali wastani ni kilowatts chache kwa mita.
• Ingawa kuthibitisha kuishi kwanza. kubuni kwamba si kuja kupitia baridi katika bahari bado ni mfano, hata hivyo nzuri yake tanki matokeo.

Nini ni kuthibitishwa, plausible na speculative

Proven: fizikia ya mawimbi nishati na nguvu mtiririko; mipaka ya kukamata kwa ajili ya miili oscillating; kwamba mashine wimbi inaweza kuzalisha umeme baharini na kuiuza kwa gridi; kwamba safu ya maji oscillating katika breakwater inaweza kukimbia kwa zaidi ya miaka kumi (Mutriku); kwamba rasilimali ni nguvu katika majira ya baridi juu ya magharibi-kukabiliana pwani katika katikati ya latitudes.

Plausible: kwamba mbinu mpya ya kudhibiti na miundo nyepesi inaweza kuongeza kukamata na kukatwa chuma kwa kilowatt; kwamba pointi-absorber buoys wanaweza kuishi dhoruba ya aina CorPower ya C4 alikutana katika 2023; kwamba array kushiriki moorings na cables inaweza kupunguza gharama; kwamba bahari-uangalizi na aquaculture masoko kulipa kwa ajili ya mashine ndogo kabla gridi inafanya.

Speculative: nguvu mawimbi kwa gharama ya upepo pwani; kubuni moja kushinda njia tatu-bladed turbine alishinda kwa ajili ya upepo; kubwa array ya mamia ya megawatts katika muongo ujao.

Kufungua maswali ya utafiti

• Survival na kudhibiti pamoja. Jinsi ya tune mashine ya kukamata zaidi kutoka mawimbi ya kawaida wakati detuning ni salama katika dhoruba, kwa uhakika, kwa miaka ishirini.
• Power kuchukua-off. ufanisi, kudumu ubadilishaji wa polepole, vikosi kubwa: hydraulics, magnetic gears, jenereta linear, vifaa kubadilika kwamba ni wenyewe jenereta.
• Moorings na muundo. Chini ya chuma kwa kilowatt, na moorings kwamba si kushindwa.
• Arrays. Jinsi mashine shade au kusaidiana katika makundi, na jinsi ya kushiriki miundombinu.
• Convergence. Ambayo ya familia hapo juu, kama kuna, ni kimsingi cheapest. Mipango ya umma kama vile Wave Energy Scotland inapatikana kujibu hili kwa data iliyoshirikiwa.
• Environment. kelele chini ya maji, hatari entanglement kwa mamalia bahari katika moorings, na madhara juu ya mchanga pwani wakati arrays kubwa kuchukua nishati kutoka mawimbi.

Nini prototype kazi inahitaji

Nguvu ya mawimbi ina njia vizuri kutembea kutoka wazo kwa bahari, hasa kwa sababu mawazo mengi wameshindwa pamoja nayo. Gharama chini ni makadirio yetu rough kwa timu ndogo.

Hatua	Kazi	Nini inathibitisha	Gharama ya kawaida	Muda
1. mfano wa hesabu	Frequency-domain na muda-domain mifano ya mashine katika hali halisi bahari (fungua zana kama vile WEC-Sim kuwepo)	Kukamata upana katika nadharia, mizigo katika dhoruba	$10k to $40k	2 hadi miezi 4
2. Wave tanki	A 1:50 hadi 1:20 mfano katika chuo kikuu mawimbi bahari, mara kwa mara na mawimbi yasiyo ya kawaida, kisha mawimbi makali, na nguvu simulated kuchukua-kuondoka kupima juu ya vyombo	Kipimo cha upana wa kukamata na mizigo ya kuishi	$30k to $150k	3 hadi miezi 6
3. Kujificha katika bahari	A 1:4 hadi 1:10 mashine katika tovuti ya nursery kama vile EMEC ya Scapa Flow au BiMEP nchini Hispania, kuuza nje kwa benki mzigo	nguvu halisi, moorings, matengenezo, baridi katika bahari	$0.5 million to $milioni 3	1 hadi miaka 2
4. kiwango kamili	Moja mashine katika wazi-bahari gridi-kuunganishwa berth	Bankable utendaji na data kuishi	$ 10 milioni na juu	miaka kadhaa

Awamu ya 2 ni ambapo uwanja huanza kuwa na uhakika: mfano katika tank wimbi na kupima nguvu kuchukua-off, kuonyesha wote nini inakamata na nini inaishi.

