파력

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국가별 토픽 마케팅 및 정책 동향
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시리즈의 일부
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재생 에너지 포털 카테고리
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파력은 예를 들어, 발전, 물 담수화 또는 양수 등과 같은 유용한 작업을 하기 위해 풍파에너지를 포착하는 것입니다.파력을 이용하는 기계는 WEC(파동(WEC)입니다.

파도는 바다 위를 지나가는 바람에 의해 발생한다.파도가 바로 위에서 풍속보다 느리게 전파되는 한, 바람에서 파도로 에너지가 전달된다.풍향과 풍향의 기압 차이와 바람에 의한 수면의 마찰로 물이 전단 응력으로 들어가는 것이 ^[1]파도의 성장을 일으킨다.

파력은 태양과 달의 중력에 의해 발생하는 전류의 에너지를 포착하는 조력과는 다르다.파도와 조수는 또한 부서지는 파도, 바람, 코리올리 효과, 기복, 온도와 염도의 차이와 같은 다른 힘에 의해 발생하는 해류와도 구별된다.

풍력, 수력 및 태양광과 같이 확립된 다른 재생 에너지원에 비해 파력 발전은 널리 사용되는 상용 기술이 아니다.하지만, 이 에너지원을 사용하려는 시도는 적어도 1890년^[2] 이후 주로 높은 전력 밀도 때문에 있었다.이에 비해 태양광 발전 패널의 전력 밀도는 최대 태양 일사시 1kW/m이며², 바람의 전력 밀도는 12m/s에서 1kW²/m이며, 파도의 연평균 전력 밀도는 다음과 같다.샌프란시스코 해안은 25kW/^[3]m입니다².

2000년 세계 최초의 상용 파동 전력 소자 Islay LIMPET가 스코틀랜드 Islay 해안에 설치되어 내셔널 ^[4]그리드에 연결되었습니다.2008년 포르투갈의 아구사두라 웨이브 ^[5]파크에 최초의 실험용 다중 발전기 웨이브 팜이 문을 열었다.

테스트는 외양에서 파동 에너지 시스템의 성능과 신뢰성을 검증하는 데 사용됩니다.2021년, CalWave Power Technologies,^[6] Inc.는 샌디에이고 연안에 파일럿 유닛 장치를 위탁했습니다.^[7]

파동 에너지 변환기는 작동 원리에 따라 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다. 1) 물기둥 진동(공기 터빈 포함), 2) 발진체 진동(수력 전기 모터, 유압 터빈, 선형 전기 발전기 포함), 3) 오버오버핑(저헤드 유압 터빈 포함).^[8][9]

물리 개념

해양파와 에너지 변환기 사이의 상호작용은 복잡한 고차 비선형 현상이다.특정 조건 하에서 이 프로세스는 단순화된 이론과 모델로 설명될 수 있습니다.

퍼텐셜 플로우 이론

잠재적 흐름 이론은 파동 연구와 근본적인 관련이 있습니다.그것은 비회전 유체의 가정에 기초하고 있으며, 구배의 컬이 사라지면 속도 ^[11]퍼텐셜의 관점에서 물의 속도를 표현할 수 있다.

$({displaystyle}{vec {u}}}=왼쪽 화살표({vec {u})=왼쪽 화살표({vec {u})={vec}}}\phi,})$

$u{\displaystyle \stackrel{}{}}$ ${\displaystyle \to }$ ( ${\displaystyle t}$,${\displaystyle x}$ ,${\displaystyle y}$ ,${\displaystyle z}$ )$${ $displaystyle {u}(t , x$ ,$y$ ,$z$ )는$$ 유체 속도이고${\displaystyle \delta }$ (${\displaystyle }$t , ${\displaystyle x}$,${\displaystyle y}$ ,${\displaystyle z}$ $){$ displaystyle \$phi ( t$ ,$x$ ,$y$ , $z )$는 속도 전위입니다$.$또한, 비압축성 유체(정밀도)를 고려하는 것이 액체에 대한 현실적인 접근법이며 다음과 같은 조건을 충족한다.

