พลังงานคลื่น: ประวัติศาสตร์วิธีการทำงานข้อดีข้อเสีย - สิ่งแวดล้อม - 2026

คลื่นพลังงานหรือคลื่น - พลังงานเป็นพลังงานกลที่สร้างขึ้น โดย คลื่นและที่จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า เป็นพลังงานจลน์ของน้ำซึ่งเกิดจากพลังงานของลมเมื่อเสียดสีกับพื้นผิวของแหล่งน้ำ

พลังงานจลน์นี้ถูกเปลี่ยนโดยกังหันเป็นพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานหมุนเวียนและสะอาด ประวัติความเป็นมาของการใช้พลังงานนี้ย้อนกลับไปในศตวรรษที่สิบเก้า แต่ในตอนท้ายของศตวรรษที่ยี่สิบเมื่อมันเริ่มบูม

พลังของคลื่น ที่มา: Mostafameraji

ปัจจุบันมีระบบจำนวนมากที่เสนอให้ใช้ประโยชน์จากรูปแบบของพลังงานคลื่น ซึ่งรวมถึงการสั่นของคลื่นการสั่นของคลื่นหรือการเปลี่ยนแปลงของความดันใต้คลื่น

หลักการทั่วไปของระบบเหล่านี้คล้ายกันและประกอบด้วยการออกแบบอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ของคลื่นให้เป็นพลังงานกลแล้วเป็นพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตามการออกแบบและการใช้งานมีความแปรปรวนสูงและสามารถติดตั้งบนชายฝั่งหรือนอกชายฝั่งได้

อุปกรณ์สามารถจมอยู่ใต้น้ำกึ่งจมลอยน้ำหรือสร้างขึ้นบนชายฝั่ง มีระบบต่างๆเช่น Pelamis ซึ่งการเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนของคลื่นจะกระตุ้นระบบไฮดรอลิกโดยแรงขับที่กระตุ้นมอเตอร์ควบคู่ไปกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

คนอื่น ๆ ใช้ประโยชน์จากแรงของคลื่นเมื่อแตกบนชายฝั่งไม่ว่าจะโดยการผลักลูกสูบไฮดรอลิกหรือเสาอากาศที่เคลื่อนกังหัน (ตัวอย่าง: ระบบ OWC, คอลัมน์น้ำสั่น)

ในการออกแบบอื่น ๆ จะใช้แรงของคลื่นในขณะที่มันแตกบนชายฝั่งเพื่อส่งกระแสน้ำและเติมอ่างเก็บน้ำ ต่อจากนั้นพลังงานศักย์ของน้ำที่กักเก็บไว้จะถูกใช้เพื่อเคลื่อนกังหันด้วยแรงโน้มถ่วงและสร้างพลังงานไฟฟ้า

พลังงานคลื่นมีข้อดีอย่างไม่ต้องสงสัยเนื่องจากเป็นพลังงานหมุนเวียนสะอาดไม่มีค่าใช้จ่ายและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ อย่างไรก็ตามมันเกี่ยวข้องกับข้อเสียบางประการที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมที่อุปกรณ์ทำงานและลักษณะของคลื่น

เงื่อนไขของสภาพแวดล้อมทางทะเลอาจทำให้โครงสร้างเกิดการกัดกร่อนจากดินประสิวการกระทำของสัตว์ทะเลการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ลมและพายุ ดังนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของระบบสภาพการทำงานอาจเป็นเรื่องยากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบนอกชายฝั่งที่จมอยู่ใต้น้ำหรือทอดสมอ

ในทำนองเดียวกันการบำรุงรักษามีค่าใช้จ่ายสูงโดยเฉพาะในระบบนอกชายฝั่งเนื่องจากต้องตรวจสอบจุดยึดเป็นระยะ ในทางกลับกันขึ้นอยู่กับระบบและพื้นที่อาจมีผลเสียต่อกิจกรรมพายเรือตกปลาและนันทนาการ

