Dalga enerjisi

Kışın batıya bakan bir kıyıda durduğunuzda, bunu ayağınızla hissedebilirsiniz: her birkaç saniyeden bir okyanus boyunca seyahat eden bir su duvarı geliyor ve kırılıyor. Dalgalar binlerce kilometre açık denizde fırlayan rüzgar tarafından oluşur, bu yüzden yoğunlaşmış, gecikmiş bir rüzgâr enerjisi biçimidir. Rüzgarın durduğundan sonra, geceleri ve gündüzleri, en güçlü şekilde de kış aylarında, tam olarak güneş panellerinin en az enerji ürettiği zamanlarda geliyorlar.

Bu, gerçek bir sözdür. Bu sayfa, bizimki gibi dürüstlükle yazılmış. Fan Duvar araştırmasıBu, sözünü tutmanın neden bu kadar zor olduğuyla ilgili. Kısaca: fizik çalışıyor ve kaynak büyük, ama bir dalga makinesi normal denizleri hasat ederken elli kat daha fazla güç taşıyan fırtınalardan hayatta kalmak zorundadır. Yarım yüzyıl ve pek çok başarısız şirketten sonra, dalga enerjisi güneş enerjisinden birkaç kat daha pahalı olmaya devam ediyor ve henüz kazanan bir tasarım yok. Enerjinin pahalı olduğu ve tek komşusu denize sahip olan ülkelerde ilk kazanan olabilir.

Nedir bu?

Dalga enerjisi dönüştürücüsü, dalgaların hareketini elektrik enerjisine çeviren herhangi bir makinedir. Rüzgarın aksine, bir tasarımın (üç kanatlı türbin) kazandığı dalga enerjisi hala yüzlerce rekabetçi fikirle karşılaşmaktadır. Birkaç aileye ayrılırlar:

• Point absorbers: yukarı ve aşağı dönen ve bir ankraj veya ağır bir yüzeye karşı çeken boyalardır. CorPower’ın C4’ü bir tane.
• Attenuators: uzun, yılan benzeri yüzen zincirler dalgaların yönünde uzanır, birleşimlerde eğilir. Pelamis buna ünlü bir örnektir.
• Oscillating wave surge converters: kıyıya yakın deniz tabanı üzerinde ileri geri dönen tekerlekli flaplar. Aquamarine Power’ın İstriği de bunlardan biriydi.
• Salınımlı su sütunları: Su çizgisinin altında denize açılan odalar. Dalgalar suyun içindeki havayı bir türbinden içeri ve dışarı iterek yukarı ve aşağı itiyor. Mutriku in Spain has sixteen of them built into a harbour wall.
• Üstleme cihazları: dalgaların yükseltilmiş bir havuza akmasına izin veren rampalar, sonra suyu düşük başlık türbinleri üzerinden geri boşaltır.

Nasıl çalışıyor?

Dalgadaki enerji. Bir dalganın enerjisi kısmen ortalama deniz seviyesinin üzerinde yükselen su olarak ve kısmen de suyun hareketi olarak depolanır. Belirgin dalga yüksekliği H (dalgaların en yüksek üçte birinin ortalama yüksekliği) ile tanımlanan düzensiz bir deniz için, deniz yüzeyinin metrekare başına enerjisi E = ρ g H² / 16, burada ρ deniz suyunun yoğunluğu ve g yerçekimidir. Dalga yüksekliğini ikiye katlayarak enerjiyi dört katına çıkarır.

Güç, önemli olan sayı. Dalga enerjisi, grup hızında g T / 4π derin sularda hareket eder, burada T dalga periyodudur. Enerjiyi hızla çarp ve dalga önünün her metresi boyunca gelen güç P = ρ g² H² T / 64π, bu da metre başına yaklaşık 0.49 × H² × T kilowatt olarak çalışır. 2,5 metre uzunluğunda ve 9 saniye süren bir deniz kıyıdan geçen her metrede yaklaşık 28 kilovat enerji taşımaktadır: eğer bütünüyle yakalanırsa, metre başına düzinelerce evin elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Yukarıdaki açıklama başka denizleri denemenize izin veriyor.