$(\displaystyle\rho=cst\왼쪽 화살표\cdot\vec{u}=0,})$

유체 질량 밀도를 $(\displaystyle\rho)$로 설정합니다.따라서 속도 전위는 라플라스 방정식을 만족시켜야 한다.

$\displaystyle \displayla ^{2}\phi = 0}$

이상적인 흐름, 즉 비회전성을 고려할 때 마찰이 없으며 유체에 작용하는 유일한 외력이 접지 $중력{\displaystyle {}_{}}$ f ${\displaystyle e_{}}$ ${\displaystyle x_{}}$ t ${\displaystyle =}$ (${\displaystyle 0}$ ,${\displaystyle 0}$, - ${\displaystyle \delta }$g )$${ $displaystyle f_{ext$ } = (0$, 0$ , - $rho$g )$$}임을 고려할 때 Navier-Stokes 방정식은 다음과 같이 개발될 수 있습니다.

${\displaystyle {\vec t}+{\vec {u}}\cdot {\vec {u}=-{1 \over \rho }\cdot {\vec {u}p+nu \Delta {vec {u}+{1 \over \rho }} ext {f}왼쪽 긴 화살표 }$ ${\displaystyle {\vec t}+{1 \vec t}+{1 \bigl }{\vec {\bigr}{2}=-{1 \over \rho }\cdot {c }p+1 \hove }$

$\delta {\displaystyle }$ ${displaystyle \nu}$은 유체 점도,$g{\displaystyle }$ {\$displaystyle$ g$$$}$는 중력 가속도$,$ $p{\displaystyle }$ {\$displaystyle$ p$}$는 압력입니다.모든 유체가 점성이지만, 특정 상황에서는 점성의 효과가 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 전위 흐름 이론을 적용할 수 있습니다.이는 작은 진폭의 파동 및 신체 운동을 위한 해양파 및 파동에너지 변환 장치의 경우이며, 여기서$\delta {\displaystyle }$\$displaystyle\nu$는 0으로$$ 간주됩니다.하지만, 극한의 파도와 상호작용을 할 때, 몸의 움직임은 비직선이 될 수 있고, 잠재 이론은 더 이상 지탱할 수 없습니다.

공간 차원에 따른 적분 후 베르누이 방정식을 얻을 수 있다.

${\displaystyle\displaystyle\phi t}+{1 \over 2){\vec {\vec {\bigl}{2}+{1 \over \rho }p+gz=C.}$

선형 전위 흐름 이론

작은 진폭의 파동 및 움직임을 고려할 때 2차 항$({\displaystyle \theta \overrightarrow{\mathrm{}}{}^{}}$) )$$ {\$displaystyle {\vec${\$vec$ {\$bigla$}}\$phi${\$bigr}^2}$은 무시될 수 있으며 선형 베르누이 방정식을 얻을 수 있다.

$\displaystyle\displaystyle\phi\over\displayt+{1\over\rho}p+gz=C.}$

경계 제약

• 자유 표면 동적 구속조건:

자유표면인 ${\$ ${\displaystyle 0}$(\$displaystyle$ $z$$\approx$ 0$)$에서 $압력{\displaystyle }$p(\$displaystyle$$p_${atm$$$})$는 p ${\displaystyle t_{}}$(\$displaystyle p_$${$atm$})$과 $거의{\displaystyle {}_{}}$ 같으며, 자유표면에서의 선형유동방정식에서의 $p_p_{atm})$가 되도록 $상수{\displaystyle }$ C$$ ${\displaystyle \frac{p_{}}{}}$ p a p a ${\displaystyle \frac{t_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{m_{}}{}}$ ${\$ {p_p_{displaystyle p_{atm}로$$ 간주한다.e는,

$z$$=$ $0$${\displaystyle \frac{}{}}${ $displaystyle$ z$$= ${\displaystyle 0}$, \$displaystyle${ \$phi$\ $over$ \ seta t${\displaystyle }$} + g \$eta =$ $0$ , } (${\displaystyle \mathrm{z}}$ = 0 {${\displaystyle \frac{\mathrm{}}{}}$displaystyle$z$ = 0 )

${\displaystyle (x,}$ ${\displaystyle y,}$ $)$ {$displaystyle \eta {bigl (}x,y,tbigbigr)}}:$ 물$$ 없는 표면을 평형 위치에서 상승시킨다.