ประวัติศาสตร์

มีประวัติในศตวรรษที่ 19 เมื่อJosé Barrufet ชาวสเปนจดสิทธิบัตรสิ่งที่เขาเรียกว่า "บ่าง" เครื่องนี้ผลิตกระแสไฟฟ้าจากการสั่นของคลื่นในแนวตั้งและไม่ได้ทำการค้าจนถึงยุค 80 ของศตวรรษที่ 20

อุปกรณ์ของ Barrufet ประกอบด้วยชุดทุ่นที่แกว่งขึ้นและลงพร้อมกับคลื่นขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบนี้ไม่มีประสิทธิภาพมากนัก แต่ตามที่นักประดิษฐ์ระบุว่าสามารถสร้างพลังงานได้ 0.36 กิโลวัตต์

ปัจจุบันมีสิทธิบัตรมากกว่า 600 ฉบับที่ใช้ประโยชน์จากแรงคลื่นเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานได้โดยใช้แรงที่เกิดจากการสั่นในแนวตั้งหรือที่เกิดจากผลกระทบของคลื่นบนชายฝั่ง

พลังงานคลื่นทำงานอย่างไร?

ตัวแปลง Pelamis ใน Peniche โปรตุเกส ที่มา: Dipl. Ing. Guido Grassow

การทำงานของระบบพลังงานคลื่นขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวที่คุณต้องการใช้ประโยชน์จากคลื่น มีระบบลอยตัวหรือทอดสมออยู่บนบกซึ่งใช้ประโยชน์จากการสั่นในแนวดิ่งของน้ำในขณะที่ระบบอื่น ๆ จับแรงกระแทกของคลื่นบนชายฝั่งได้

ในทำนองเดียวกันมีผู้ที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของความดันใต้พื้นผิวของคลื่น ในบางกรณีพลังงานจลน์ของคลื่นทำให้สามารถกักเก็บน้ำทะเลและใช้ประโยชน์จากพลังงานศักย์ (แรงโน้มถ่วงที่ตกลงมา) เพื่อกระตุ้นกังหันไฟฟ้า

ในระบบอื่น ๆ พลังงานกลของคลื่นก่อให้เกิดการเคลื่อนไหวของลูกสูบไฮดรอลิกหรือมวลอากาศที่กระตุ้นให้มอเตอร์ไฮดรอลิกหรือกังหันผลิตกระแสไฟฟ้า

- ระบบลอยน้ำหรือทอดสมอบนบก

ระบบเหล่านี้สามารถกึ่งจมอยู่ใต้น้ำหรือจมอยู่ใต้น้ำและใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่แบบสั่นที่เกิดจากคลื่นบนบก บางระบบใช้แรงของการบวมของพื้นผิวและอื่น ๆ การเคลื่อนไหวที่ลึก

พื้นผิวบวม

มีระบบของส่วนที่ประกบกันเช่น Pelamis หรือ "งูทะเล" ซึ่งคลื่นจะเคลื่อนย้ายโมดูลที่ประกบกันซึ่งกระตุ้นระบบมอเตอร์ไฮดรอลิกควบคู่ไปกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

อีกทางเลือกหนึ่งคือ Salter Duck ซึ่งทุ่นที่ยึดติดกับแกนจะทำการขว้างด้วยคลื่นและเปิดใช้งานมอเตอร์ไฮดรอลิกด้วย ในทางกลับกันมีข้อเสนอทั้งชุดขึ้นอยู่กับทุ่นที่มีการสั่นก็เปิดใช้งานระบบไฮดรอลิกด้วย

การเคลื่อนไหวที่โยกลึก

Archimedean Wave Oscillator ประกอบด้วยกระบอกสูบสองกระบอกที่ติดตั้งเป็นชุดบนโครงสร้างที่ยึดกับก้นทะเล กระบอกสูบด้านบนมีแม่เหล็กด้านข้างและเคลื่อนที่ในแนวดิ่งลงด้วยแรงดันของคลื่น

เมื่อกระบอกสูบลดลงมันจะกดลงบนกระบอกสูบล่างที่บรรจุอากาศและเมื่อความดันของคลื่นให้ผลความดันอากาศจะดันระบบขึ้นไป การเคลื่อนที่แบบสั่นในทิศทางแนวตั้งของกระบอกสูบแม่เหล็กช่วยให้สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าโดยใช้ขดลวด