Sunun yaptığı şeyler. Derin sularda, dalga içindeki su onunla birlikte hareket etmez: her parçacık bir daire içinde hareket eder ve neredeyse başladığı yere geri döner. Çemberler derinlikle hızlıca küçülür; yarım dalga boyu aşağı, hareket yüzeyde olanların sadece %4’ü kadardır. Derin su dalgaları uzundur: dalga boyu yaklaşık 1.56 × T² metredir, bu yüzden 9 s dalgası sırttan sırta 126 m’dir. Bu yüzden çoğu dalga enerjisi yüzeye yakındır ve makineler neden sığ suda yüzer veya oturur.

Bir dalgayı soğurmak için, bir dalga oluşturun. Bir dalga makinesi, gelen dalganın bir kısmını iptal eden bir şekilde hareket ederek enerji alır. Sadece yukarı ve aşağı hareket eden bir yüzen boya için, bu ünlü bir sınır oluşturur: ne kadar büyük olursa olsun, λ / 2π genişliğinde gelen gücün üzerinde daha fazlasını yakalayamaz, bir dalga boyu 2π ile bölünmüştür, 9 s dalgası için yaklaşık 20 m (Falnes, 2002). Buna ulaşmak için bile dalgalarla adım atmak için balinanın hareketi gerekiyor. Bu yüzden de makineyi her geçen dalga ile uyumlu hale getiren kontrol sistemleri çok önemli. Uygulamada, ölçülen ve modellenen makineler tipik olarak kendi genişlikleri boyunca gelen gücün onda biri ile üçte biri arasında yakalarlar (Erişim tarihi: 2015.).

Yavaş, büyük kuvvetler. Bir dalga muazzam bir kuvvetle itiyor ama yavaş hareket ediyor, birkaç saniyede bir ya da iki metre. Jeneratörler hızlı, nazik hareketi tercih eder. Bu yüzden her dalga makinesi bir güç alıcı Hidrauliği diğerine dönüştüren bir sistemdir: Hidrauliksel ayar ve motorlar, hava türbinleri, doğrusal jeneratörler veya mekanik vites kutuları. Mühendisliğin çoğu ve başarısızlığın çoğu burada gerçekleşir.

Sınırlar: teorik ve pratik

Kaynak. Gezegen üzerinde ortalama olarak, yaklaşık 2.1 TW dalga gücü dünya kıyılarına ulaşır, dünyanın ortalama elektrik kullanımı olan yaklaşık 3.4 TW ile aynı düzeydedir (Gunn ve Stock-Williams, 2012). Sadece bir kısmı alınabilir: makineler her kıyı şeridinde bulunamazlar, dalgalar sığ suya ulaştığında enerji kaybedilir ve kaynakların çoğu uzak güney okyanuslarındadır. En zengin kıyılar, yaklaşık 40 ile 60 derece enlem arasında hakim olan batı rüzgarlarına karşı çıkmaktadır: İrlanda, İskoçya, Portekiz, Şili, güney Avustralya, Yeni Zelanda, Pasifik’in kuzeybatısındaki ABD. Akdeniz gibi kapalı denizler metre başına sadece birkaç kilovat enerji alıyor.

Fırtına problemi. Açıklayıcının fırtına düğmesi merkezi zorluğu görüntüler. Bir makine 1 ila 4 metrelik denizlerde parasının çoğunu kazanmak için tasarlanmıştır, ancak 10 ila 15 metrelik denizlerde hayatta kalabilmek için elli veya daha fazla güç taşımalı ve tek dalgalar daha da yüksek olmalıdır. Fırtına için bir yapı tasarlamak ağır ve pahalı hale getirir; ortalama deniz için tasarlamak kırılgan hale getirir. Rüzgar türbinleri bunu, yapraklarını rüzgara doğru çevirerek çözer. Dalga makinesi denizden çıkamaz.