• 자유 표면 운동학적 구속조건:

이러한 제약은 자유 표면에서 유체 속도가 표면 자체의 속도와 같다는 생각에 있습니다.이 상태는 체인 규칙을 사용하여 형태를 취합니다.

$t$$y \over \displaystyle$ t$\apprough {\displaystyle$ z$=0$의 경우, z ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle 0}$ { $displaystyle$ z= 0$$}$$。

위의 자유 표면 동적 구속조건의 시간 부분 도함수를 취하여 전자를 대입하면,

$z$${\displaystyle \mathrm{=}}$.\$style z$${\displaystyle \frac{}{}=}$ $,\displaystyle$ t = 0,\$displaystyle$ t =$0,\displaystyle$ t$= 0$$,\displaystyle$$$z$$$=$ $0{\displaystyle }$${\displaystyle \frac{{\mathrm{.}}^{}}{}}$$}$

• 리그사이드 경계 구속조건:

이 경계 구속조건은 단순히 해저와 같은 체내에 유체가 침투해서는 안 된다는 것을 말한다.그것은 다음과 같이 표현된다.

${\displaystyle \frac{}{}}$${\displaystyle z=}$ -$h$의 경우 ∂${\displaystyle \frac{\mathrm{}}{\mathrm{}}}$ $0$ , ${\displaystyle \phi \over$ \$display$ z$$$= 0$,}

수심이$h$로 $표시$된다.

선형 전위 흐름 이론의 해법

라플라스 방정식이 주어지면 다음과 같은 형태의 해법이 제안된다.

$\displaystyle \phi = A(z)sin(kx-\Omega t),}$

$여기$서 A${\displaystyle }$(${\displaystyle z}$) \ $displaystyle$A ($z$ ) ${\$ {\ {\ {\ \ $displaystyle$\ $obega }$는 경계 구속조건으로 결정됩니다.찾을 수 있다.

${\displaystyle A}$(${\displaystyle z}$ ) ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{g}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{}}{}}$ 2 ${\displaystyle \frac{\mathrm{display}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\cosh }{}\frac{}{}\frac{\mathrm{display}}{}}$ (${\displaystyle \frac{}{}}$k (${\displaystyle \frac{z}{}}$ +${\displaystyle \frac{}{}}$h ) cosh${\displaystyle \frac{、}{}}$ ( ${\displaystyle \frac{k}{}}$) $cosh$$=$ { $gH \$$over$$$2 \ omega } { \ $cosh ( k$ + $h$ ) }$$、 ${\displaystyle \mathrm{displaydisplaydisplaydisplay}}$ $=$ ${\displaystyle g}$ k ${\displaystyle \tanh }$（ ${\displaystyle k}$） $style$

$여기$서 H$(\displaystyle$ H$)$는 파고의 높이, ${\displaystyle k\frac{\mathrm{}}{}}$ $=$ 2$$(\$displaystyle$ k$={2\pi \over$ \langda$}})$는 파장,$${\(\$displaystyle \langda})$은 파장의 높이, ${\(\displaystyle \langda})$는 각 주파수입니다.

그 후 $(\displaystyle\eta)$를 다음과 같이 간단하게 도출할 수 있습니다.

${\displaystyle \eta =-{1 \over g}{\display \phi \over \t}={H \over2}\cos(kx-\obega t),}$

X축 방향을 따라 진행하는 평면파를 설명합니다.