มังกรคลื่น

ประกอบด้วยแท่นลอยที่ผูกติดกับด้านล่างโดยมีครีบที่ช่วยให้สามารถรับน้ำที่เคลื่อนย้ายโดยคลื่นทำให้น้ำท่วมโครงสร้าง น้ำจะสะสมและหมุนเวียนผ่านเสากลางผ่านกังหัน

- ระบบชายฝั่ง

ระบบเหล่านี้ติดตั้งบนชายฝั่งและใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เกิดจากคลื่นทำลาย ข้อ จำกัด ของระบบเหล่านี้คือทำงานบนชายฝั่งที่มีคลื่นลมแรงเท่านั้น

ตัวอย่างคือระบบที่ออกแบบโดยวิศวกรชาวบาสก์Iñaki Valle ซึ่งประกอบด้วยแท่นที่ยึดกับชายฝั่งที่ลาดเอียงด้วยแม่เหล็กบนราง คลื่นจะผลักแม่เหล็กขึ้นไปมันลงมาตามแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่จะทำให้ขดลวดเกิดกระแสไฟฟ้า

ระบบ

ประกอบด้วยระบบจานที่แกว่งไปมาพร้อมกับการลดลงและการไหลของคลื่นและการเคลื่อนที่นี้โดยปั๊มลูกสูบจะกระตุ้นกังหันไฟฟ้า

ระบบของ

ในกรณีนี้เป็นคำถามของแผ่นลอยที่ยึดกับชายฝั่งซึ่งรับแรงจากการแตกของคลื่นและกระตุ้นระบบไฮดรอลิก มอเตอร์ไฮดรอลิกจะขับเคลื่อนกังหันที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

ระบบ CETO

ประกอบด้วยชุดทุ่นที่จมอยู่ใต้น้ำที่ทอดสมออยู่กับก้นทะเลและมีการสั่นของปั๊มไฮดรอลิกที่ส่งน้ำทะเลไปยังชายฝั่ง น้ำที่สูบแล้วจะเปิดใช้งานกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ระบบที่ควบคุมพลังงานศักย์

มีระบบจำนวนมากที่กักเก็บน้ำทะเลไว้ในถังจากนั้นด้วยแรงโน้มถ่วงสามารถกระตุ้นกังหัน Kaplan และผลิตกระแสไฟฟ้าได้ น้ำจะไหลเข้าสู่ถังที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นเช่นเดียวกับในระบบ TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) หรือ SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator)

ระบบเสาอากาศน้ำ

ในกรณีอื่น ๆ แรงของน้ำที่ขับเคลื่อนโดยคลื่นจะใช้ในการเคลื่อนคอลัมน์ของอากาศซึ่งเมื่อผ่านกังหันจะสร้างกระแสไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่นในระบบ OWC (Oscillating Water Column) น้ำในกระแสคลื่นจะเข้าสู่ท่อและขับเคลื่อนอากาศภายในอาคาร เสาอากาศโผล่ขึ้นมาทางปล่องไฟและผ่านกังหันเพื่อออกไปข้างนอก

เมื่อน้ำลดลงในการลดลงของคลื่นอากาศจะเข้าสู่ปล่องไฟอีกครั้งทำให้กังหันอีกครั้ง สิ่งนี้มีการออกแบบที่ทำให้มันเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันทั้งสองกระแส

อีกระบบหนึ่งที่คล้ายกันคือ ORECON ซึ่งการสั่นของน้ำภายในห้องทำให้เกิดการลอยตัวซึ่งจะกดอากาศให้ไหลผ่านกังหัน ระบบนี้ทำงานอย่างเท่าเทียมกันโดยการเคลื่อนที่ของอากาศในทั้งสองทิศทาง

ความได้เปรียบ

ฟาร์มคลื่น. ที่มา: P123

พลังงานทดแทน

เป็นพลังงานจากแหล่งธรรมชาติที่ไม่รู้จักเหนื่อยเช่นคลื่นทะเล

แหล่งพลังงานนั้นฟรี

แหล่งที่มาของพลังงานคลื่นคือคลื่นทะเลซึ่งไม่มีการใช้สิทธิความเป็นเจ้าของทางเศรษฐกิจ