Yorgunluk. 8 saniyelik bir süre ile, makine yaklaşık olarak Yılda dört milyon dalgaHer biri eğriliyor, itiyor ve eklemlerini, mühürlerini ve demirlemelerini büküyor. Over twenty years that is about eighty million load cycles in salt water.

Giriş ve demirleme. Tüm deniz enerjisi gibi, dalga makineleri sadece sakin havada kurulabilir ve tamir edilebilir ve tam olarak hava en kötü olduğu yerde oturur. Sıkıntılar, hareket eden bir bedeni kırılma veya sürüklenmeden kırılan denizlerde tutmalı.

Gerçek projeler, ölçülmüş

Proje	Nerede	Tip ve boyut	Ne oldu?
- Peyami.	Aguçadoura, Portekiz, sonra EMEC, Orkney	Attenuator, 750 kW, 120 ila 180 m uzunlukta	İlk çoklu makine dalga çiftliği: üç makine, 2.25 MW, Temmuz 2008’de ihracata başladı ve projenin sahibi mali sorunlara girdiği Kasım 2008’de offline oldu.Sonraki P2-001 makinesi EMEC’te 15.000 saatten fazla çalışma saati tamamladı. Pelamis Wave Power Kasım 2014’te yönetime girdi (Pelamis).
İstrik	EMEC, Orkney	Kıyıya yakın flap, 315 kW sonra 800 kW	İlk makine 2009 yılında kuruldu, ikinci nesil 2012’den 2015’e kadar test edildi.Aquamarine Power Ekim 2015’te yöneticileri çağırdı (Aquamarine Power).
Mutriku.	Bask Ülkesi, İspanya	Limanın dalga kırıcısında 16 salınımlı su sütunu, 296 kW	Temmuz 2011’den beri faaliyette. 2023 sonuna kadar toplamda 3 GWh; 2023 yılında 266 MWh, yaklaşık 10 kapasite faktörü. Wells türbinleri hava gücünün yaklaşık %30’unu elektrik enerjisine dönüştürür. €6.4 milyona mal olur (Mutriku; Tethys, PNNL).
Wave Hub	Cornwall, İngiltere	20 MW’a kadar makineler için şebekeye bağlı test soketi	2010 yılında kamu parasıyla kurulan santral, 2018 yılına kadar elektrik üretimi yapmadı; daha sonra site yüzen açık deniz rüzgarına (Wave Hub) dönüştü.
CorPower C4	Portekiz, Porto	300 kW’lık, 9 metre genişliğinde ve 19 metre yüksekliğindeki bir nokta absorbe boyunuz var.	Ekim 2023’ten beri ihraç; Kasım 2023’te Domingos Fırtınası’nda 18,5 m dalgaları ayakta tuttu; 600 kW’a kadar olan zirveleri rapor etti; DNV tarafından 2026’da tip sertifikası. aynı yerde daha küçük bir dizi balina planlanmaktadır (CorPower Ocean; CorPower, 2026).

Bu örnekler çok korkutucu. 2000’lerin en ünlü makineleri, Pelamis ve Oyster, her ikisi de denizde çalıştı ve her iki şirket de ticari dizilere ulaşmadan önce başarısız oldu, büyük oranda bir sonraki adımın yatırımcıların risk alacağından daha pahalı olması nedeniyle. En uzun süredir faaliyette olan santral, Mutriku, küçük ve yine de ihtiyaç duyulan bir dalga kemeri içine inşa edildi. CorPower gibi tasarımlar tarafından önderlik edilen en yeni nesil, hayatta kalma ve kontrolü önce koydu ve sadece şimdi bir makineden ilk küçük diziye taşınıyor.

Ne kadara mal oluyor?

Henüz ticari bir dalga çiftliği yoktur, bu yüzden her maliyet rakamı prototipler ve modellerden yapılan tahminlerdir.