파력 공식

수심이 파장의 절반보다 큰 깊은 물에서 파장에너지 플럭스는^[a]

${\displaystyle P=parc frac {rho g^{2}}{64\pi}}H_{m0}^2}T_{e}\약 \left(0.5{\frac\text{k)W}}{\text{m}}^{3}\cdot{text{s}}}\오른쪽)H_{m0}^{2}\;T_{e},$

파동-크레스트 길이의 단위당 파동 에너지 플럭스, H는_m0 유의파 높이, T는_e 파동 에너지 주기, θ 수밀도 및 중력에 의한 가속도 g로 한다.위의 공식은 파력이 파도의 에너지 주기와 파고의 제곱에 비례한다는 것을 나타냅니다.유의한 파고가 미터 단위로 주어지고 파동 주기가 초 단위로 주어지면 그 결과는 파면 ^{[12][13][14][15]}길이의 미터 당 킬로와트(kW) 단위의 파동 파워가 됩니다.

예제:파도 높이가 3m이고 파도에너지 주기가 8s인 해안선에서 몇 km 떨어진 심해에서 중간 정도의 해수면이 불어나는 것을 고려해 보자.권력을 얻기 위해 공식을 사용하면

$\ display style P \ about 0.5 \ frac \ text { kW}}{\text{m}{3}\cdot{text{s}}}}(3\cdot{text{m})^{2}(8\cdot{text{s})\약 36{\frac{text{k}}W}}{\text{m}}},}$

즉, 파정 1m당 36kW의 전위가 있다는 뜻입니다.

큰 폭풍의 경우, 앞바다에서 가장 큰 파도는 약 15미터 높이에 약 15초의 주기를 가진다.위의 공식에 따르면 이러한 파장은 파면 1미터당 약 1.7MW의 전력을 전달한다.

효과적인 파동전력장치는 파동에너지 플럭스를 가능한 한 많이 포착한다.그 결과, 파동 전력 장치의 후방 영역의 파고가 낮아집니다.

파동 에너지 및 파동 에너지 플럭스

바다 상태에서 수면의 중력파 단위 면적당 평균(평균) 에너지 밀도는 선형파 ^[1][16]이론에 따르면 파고의 제곱에 비례한다.

${\displaystyle E=squalfrac {1}{16}\rho gH_{m0}^{2}$ ^[b][17]

여기서 E는 단위 수평 면적당 평균 파동 에너지 밀도(J/m²), 단위 수평 면적당 운동 및 전위 에너지 밀도의 합계이다.위치 에너지 밀도는 등분할 정리에서 예상할 수 있듯이 둘 다 파동 에너지 밀도 E에 절반씩 기여하는 운동 ^[1]에너지와 같다.해양파에서 표면장력 효과는 몇 데시미터 이상의 파장에 대해서는 무시할 수 있다.

파도는 바다 표면에서 전파되며, 파동에너지도 그룹 속도에 따라 수평으로 운반된다.단위 폭의 수직 평면을 통한 파동 에너지의 평균 전송 속도는 파동 에너지 플럭스(또는 파동 전력 장치에서 생성된 실제 전력과 혼동해서는 안 되는 파동 전력)라고 하며,^[18][1] 다음과 같습니다.

$P$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle E{}_{}}$ c${\displaystyle {}_{}{g}_{}}$, {\$style$ P$=E,c_{g$}, c 그룹 속도(m/s)입니다_g.

중력의 작용에 의한 물파의 분산관계에 의해 파장θ 또는 파주기 T에 따라 군속도가 달라진다.또한 분산 관계는 수심 h의 함수이다. 그 결과, 군 속도는 수심 및 얕은 물의 한계와 중간 ^[1][16]깊이에서 다르게 작용한다.