Ambao tunahitaji

• Wahandisi bahari na hydrodynamicists na wimbi-muundo mwingiliano na kudhibiti uzoefu.
• Wave tank vifaa katika vyuo vikuu na maabara ya kitaifa.
• Umeme kuchukua-off wataalamu: hydraulics, jenereta linear, magnetic gearing.
• Mooring na wahandisi wa miundombinu ya baharini.
• Marine shughuli watu ambao wameweka na kuokolewa vifaa katika bahari.
• Marine ecologists kwa kelele na ufuatiliaji entanglement.
• Watumiaji baharini: mashamba ya samaki, vituo vya uchunguzi wa bahari na vyombo vya kisiwa ambavyo vitanunua mashine za kwanza.

Kuwa na wazo bora?

Baadhi ya wanachama wa Foundation wanaweza kuwa na mawasiliano ambayo inaweza kusikia pitch. Kuwekwa, wazo inahitaji kazi, maisha halisi mfano kwamba kweli huzalisha nguvu, na pato lake kupimwa juu ya chombo, si kudai: mfano katika tanki wimbi na kusajiliwa nguvu kuchukua-off anasema zaidi kuliko animation yoyote. Mawazo ya karatasi ni kuwakaribisha pia: kama fizikia na idadi ni imara, tunaweza kuchapisha yao hapa kwenye tovuti. Lakini kukusanya mtaji bila mfano wa kazi ni vigumu sana, na hakuna hapa ni ahadi ya fedha, kurudi au maelezo.

Tumia fomu ya changia kutuma mawazo yako, kwa kuchagua Mpango wa Kijani. Tuambie ambayo mawimbi ni iliyoundwa kwa ajili ya, upana wa kukamata unatarajia na kwa nini, jinsi inavyoishi dhoruba, gharama kavu kwa kWh, na mtihani rahisi kwamba inaweza kuthibitisha ni kosa. Energy sources page inalinganisha nguvu ya mawimbi na mawazo mengine kumi na moja.

Chanzo

1. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko (2012). Kuhesabu rasilimali ya nguvu ya mawimbi ya kimataifa. Nishati ya Renewable 44, 296-304.
2. Katikati, J. (2002). Mimimi ya bahari na mifumo ya kusonga: Maingiliano ya Linear Ikiwa ni pamoja na uondoaji wa nguvu za mawimbi. Cambridge University Press.
3. Mfano: A, B. (2015). database ya kukamata upana uwiano wa wimbi nishati converters. Nishati Inayoweza Kurejeshwa 80, 610-628.
4. Mji mkuu ni Ocean City (2015). Kimataifa levelised gharama ya nishati kwa ajili ya teknolojia ya bahari nishati.
5. Wave nguvu, Wikipedia: kina ya maji nguvu mtiririko formula.
6. Mchanganyiko Wave Nishati Converter, Wikipedia.
7. Aquamarine nguvu, Wikipedia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, na Pacific Northwest National Laboratory, Tethys, Mutriku wave power plant.
9. Wave Hub, Wikipedia.
10. CorPower Bahari, Wikipedia, na CorPower Bahari (2026), dunia-ya kwanza DNV vyeti kwa ajili ya mawimbi nishati teknolojia.
11. Iko katika mkoa wa Volgograd Oblast. Makumbusho ya umma wa ripoti mpango.
12. Lazard (June 2026). Levelized Gharama ya Nishati+, toleo 19.
13. Local Solar System Foundation. The Fan Wall: wazi mfano na kipimo, rooftop jua katika $ 0.19 kwa kWh.