Laineenergia muundur

Laineenergia muundur opereerib mere või ookeani lainetes ja muudab lainete potensiaalse ja kineetilise energia mõneks teiseks kasulikuks energialiigiks, näiteks elektrienergiaks.

Üldist

Laineenergia globaalne tehniline potensiaal on ligikaudu 500 GW, eeldades et laineenergia muunduri kasutegur on 40%. 1 Hea ülevaate laineenergia potensiaalist erinevates piirkondades annab joonis 1, mis kirjeldab aasta keskmist laineenergia võimsust ühe meetri horisontaalse laineharja kohta.

Laineenergiat proovis esimesena ammutada prantslane Girard ja tema poeg, kui nad 1799. aastal patenteerisid esimese laineenergia muunduri.2 Suurenenud huvi ja aktiivsus laineenergia valdkonnas algas 1970-tel aastatel, mis oli peamiselt tingitud 1973. aasta naftakriisist. Alates sellest ajast on patenteeritud väga palju laineenergia muundurite kontseptsioone, aga suurem osa nendest on arendus- ja uurimustöö faasis. Päris mere ja ookeani tingimustest opereerivaid ja elektrit tootvaid seadmeid on kordades vähem.3

 

Laineenergia muundur opereerib mere või ookeani lainetes ja muudab lainete potensiaalse ja kineetilise energia mõneks teiseks kasulikuks energialiigiks, näiteks elektrienergiaks.

Joonis 1. Aasta keskmine laineenergia võimsus [kW/m] 18

Üldist

Laineenergia globaalne tehniline potensiaal on ligikaudu 500 GW, eeldades et laineenergia muunduri kasutegur on 40%. 1 Hea ülevaate laineenergia potensiaalist erinevates piirkondades annab joonis , mis kirjeldab aasta keskmist laineenergia võimsust ühe meetri horisontaalse laineharja kohta.

Laineenergiat proovis esimesena ammutada prantslane Girard ja tema poeg, kui nad 1799. aastal patenteerisid esimese laineenergia muunduri.2 Suurenenud huvi ja aktiivsus laineenergia valdkonnas algas 1970-tel aastatel, mis oli peamiselt tingitud 1973. aasta naftakriisist. Alates sellest ajast on patenteeritud väga palju laineenergia muundurite kontseptsioone, aga suurem osa nendest on arendus- ja uurimustöö faasis. Päris mere ja ookeani tingimustest opereerivaid ja elektrit tootvaid seadmeid on kordades vähem.3

Laineenergia eelised ja väljakutsed

Seotud artiklid: Elektritootmise tehnoloogiad; Elektri tootmine; Elektrienergia hind

Eelised

  1. Energiatihedus - kõikidest taastuvenergia tehnoloogiatest on laineenergial kõige suurem energiatihedus.4
  2. Kättesaadavus - ligikaudu 71% maakerast on kaetud veega, millest enamuse moodustavad mered ja ookeanid. Lisaks sellele asuvad väga paljud linnad rannikute lähedal.
  3. Ennustatavus - laine tingimusi on võimalik ette prognoosida 1-2 päeva.5 See lihtsustab võrgu opereerimist.
  4. Ruumikasutus – laineenergia muundurit ei võta ära maapinda, mida võib olla kasulikum kasutada põllumajanduseks näiteks. Meres ja ookeanis pole ruumikasutus nii kriitiline kui maa peal.
  5. Visuaalne efekt - laineenergia muundurid ei ulatu kõrgele veepinnast, mille tõttu pole nad ühtlasi nähtavad rannikult.

Väljakutsed

  1. Raske keskkond opereerimiseks - tormid ja soolane vesi mõjutavad negatiivselt laineenergia muunduri eluiga. Väga suur väljakutse on ehitada muundur, mis peaks vastu oodatava eluea. Laineenergia muundurite eluiga on 15-30 aastat. 6,7
  2. Kallis tehnoloogia - elektri tootmine lainetest on hetkeseisuga veel kallis. Erinevate allikate põhjal on laineenergiast tulenev tasandatud elektrienergia hind (LCOE) hetkel ligi 500 €/MWh ja aastaks 2030 prognoositakse hinnaks vahemikus 50-200 €/MWh. 8,9
  3. Laineenergia võimsuse varieerumine – on teada erinevate asukohtade laineenergia keskmine võimsus ( joonis 1), aga aasta jooksul esinevate tormide ajal võib laineenergia võimsus tõusta kohtades kuni 2000 kW/m.10 Selle tõttu peab ka generaator olema suurema võimsusega, mis teeb kogu projekti kallimaks. Ühtlasi on väljakutseks ehitada seade, mis peab vastu väga suurtele jõududele.

Arenenumad tehnoloogiad ja nende tööpõhimõte

Laineenergia muundurite kontseptsioone on üle 100, aga väga väheseid on päris mere tingimustest testitud.11 Seetõttu ei ole praegusel ajal laineenergia valdkonnas ühte juhtivat ja domineerivat tehnoloogiat nagu seda on tuuleenergia valdkonnas. Järgnev annab ülevaate arenenumatest ja levinumatest laineenergia tehnoloogiatest:

Point Absorber

Point absorber ( joonis 2) on vee peal ujuv muundur, mis on võimeline laineenergiat ammutama olenemata mis suunast laine läheneb muundurile. Lained ajavad ujuva muunduri käima üles ja alla ning muunduri liikumist saab ära kasutada elektri tootmiseks läbi lineaar tüüpi generaatori.