선형파 이론에 따른 심층수, 얕은 수심 및 중간 수심에서의 중력파 특성

양	기호.	유닛	깊은 물 (h > 1×2×2)	얕은 물 (h < 0.05 µ)	중간 깊이 (모두 and와 h)
위상 속도	$({displaystyle c_{p}=black frac {T}}=black frac {mega } {k})$	m/s	$(\displaystyle\frac {g}{2\pi }}T)$	${\displaystyle {gh}}$	$({displaystyle {\frac {g\pi}}{2\pi}}\tanh \leftfrac {2\pi h}{\fi h}}\right)}}}$
군속도[c]	${\displaystyle c_{g}=c_{p}^2}{\frac\left(\fracda/c_{p}\right)}{\frac\frac\frac\frac\frack\frec\fright}}}{\frac\frac\frec\frec\frec\ma\c\{\mega}$	m/s	${\displaystyle {g}{4\pi }}T}$	${\displaystyle {gh}}$	${\displaystyle {\frac {1}c_{p}\left(1+{\frac {4\pi h}{\frac {1}{\sinh \frac {4\pi h}}{\frac {4\pi h}}}}}}\frac {\frac {\frac}}}}}\right}$
비율	$({displaystyle {c_{g}}{c_{p}}})$	–	${\displaystyle\frac{1}{2}}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}\left(1+{\frac {4\pi h}{\frac {1}{\sinh \leftpi h}}{\frac {4\facda }}}}}\right}}$
파장	$\displaystyle \displayda }$	m	$(\displaystyle\frac{g}{2\pi}}T^{2})$	$\displaystyle T{\sqrt {gh}}$	주어진 기간 T에 대한 해결 방법: ${{displaystyle \leftflac {2\pi }{T}}\right}=black {2\pi g}{\pi da }}\tanh \frac {2\pi h}{\right}}$
일반적인
파동 에너지 밀도	$(\displaystyle E)$	J/m2	${\displaystyle {1}{16}\rho gH_{m0}^{2}$
파동 에너지 플럭스	${\displaystyle P}$	W/m	${\displaystyle E\;c_{g}}$
각진동수	$\displaystyle \mega }$	rad / s	${\displaystyle {2\pi }{T}}$
파수	${\displaystyle k}$	rad / m	${\displaystyle {2\pi}{\displayda }}$

딥워터는 파장의 절반보다 큰 수심에 해당하며, 이는 바다와 바다에서 흔히 볼 수 있는 상황입니다.깊은 물 속에서, 긴 주기의 파동은 더 빨리 전파되고 에너지를 더 빨리 운반한다.심해 그룹 속도는 위상 속도의 절반입니다.얕은 물에서는 해안 근처에서 자주 볼 수 있는 수심의 약 20배가 넘는 파장의 경우 군 속도는 위상 속도와 ^[19]같다.

파도의 높이는 풍속, 바람이 부는 시간, 페치(바람이 파도를 들뜨게 하는 거리) 및 해저의 깊이와 지형(파도의 에너지를 집중시키거나 분산시킬 수 있음)에 의해 결정됩니다.주어진 풍속에는 시간 또는 거리가 더 큰 파도를 생성하지 않는 일치하는 실제 한계가 있다.이 한계에 도달하면 바다는 "완전 발달"되었다고 한다.일반적으로 큰 파장이 더 강력하지만, 파력은 파속, 파장, 수밀도에 의해서도 결정됩니다.

진동 운동은 표면에서 가장 높고 깊이에 따라 기하급수적으로 감소합니다.그러나 반사해안 근처의 정재파(클라포티스)에 대해서는 파동에너지가 매우 깊은 압력진동으로 존재하여 미세지진을 ^[1]생성한다.이러한 깊이에서의 압력 변동은 너무 작아서 파력의 관점에서 보면 흥미로울 수 없습니다.

역사

바다의 파도로부터 에너지를 사용하는 것으로 알려진 최초의 특허는 1799년으로 거슬러 올라가며 지라르와 그의 ^[20]아들이 파리에서 출원했다.파력의 초기 응용은 1910년경에 보쇼 프라세크가 프랑스 ^[21]보르도 근교의 로얀에 있는 그의 집에 불을 붙이고 전력을 공급하기 위해 만든 장치였다.이것이 최초의 진동하는 물기둥 타입의 파동 에너지 ^[22]장치였던 것으로 보인다.1855년부터 1973년까지 이미 ^[20]영국에만 340개의 특허가 출원되었다.