พลังงานสะอาด

พลังงานคลื่นไม่ก่อให้เกิดขยะและระบบที่เสนอให้ใช้จนถึงตอนนี้ก็ไม่ก่อให้เกิดของเสียที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเช่นกัน

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ

การรบกวนใด ๆ ในสภาพแวดล้อมทางน้ำหรือชายฝั่งก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่ระบบที่เสนอส่วนใหญ่มีผลกระทบต่ำ

เชื่อมโยงกับวัตถุประสงค์การผลิตอื่น ๆ

ระบบพลังงานคลื่นบางระบบอนุญาตให้สกัดน้ำทะเลเพื่อทำกระบวนการกลั่นน้ำทะเลและรับน้ำดื่มหรือสำหรับการผลิตไฮโดรเจน

ตัวอย่างเช่นผู้ที่ดำเนินการเกี่ยวกับการรวบรวมและจัดเก็บน้ำทะเลบนชายฝั่งเช่น TAPCHAN และ SSG Wave Energy

ข้อเสีย

ข้อเสียส่วนใหญ่ไม่ได้แน่นอน แต่ขึ้นอยู่กับระบบคลื่นเฉพาะที่เรากำลังประเมิน

แรงคลื่นและความสม่ำเสมอ

อัตราการผลิตพลังงานขึ้นอยู่กับพฤติกรรมสุ่มของคลื่นในความสม่ำเสมอและความแรง ดังนั้นพื้นที่ที่สามารถใช้พลังงานนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงมี จำกัด

แอมพลิจูดและทิศทางของคลื่นมีแนวโน้มที่จะไม่สม่ำเสมอดังนั้นกำลังที่เข้ามาจึงเป็นแบบสุ่ม สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์ได้รับประสิทธิภาพสูงสุดในช่วงความถี่ทั้งหมดเป็นเรื่องยากและประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไม่สูง

ซ่อมบำรุง

การบำรุงรักษาโครงสร้างที่เกี่ยวข้องก่อให้เกิดปัญหาและค่าใช้จ่ายบางอย่างเนื่องจากผลกระทบจากการกัดกร่อนของดินประสิวทางทะเลและผลกระทบของคลื่นเอง ในกรณีของสิ่งอำนวยความสะดวกนอกชายฝั่งและที่จมอยู่ใต้น้ำค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาจะเพิ่มขึ้นตามความยากลำบากในการเข้าถึงและความจำเป็นในการดูแลเป็นระยะ

สภาพภูมิอากาศและสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไป

โครงสร้างสำหรับจับพลังงานคลื่นและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าอยู่ภายใต้สภาวะที่รุนแรงในสภาพแวดล้อมทางทะเล ซึ่งรวมถึงความชื้นดินประสิวลมฝนพายุเฮอริเคนและอื่น ๆ

พายุบ่งบอกว่าอุปกรณ์ต้องรับน้ำหนักได้มากกว่าค่าเล็กน้อยถึง 100 เท่าซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายหรือเสียหายทั้งหมดได้

ชีวิตทางทะเล

สิ่งมีชีวิตในทะเลยังเป็นปัจจัยที่อาจส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์เช่นสัตว์ขนาดใหญ่ (ฉลามสัตว์จำพวกวาฬ) ในทางกลับกันหอยสองฝาและสาหร่ายเกาะติดกับพื้นผิวของอุปกรณ์ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญ

การลงทุนระยะแรก

การลงทุนทางเศรษฐกิจเริ่มต้นสูงเนื่องจากอุปกรณ์ที่จำเป็นและความยากลำบากในการติดตั้ง อุปกรณ์ต้องการวัสดุและสารเคลือบพิเศษระบบปิดผนึกและยึด

ผลกระทบต่อกิจกรรมทางมานุษยวิทยา

ขึ้นอยู่กับประเภทของระบบที่ใช้สิ่งเหล่านี้อาจส่งผลต่อการเดินเรือการตกปลาและแหล่งท่องเที่ยวในพื้นที่