Üks päriselu näide point absorber tehnoloogiast pärineb firmalt Ocean Power Technologies. Võimsaim muundur, mis nende poolt on arendatud ja testitud, on võimsusega 866 kW ( joonis 3). Hetkel käib arendustöö, et tuua turule 2.4 MW võimsusega muundur. 12 Teine näide point absorber tehnoloogiast on Rootsi firmalt Seabased, kes hetkel arendavad Rootsi läänerannikul laineenergia parki koguvõimsusega 10 MW.13 Seabased poolt arendatav laineenergia pargi illustratsioon on näha joonisel 4.

Joonis 2. Point absorber. 19

Joonis 3. Ocean Power Technologies poolt arendatud point absorber. 20

Joonis 4. Seabased poolt arendatud point absorber. 21

Attenuator

Attenuator ( joonis 5) on vee pinnal ujuv piklik muundur, mis on asetatud paralleelselt laine suunaga. Muundur koosneb tavaliselt mitmest omavahel ühendatud segmendist. Laine paneb segmendid liikuma ja energiat ammutatakse kahe erineva segmendi suhtelisest liikumisest.

Päris elu näide attenuator laineenergia tehnoloogiast pärineb firmalt Pelamis Wave Power. Muundur on 180 meetrit pikk ja võimsusega 750 kW ( joonis 6).14

 

Joonis 5. Attenuator. 22

Joonis 6. Pelamis Wave Power poolt arendatud Attenuator Orkeny-s. 23

Overtopping device

Overtopping device on suur veega täidetav reservuaar ( joonis 7). Reservuaari sees on vee väljalaske toru koos turbiiniga. Lained täidavad reservuaari veega ja lahkudes läbi väljalaske toru paneb vesi turbiini tööle, mis omakorda toodab elektrit. Reservuaar võib olla nii mere peal ujuv seade kui ka kaldale ehitatud.15

 

Joonis 7. Overtopping device. 24

Oscillating water column

Oscillating water column on pooleldi veealune seest õõnes struktuur ( joonis 8), mis toodab elektrit läbi turbiini. Tehnoloogia tööpõhimõtet saab mõista järgnevalt. Lähenev laine siseneb struktuuri ja tõstab vee taset, mille tõttu rõhk kambris suureneb. Osa õhku väljub kambrist suurenenud rõhu tõttu, mis paneb käima turbiini. Kui laine enda tsükli lõpus väljub kambrist ja veetase väheneb, langeb ka rõhk. Rõhu languse tõttu liigub õhk tagasi kambrisse ja paneb jälle turbiini tööle. 16

Üks näide oscillating water column tehnoloogiast on 500 kW võimsusega Limpet ( joonis 9 ), mis paigaldati 2000. aastal Šotimaa saarele Islay.17

Joonis 8. Oscillating water column. 25

Joonis 9. Oscillating water column. 26

Täiendavat lugemist

Aasta

Kategooria

Pealkiri

2013

Ettekanne

Energiatehnoloogiate tulevikust

2010

Aruanne

Projected Deployment and Costs of Wave Energy in Europe

2013

Aruanne

Ocean Energy - Cost of Energy and Cost Reduction

-

Aruanne

Mooring systems for wave energy converters - A review of design issues and choices

-

Aruanne

The Pelamis Wave Energu Converter

2002

Aruanne

Wave Energy in Europe - current status and perspectives

2009

Aruanne

A review of wave energy converter technology

2008

Aruanne

Study on a Wave Energy Based Power System

-

Aruanne

Energy Supply

2007

Ettekanne

Eesti energiatehnoloogiate arendusstrateegia eeluuring

2007

Aruanne

Energiatoodete maksustamise uuring

2014

Ettekanne

Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut

2014

Ettekanne

Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis

2014

Ettekanne

Eesti energiapoliitika mõju riigi konkurentsivõimele

2014

Ettekanne

Eesti põlevkivienergeetika tulevik

2014

Ettekanne

Eesti energiamajanduse arengukava aastani 2030

2014

Aastaraamat

Taastuvenergia aastaraamat 2014

Viited

  1. R.E. Sims. IPCC report - Energy Supply↩︎
  2. Szabo, L., Oprea, C., Festila, C., Dulf, E. Study on a Wave Energy Based Power System↩︎
  3. Drew, B., Plummer A.R., Sahinkaya, M.N. A review of wave energy converter technology↩︎
  4. Clement, A. Wave energy in Europe: current status and perspectives↩︎
  5. Goldman, A. Renewable Green Energy Power↩︎
  6. Carcas, M. The Pelamis Wave Energy Converter↩︎
  7. Harris, R.E., Johanning, L., Wolfram, J. Mooring systems for wave energy converters: A review of design issues and choices↩︎
  8. SI OCEAN. Ocean Energy: Cost of Energy and Cost Reduction Opportunities↩︎
  9. Raventos, A., Sarmento, A., Neumann, F., Matos, N. Projected Deployment and Costs of Wave Energy in Europe↩︎
  10. The European Marine Energy Centre Ltd. Wave developers↩︎
  11. Ocean Power Technologies. Mark 3 PowerBuoy↩︎
  12. SEABASED. Wave energy parks↩︎
  13. Pelamis Wave Power. Wave Power↩︎
  14. Aquaret. Images and Illustrations↩︎
  15. Wikipedia. Islay LIMPET↩︎
  16. The Lovett School. Interdisciplinary Study of Energy↩︎