현대의 파동 에너지의 과학적 추구는 ^[23]1940년대 마스다 요시오의 실험에 의해 개척되었다.그는 항법등을 작동시키기 위해 수백 개의 장치를 사용하여 바다에서 다양한 개념의 파동 에너지 장치를 테스트했다.그 중에는 1950년대에 마스다가 ^[24]제안한 관절형 뗏목 관절의 각운동으로부터 힘을 끌어내는 개념도 있었다.

파동 에너지에 대한 새로운 관심은 1973년 석유 위기로 인해 생겨났다.많은 대학 연구자들이 바다 파도에서 에너지를 발생시킬 수 있는 가능성을 재조사했는데, 특히 에딘버러 대학의 Stephen Salter와 노르웨이 공과대학(나중에 노르웨이 과학기술 대학으로 합병)의 Johannes Falnes가 그 중 하나였다. 미 해군사관학교 출신 매코믹, 브리스톨 대학 출신 데이비드 에반스, 랭커스터 대학 출신 마이클 프렌치, MIT 출신 닉 뉴먼, C. C. 메이.

스티븐 솔터의 1974년 발명품은 비록 공식적으로 에딘버러 덕이라고 불렸지만 솔터의 오리 또는 끄덕이는 오리라고 알려지게 되었다.소규모 제어 테스트에서 Duck의 곡선 캠 모양 본체는 파동의 90%를 정지시킬 수 있으며 그 90%를 전기로 변환하여 ^[25]81%의 효율성을 제공합니다.

1980년대에는 유가가 하락하면서 파동에너지 자금 지원이 대폭 축소됐다.그럼에도 불구하고 일부 1세대 시제품은 바다에서 테스트되었다.최근에는 기후변화 이슈에 이어 파동 ^[26]에너지를 포함한 재생 에너지에 대한 관심이 세계적으로 다시 높아지고 있다.

세계 최초의 해양 에너지 시험 시설은 2003년 영국에서 파도와 조력 에너지 산업의 발전을 촉진하기 위해 설립되었습니다.스코틀랜드 오크니에 본사를 둔 유럽 해양 에너지 센터(EMEC)는 세계 어느 단일 사이트보다 더 많은 파도와 조력 에너지 장치의 배치를 지원해왔다.EMEC는 실제 바다 조건에서 다양한 테스트 장소를 제공한다.그리드 연결 파동 시험장은 오크니 본토의 서쪽 가장자리에 있는 빌리아 크루에 위치해 있으며, 이 시험장에서는 19m의 바다가 기록되고 있어 대서양의 모든 힘을 받고 있다.현재 이 센터에서 테스트 중인 파동 에너지 개발업체에는 Aquamarine Power, Pelamis Wave Power 및 Scottish Power Reenewables가 있습니다.

파동 에너지 변환기(WEC)

파동 전력 변환기는 일반적으로 파동의 에너지를 포착하거나 이용하는 방법, 위치 및 동력 이륙 시스템에 따라 분류됩니다.위치는 해안선, 근해 및 연안입니다.동력 이륙 유형에는 유압 램, 탄성체 호스 펌프, 펌프에서 해안까지, 수력 터빈, 공기 ^[27]터빈 및 선형 전기 발전기가 포함됩니다.파동 에너지를 기술 유형으로 평가할 때는 포인트 업소버 부이, 표면 감쇠기, 진동하는 물기둥 및 오버톱 장치라는 가장 일반적인 네 가지 접근 방식을 구별하는 것이 중요합니다.