Kaynak	Nedir bu?	Fiyatı
Mutriku, yayınlanan rakamlardan hesapladığımız	2023 yılında 266 MWh için 6,4 milyon euro, %7 reel faizle 20 yıl, herhangi bir işletim maliyeti olmadan	kWh başına 2 avrodan fazla
Okyanus Enerji Sistemleri (2015)	İkinci dalga dizileri, ortalama geliştirici verileri	$0.21 to $kWh başına 0.67
Okyanus Enerji Sistemleri (2015)	İlk ticari ölçekli dalga çiftlikleri: geliştiricilerin tahminleri / bağımsız referans çalışmaları	$0.12 to $kWh başına 0.28 / $0.28 to $0.48
Okyanus Enerji Sistemleri (2015)	İlk dizilerin kurulum maliyeti	$4,000 to $18.100 kilovatsaat
Bizim referansımız	Bina üzerindeki çatıdan güneş, Fan Wall modeli; Lazard 2026 ticari ve toplumsal güneş	kWh başına 0,19$; $0.09 to $0,20
Lazard (Haziran 2026)	Yeni güneş / deniz rüzgarı / açık deniz rüzgarı	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 kWh

Mutriku, maliyet açısından adil bir test değildi; güvenilirlik için seçilen küçük türbinlerle bir gösteriydi. Ama bu gerçek donanımların kağıt tahminlerden ne kadar uzak olduğunu gösteriyor. Günümüzde ilk küçük bir dizi için dürüst aralığı yaklaşık olarak kWh başına $0.30 to $0.70, iki ila dört kat daha fazla çatıda güneş enerjisidir. Endüstrinin kendi çalışmaları, makineler hayatta kalırsa, ticari çiftlikler $0.12 to $ 0.28’e ulaşabilir, mevcutluk yüksektir ve maliyetler hacme göre düşer. Bu koşulların hiçbiri henüz denizde görülmemiştir.

Kazanabileceği ve kazanamayacağının yeri.

Kazanabilir:

• Denizde, şebekenin olmadığı yerde. Okyanus sensörleri, navigasyon boyaları, su ürünleri çiftlikleri, yeniden şarj edilmesi gereken su altı araçları ve açık deniz platformları artık kışı çok fazla yapmayan piller, dizel veya güneş panelleriyle çalışıyor. Burada küçük bir dalga makinesi pahalı enerjiyle rekabet ediyor, ucuz güneşle değil.
• Enerjik kıyılardaki adalar, Hebrides’ten Azorlar ve Pasifik’e kadar. Bu bölgelerde enerji zaten ithal dizelden geliyor.
• Mutriku’da olduğu gibi, yapı için para ödenmiş durumda. Su kenarları ve deniz duvarları her neyse inşa ediliyor.
• Denizdeki rüzgar çiftliklerinin yanındaKabloları paylaşmak, şebeke bağlantıları ve bakım gemileri. Rüzgarın durduğu ama dalgaların olmadığı zamanlarda üretim yapmak.
• Yüksek enlemlerdeki kış gücü gibiGüneş panelleri en az çalıştığı zaman dalgaların en güçlü olduğu yerde.

Kazanamaz:

• Ucuz elektrik gibiGüneş ve rüzgar santralleri inşa edilebilecek her yerde.
• **Korunmuş sahillerde ve alevlenen denizler üzerinde,**Ortalama kaynak metre başına birkaç kilovat.
• Önce hayatta kalmayı kanıtlamadan. Denizde bir kışı geçirmemiş bir tasarım, tankının sonuçları ne kadar iyi olursa olsun hala bir modeldir.

Kanıtlanmış, muhtemel ve spekülatif olan nedir?

Kanıtlanmıştır: dalga enerjisi ve güç akışı fizikleri; salınımlı cisimler için yakalama sınırları; dalga makinelerinin denizde elektrik üretebileceği ve ağlara ihraç edebileceği; bir dalga kırıcıdaki salınımlı su kolonunun on yıldan uzun süre çalışabileceği (Mutriku); kaynakların orta enlemlerde batıya bakan kıyılarda kışın en güçlü olduğu.