ประเทศที่ใช้พลังงานคลื่น

โรงไฟฟ้า Motrico Wave (สเปน) ที่มา: Txo

สเปน

แม้ว่าทะเลเมดิเตอเรเนียนมีศักยภาพต่ำในแง่ของพลังงานคลื่น แต่ในทะเลแคนตาเบรียนและในมหาสมุทรแอตแลนติกก็สูงมาก ในเมือง Basque ของ Mutriku มีโรงไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในปี 2554 โดยมีกังหัน 16 ตัว (กำลังไฟ 300kW)

ในซานโตนา (กันตาเบรีย) มีสถานีพลังงานคลื่นอีกแห่งหนึ่งที่ใช้ทุ่นจมอยู่ใต้น้ำ 10 แห่งเพื่อใช้ประโยชน์จากพลังงานการสั่นในแนวตั้งของคลื่นและผลิตกระแสไฟฟ้า ในหมู่เกาะคะเนรีมีโครงการหลายโครงการเพื่อเพิ่มพลังงานคลื่นเนื่องจากสภาพชายฝั่งที่เอื้ออำนวย

โปรตุเกส

ในปี 2551 บริษัท Ocean Power Delivery (OPD) ได้ติดตั้งเครื่อง Pelamis P-750 จำนวน 3 เครื่องซึ่งตั้งอยู่ห่างจากชายฝั่งโปรตุเกส 5 กม. ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับPóvoa de Varim มีกำลังการผลิตติดตั้ง 2.25 เมกะวัตต์

สกอตแลนด์ (สหราชอาณาจักร)

เทคโนโลยี OWC ถูกนำมาใช้บนเกาะ Orkney ซึ่งมีการติดตั้งระบบตั้งแต่ปี 2000 เรียกว่า LIMPET ระบบนี้มีกำลังการผลิตสูงสุด 500 KW

เดนมาร์ก

ในปี 2004 มีการติดตั้งโครงการนำร่องประเภท Wave Dragon ในเดนมาร์กขนาด 58 x 33 ม. และกำลังสูงสุด 20 KW

นอร์เวย์

กำลังดำเนินการติดตั้งโรงงานสำหรับระบบ SSG Wave Energy ใน Svaaheia (นอร์เวย์)

เรา

ในปี 2002 โครงการนำร่องสำหรับอุปกรณ์ Power Buoy ได้รับการติดตั้งในรัฐนิวเจอร์ซีย์โดยมีทุ่นนอกชายฝั่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 ม. ยาว 14 ม. และมีกำลังสูงสุด 50 KW

ในโอเรกอนมีการติดตั้งโรงงานนำร่อง SSG Wave Energy ในท่าเรือ Garibaldi เช่นเดียวกันในฮาวายพวกเขาส่งเสริมแหล่งพลังงานหมุนเวียนและในกรณีของเกาะเมาอิแหล่งพลังงานหมุนเวียนหลักคือพลังงานคลื่น

อ้างอิง

1. Amundarain M (2555). พลังงานทดแทนจากคลื่น. Ikastorratza E-Journal of Didactics 8. แก้ไขเมื่อ 08/03/2019 จาก ehu.eus
2. Cuevas T และ Ulloa A (2015). พลังงานคลื่น. สัมมนาตลาดพลังงานทดแทนสำหรับวิศวกรโยธา คณะวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์มหาวิทยาลัยชิลี 13 น.
3. Falcão AF de O (2010). การใช้พลังงานคลื่น: การทบทวนเทคโนโลยี บทวิจารณ์พลังงานทดแทนและยั่งยืน 14: 899–918
4. Rodríguez R และ Chimbo M (2017) การใช้พลังงานคลื่นในเอกวาดอร์ อินเจเนีย 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). การพึ่งพาพลังงานและพลังงานคลื่นในสเปน: ศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ของทะเล ปริญญาภูมิศาสตร์และการวางแผนเชิงพื้นที่คณะปรัชญาและอักษรมหาวิทยาลัยกันตาเบรีย 52 น.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP และ Buccino M (2012) ตัวแปลงพลังงานคลื่น SSG: ประสิทธิภาพสถานะและการพัฒนาล่าสุด พลังงาน 5: 193-226
   Weebly ออนไลน์: taperedchannelwaveenergy.weebly.com