포인트 업소버 부이

이 장치는 해저에 연결된 케이블로 제자리에 고정되는 수면에 떠 있습니다.점 흡수기는 착신 파장θ보다 훨씬 작은 디바이스 폭을 갖는 것으로 정의된다.좋은 점 흡수기는 좋은 웨이브 메이커와 같은 특성을 가지고 있습니다.파동 에너지는 들어오는 파동에 파괴적인 간섭을 가한 파동을 방사함으로써 흡수됩니다.부이는 직접 선형 ^[28]발전기를 통해 또는 기계식 선형-회전 변환기^[29] 또는 유압 ^[30]펌프에 의해 구동되는 발전기를 통해 다양한 방법으로 팽창의 상승과 하락을 사용하여 전기를 생산합니다.전기 전송 케이블과 이러한 장치의 음향에 의해 발생하는 전자기장은 해양 생물에게 걱정거리가 될 수 있다.부이의 존재는 물고기, 해양 포유류, 조류에 잠재적인 경미한 충돌 위험과 보금자리로서 영향을 미칠 수 있다.계류 라인에 얽힐 가능성도 있습니다.파도에서 제거된 에너지 또한 해안선에 영향을 미칠 수 있으며, 그 결과 현장은 ^[31]해안으로부터 상당한 거리를 유지하도록 권고된다.

표면 감쇠기

이러한 장치는 앞서 언급한 포인트 업소버 부이와 유사하게 작동하며, 여러 플로팅 세그먼트가 서로 연결되어 있고 들어오는 파동에 대해 수직 방향으로 방향을 잡습니다.휨운동은 팽창에 의해 생성되며, 그 동작은 유압펌프를 구동하여 전기를 발생시킨다.환경 영향은 점 흡수 부이와 유사하며, ^[31]관절에 유기체가 끼일 수 있다는 추가적인 우려가 있습니다.

진동파 서지 컨버터

이 장치들은 일반적으로 구조물이나 해저에 한쪽 끝이 고정된 반면 다른 한쪽 끝은 자유롭게 움직일 수 있다.에너지는 고정된 점에 대한 신체의 상대적인 움직임에서 수집됩니다.진동파 서지 컨버터는 플로트, 플랩 또는 막 형태로 제공되는 경우가 많습니다.환경적 우려에는 경미한 충돌 위험, 고정 지점 근처의 인공 암초, 해저 케이블로부터의 기전력 영향, 퇴적물 ^[31]수송에 영향을 미치는 에너지 제거 등이 포함된다.이러한 설계 중 일부는 포물선 반사체를 포착 지점에서 파동 에너지를 증가시키는 수단으로 통합한다.이 포획 시스템은 에너지를 ^[32]포획하기 위해 파도의 상승과 하강 운동을 사용합니다.일단 파동에너지가 포착되면 전력은 사용 지점 또는 전송 전원 ^[33]케이블에 의해 전기 그리드에 연결되어 있어야 합니다.

진동하는 물기둥 장치는 육지 또는 연안의 깊은 바다에 위치할 수 있습니다.공기 챔버가 장치에 통합되어 있으면 팽창이 챔버 내의 공기를 압축하여 공기를 공기 터빈을 통과시켜 ^[34]전기를 생성합니다.터빈을 통해 공기가 밀려들 때 상당한 소음이 발생하며, 장치 근처에 있는 조류 및 기타 해양 생물에 영향을 미칠 수 있다.해양 생물들이 공기실 ^[31]안에 갇히거나 얽힐 우려도 있다.

(오버톱 디바이스)

오버톱 장치는 저수지를 주변 바다보다 더 높은 수위까지 채우기 위해 파도의 속도를 사용하는 긴 구조물이다.그런 다음 저헤드 터빈을 사용하여 탱크 높이의 잠재적 에너지를 수집합니다.장치는 육지 또는 해상 부유 장치일 수 있습니다.부유 장치는 해저 생물, 생물이 얽히거나 해저 케이블에서 발생하는 기전력 효과에 영향을 미치는 계류 시스템에 대한 환경적 우려를 가질 것이다.또한 터빈 소음의 낮은 수준과 근접장 ^[31]서식지에 영향을 미치는 파동 에너지 제거에 대한 우려도 있다.