Makul: yeni kontrol yöntemleri ve daha hafif yapılar kilovat başına yakalama ve kesme çelik artırabilir; nokta-soğuran balinalar CorPower’ın C4 ile 2023 yılında karşılaştığı gibi fırtınaları ayakta tutabiliyor; diziler, demirleme ve kabloları paylaşarak maliyeti düşürebilir; okyanus gözlem ve su ürünleri pazarları küçük makineler için ağdan önce ödeyecektir.

Spekülatif: Dalga gücü, kıyıdaki rüzgarın bedeli; tek bir tasarımın üç kanatlı türbinin rüzgar için kazandığı gibi kazanması; önümüzdeki on yıl içinde yüzlerce megawatt büyük dizileri.

Açık araştırma soruları

• Hayatta kalma ve kontrol birlikte. Nasıl bir makineyi düzenlersin ki sıradan dalgalardan en fazlasını yakalayabilsin. Fırtınalarda da güvenle, güvenilir bir şekilde, yirmi yıl boyunca düzenlemesini bozdurabilirsin.
• Güç alımı. Yavaş, büyük kuvvetlerin verimli ve dayanıklı dönüşümü: Hidraulikler, manyetik dişliler, doğrusal jeneratörler, kendileri de jeneratör olan esnek malzemeler.
• - Sıkıntıları ve yapıları. Kilowatt başına daha az çelik ve başarısız olmayan demirleme.
• Diziler. Makinelerin gruplar halinde nasıl gölgelenmesi veya birbirlerine yardım etmesi ve altyapıyı nasıl paylaşması gerektiğini anlatır.
• Yakınlaşma. Yukarıdaki ailelerden hangisi, eğer varsa, temel olarak en ucuzudur? Bu soruya paylaşılan veriler ile cevap vermek için Wave Energy Scotland gibi kamusal sahne-kapı programları mevcuttur.
• Çevre. Sualtı gürültüsü, demirlemelerde deniz memelileri için karışma riski ve büyük diziler dalgalardan enerji aldığında kıyı çökeltilerindeki etkiler.

Çalışan bir prototipin neye ihtiyacı olur?

Dalga enerjisi, fikrin denize doğru giden çok iyi bilinen bir yolu var. Çünkü bu yolda pek çok fikir başarısız olmuştur. Aşağıdaki maliyetler küçük bir ekip için kaba tahminlerimizdir.

Sahne	İş	Neyi kanıtlıyor?	Tahmini maliyet	Zaman
1. Sayısal model	Gerçek deniz durumlarında makinenin frekans alan ve zaman alan modelleri (WEC-Sim gibi açık araçlar mevcuttur)	Teoride yakalama genişliği, fırtınalarda yükler	$10k to $40k	2 ila 4 ay
2. Dalga tankı	Üniversite dalga havzasındaki 1:50 ile 1:20 arası bir model, düzenli ve düzensiz dalgalar, sonra aşırı dalgalar, simülasyonlu güç alımı aletler üzerinde ölçülmüştür.	Ölçülen yakalama genişliği oranı ve hayatta kalma yükleri	$30k to $150k	3 ila 6 ay
3. Sığınak Deniz Denemesi	EMEC’in Scapa Flow veya İspanya’daki BiMEP gibi bir bebek sitesinde 1:4 ile 1:10 arasında bir makine, yük bankasına ihraç	Gerçek güç, demirleme, bakım, denizde bir kış.	$0.5 million to $3 milyon.	1-2 yıl
4. Full scale	Açık denizde bir makine, elektrik şebekesine bağlanmış bir limanda.	Bankable performans ve hayatta kalma verileri	10 milyon dolar ve üzeri	Birkaç yıldır

2. Aşama, bir atışının inandırıcı hale geldiği yerdir: ölçülmüş güç alımı ile dalga tankındaki bir model, hem neyi yakaladığını hem de neyi hayatta kaldığını gösteren.

Kime ihtiyacımız var?

