Pretvornik energije valov Triton: Obnovljiva energija prihodnosti

Uvod

Oceanski valovi predstavljajo obsežen obnovljiv vir energije na našem planetu. Več kot 70 % zemeljske površine je prekrito z vodo. Energija, ki jo vsebujejo valovi, ima potencial, da proizvede do 80.000 TWh električne energije na leto, kar zadostuje za petkratno zadovoljitev našega svetovnega povpraševanja po energiji. Visoka gostota energije valov kaže, da ima zmogljivost, da postane najcenejši obnovljivi vir energije. Triton predstavlja eno izmed inovativnih rešitev za pridobivanje električne energije iz energije morskih valov.

Slika 1: Prevoz naprave Triton

 

Sestava Tritona

Triton je inovativen generator električne energije iz valov, ki izkorišča prosto gibanje valov. Primarno je sestavljen iz plovca oz. plavajočega dela in reakcijskega obroča, ki je pod gladino. Plavajoč del je sestavljen iz jeklene konstrukcije, ki je nato neprodušno zvarjena s pločevino, da se doseže vzgonski učinek. Ta del vsebuje strojnico z vsemi pogonskimi sklopi, elektro omarami in regulatorji. Medtem, ko reakcijski obroč služi samo za stabilizacijo in kot protiutež. Med sabo sta povezana z jeklenicami, ki so pritrjene na bobne treh generatorjev. To omogoča prosto gibanje plavajočega dela tritona in proizvodnjo električne energije iz vseh 6-ih prostostnih stopenj, posledično pa tudi večji izkoristek. Tukaj se izraža velika prednost pred konkurenco, ki uporablja za proizvodnjo energije le navpično gibanje valov. Celoten sistem pa obdržimo na mestu s tremi sklopi sider, ki morajo omogočati gibanje do določenih mej.

Slika 2: Sestava Tritona

 

Funkcijska struktura

Slika 3: Funkcijska struktura Tritona

 

Fizikalni princip

Električno energijo generiramo s pomočjo elektromagnetizma, ki deluje na principu elektromagnetne indukcije. Indukcijski zakon oz. Faradayev zakon opisuje, kako izkoriščamo generacijo električne energije v tokovodniku, ki se giblje skozi magnetno polje. Na tem principu delujejo vsi generatorji električne energije. Generator si je najlažje predstavljati kot elektromotor, saj ima enake komponente, le da deluje v obratni smeri.

Generator ima statorsko navitje, ki služi kot elektromagnet ali pa ima trajne magnete, ki zagotavljajo magnetno polje. Rotorsko navitje, ki se vrti v statorju, pa proizvaja električno energijo, ki jo preko ščetk vodimo v transformatorje.

Slika 4: Fizikalni princip Tritona

Proizvodnja električne energije

Za proizvajanje električne energije Triton uporablja tri neodvisne pogonske sklope, ki zagotavljajo zelo zanesljivo in prilagodljivo pretvorbo mehanske energije v elektriko. Pogonski sklop je zasnovan tako, da učinkovito upravlja zelo spremenljive pretoke moči in po potrebi razprši največjo energijo. To omogoča bolj konstantno izhodno moč. Električna moč treh pogonskih sklopov se nato združi, kondenzatorji pa poskrbijo za nadaljnje povečanje kakovosti moči. To bistveno ublaži enega največjih izzivov z napravami za energijo valov - konstantni električni tok.

Slika 5: Proizvodnja električne energije

 

Optimalno zajemanje mehanske energije

Vsak pretvornik ima več stopenj za optimalno zajemanje mehanske energije v vsakem valovnem stanju. Le tako lahko dosežemo učinkovitost pretvorbe iz vala v žico več kot 75% in pričakujemo, da se bo to v prihodnosti še povečalo.

Slika 6: Zajemanje mehanske energije

 

Delovanje v slabem vremenu

Triton je bil že od začetka zasnovan tako, da je sposoben preživeti v ekstremnih oceanskih razmerah. Ko se vremenske razmere poslabšajo, se plovec uravnava z dodajanjem vodnega balasta v trupu, podobno kot velike ladje in z zniževanjem rezervnega vzgona. To zmanjšuje gibanje sistema in omejuje največje obremenitve, ki jih doživlja sistem. V najbolj ekstremnih valovih je sistem popolnoma potopljen, kar zagotavlja maksimalno omejitev obremenitve. Tudi v popolnoma potopljenem stanju bo sistem še naprej ustvarjal energijo.

Slika 7: Delovanje v slabem vremenu

Prva operacija

Prvi generator Triton-C je pričel svoje delovanje na Havajskih otokih poleti leta 2022, kjer je kljub zmogljivosti 100kW v omrežje dovajal le 30kW zaradi tega ker so valovi tam pol manjši, kot tisti za katere je bil konstruiran. Še vedno pa je dovolj za oskrbo približno petindvajsetih stanovanjskih hiš.

Slika 8: Prva izvedba naprave Triton

Alternativni principi izkoriščanja morja

Obstaja več alternativnih pristopov za pridobivanje energije iz morja, ki se razlikujejo od Tritona. Med njimi so plimne elektrarne, ki izkoriščajo razliko v višini morske gladine med plimo in oseko, in oceanske termalne elektrarne, ki izkoriščajo temperaturno razliko med površinsko in globoko morsko vodo. Poznamo pa tudi drugačne principe:

• Podvodne veternice ali podvodne turbine so nameščene na dnu oceana ali reke, kjer izkoriščajo energijo podvodnih tokov. Te turbine so podobne vetrnim turbinam na kopnem, vendar so nameščene pod vodo, kjer je gostota vode več kot 800-krat večja od zraka, kar omogoča močnejšo proizvodnjo energije.
• Pelamis Wave Energy Converter je naprava, ki uporablja gibanje površinskih valov oceana za ustvarjanje električne energije. Naprava je sestavljena iz povezanih delov, ki se upogibajo na valovih, to gibanje pa se uporablja za proizvodnjo električne energije.
• Tapchan je sistem, ki je zgrajen iz bazena, ki je nekaj metrov dvignjen od gladine in ima v bazen napeljan konusni kanal. Po tem konusnem kanalu se voda zaradi valovanja dviguje in polni bazen. Kinetična energija vode se tako spreminja v potencialno. Voda iz rezervoarja preko turbine teče nazaj v morje.

Slika 9: Alternativni principi izkoriščanja morja

Ta tehnologija bo imela največji vpliv na odročne skupnosti, ki bodo lahko postale samooskrbne z električno energijo po zaslugi generatorja Triton. Velike možnosti pa se odpirajo tudi na področju povezovanja več enot v skupen močnejši sklop elektrarne za večja obmorska naselja in mesta.