• Okyanus mühendisleri ve hidrodinamikçiler Dalga-yapı etkileşimi ve kontrol deneyimiyle.
• Dalga tank tesisleri üniversitelerde ve ulusal laboratuvarlarda.
• Güç alımı uzmanları: Hidraulikler, doğrusal jeneratörler, manyetik dişli.
• Sırt ve açık deniz yapı mühendisleri.
• Deniz operasyonları Denizde ekipman kurup geri getiren insanlar.
• Deniz ekolojistleri gürültü ve karışıklık izleme için.
• Denizdeki Kullanıcılarİlk makineleri satın alacak olan balık çiftlikleri, okyanus gözlemevleri ve ada hizmetleri.

Daha iyi bir fikrin var mı?

Vakfın bazı üyelerinin bir teklifi duyabilecek kişilerle bağlantıları olabilir. Bir fikrin ortaya konması için, gerçek hayatta çalışan, aslında güç üreten bir model, bir alet üzerinde ölçülen çıkışıyla, iddia edilmemiş: kaydedilmiş güç alımı ile dalga tankındaki bir model herhangi bir animasyondan daha fazlasını söylüyor. Kağıt üzerindeki fikirler de memnuniyetle karşılanıyor: fizik ve sayılar sağlam ise, onları burada web sitemizde yayınlayabiliriz. Fakat işleyen bir model olmadan sermaye toplamak çok zor ve burada hiçbir şey finansman, kazanç veya tanıtım sözü vermez.

Fikirlerinizi katkı formu aracılığıyla, Green Initiative’i seçerek gönderebilirsiniz. Ne dalgalar için tasarlandığını söyle, beklediğin yakalama genişliği ve nedenini, fırtınadan nasıl kurtulacağını, kilowatt-saat başına tahmini maliyetini ve yanlış olduğunu kanıtlayabilecek en ucuz testi. enerji kaynakları sayfası dalga gücünü diğer on bir fikirle karşılaştırmaktadır.

Kaynaklar

1. Gunn, K. ve Stock-Williams, C. (2012). Küresel dalga gücü kaynağını ölçmek. Renewable Energy 44, 296-304.
2. (İngilizce) ^ Falnes, J. (2002). Okyanus Dalgaları ve Oscillating Sistemler: Linear Etkileşimler Dalga-Enerji Çıkarımı dahil. Cambridge Üniversitesi Yayınları.
3. Babası, A. (2015). Bir veritabanı dalga enerjisi dönüştürücülerinin yakalama genişliği oranını. Renewable Energy 80, 610-628.
4. 2015.  ^ “Ocean Energy Systems” (İngilizce). Uluslararası okyanus enerjisi teknolojileri için enerjinin eşitlenmiş maliyeti.
5. Wave power, Wikipedia: the deep-water power flux formula (İngilizce).
6. Dalga Enerjisi DönüştürücüsüWikipedia.
7. Aquamarine Power, Wikipedia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, ve Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvar, Tethys, Mutriku Wave power plant.
9. Dalga MerkeziWikipedia.
10. CorPower Ocean, Wikipedia, ve CorPower Ocean (2026), dalga enerjisi teknolojisi için dünyaca ilk DNV sertifikası.
11. Türkiye’nin enerji kaynakları. Public library of programme reports.
12. Lazard (Haziran 2026). Levelized Cost of Energy+, sürüm 19.
13. Local Solar System Kuruluş. The Fan Wall: open model and benchmark, kWh başına $0.19’da çatıda güneş enerjisi.
14. Islay LIMPET, Wikipedia: a 250 kW shoreline oscillating water column, grid-connected in 2000 and dismantled in 2011.
15. Wave Dragon, Wikipedia: Nissum Bredning’deki 1:4.5 ölçekli prototipi, 2003-2010.
16. NGC 2026 (İngilizce). BiMEP IDOM’un yeni yüzen cihazına ev sahipliği yapıyor: MARMOK-A5 salınımlı su sütunu ve 2016 ile 2019 arasında test edilen daha eski bir sürüm.
17. Airy dalga teorisi ve Wells türbini, Wikipedia: parçacık dalgalar altında yörüngeler ve her iki yönde aynı şekilde dönen bir hava türbini.