압력

수중 압력 차동 기반 변환기는 유연한(보통 강화 고무) 막을 사용하여 파동에너지를 추출하는 비교적 새로운 기술입니다.이러한 변환기는 파동 아래의 여러 위치에서 압력의 차이를 사용하여 닫힌 동력 꺼내기 유체 시스템 내에서 압력 차이를 생성합니다.이 압력 차이는 보통 터빈과 전기 발전기를 구동하는 흐름을 생성하는 데 사용됩니다.수중 압력 차동 변환기는 바다와 동력 이륙 시스템 사이의 작업 표면으로 플렉시블 막을 사용하는 경우가 많습니다.막은 견고한 구조보다 적합하고 질량이 낮다는 이점을 제공하며, 이는 파동의 에너지와 보다 직접적으로 결합할 수 있습니다.또한 이러한 준수 특성은 특정 파형 조건에 대한 변환기의 응답을 조정하고 극한 조건에서 과도한 부하로부터 변환기를 보호하는 데 사용할 수 있는 작업 표면의 형상을 크게 변경할 수 있습니다.

수중 변환기는 해저 또는 중간 수역에 배치할 수 있다.두 경우 모두 컨버터는 자유 표면에서 발생할 수 있는 물 충격 부하로부터 보호된다.또한 파동 하중은 자유 표면 아래의 거리에 비례하여 비선형적으로 감소한다.즉, 이러한 변환기에 대해 잠수 깊이를 최적화함으로써 극한 부하로부터의 보호와 파동 에너지 접근 사이의 타협점을 찾을 수 있습니다.물에 잠긴 WEC는 또한 수면 위에 있지 않기 때문에 해양 편의시설과 항해에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

플로팅 인에어 컨버터

파동 에너지 변환기 기술의 신뢰성 향상에 대한 필요성이 인식됨에 따라 이러한 개념 그룹이 생겨났습니다.공기 중 부유식 변환기는 검사와 유지보수가 용이한 해수면에 위치하기 때문에 기계 부품의 신뢰성이 향상될 수 있습니다.공중 부유 변환기의 다른 개념의 예는 그림 #7에 나와 있다. 7a) 슬로싱 담수를 포함하는 구획에 터빈이 있는 롤 댐핑형 에너지 추출 시스템, 7b) 수평 축 진자 시스템, 7c) 수직 축 진자 시스템.

환경에 미치는 영향

해양 에너지 개발과 관련된 일반적인 환경 우려 사항은 다음과 같다.

• 작동 중인 해양 에너지 장치에서 방출되는 전자장 및 수중 소음의 영향
• 해양 에너지 프로젝트의 물리적 존재와 유인 또는 회피로 해양 포유류, 어류 및 바닷새의 행동을 변화시킬 수 있는 가능성
• 근방 및 원방 해양 환경과 퇴적물 수송 및 수질과 같은 프로세스에 대한 잠재적 영향.

Tethys 데이터베이스는 과학 문헌과 파동 ^[36]에너지의 잠재적 환경 영향에 대한 일반 정보에 대한 액세스를 제공합니다.

잠재적인

연안파 에너지의 전 세계 자원은 ^[37]2TW 이상으로 추정된다.파력의 가능성이 가장 높은 지역은 유럽의 서부 해안, 영국의 북부 해안, 그리고 북미와 남미, 남아프리카, 호주, 뉴질랜드의 태평양 연안이다.북쪽과 남쪽 온대에는 파력을 포착하기에 가장 좋은 장소가 있습니다.이들 지역의 편서풍은 겨울에 가장 강하게 분다.

NREL(National Renewable Energy Laboratory)은 해안선의 파동 에너지 변환기(WEC)에서 발생할 수 있는 에너지의 양과 관련하여 전 세계 다양한 국가에 대해 추정치를 작성했다.특히 미국의 경우, 해안선을 따라 발생할 수 있는 총 에너지량은 연간 1170 TWh에 상당하며, 이는 미국 시민 1인당 일일 약 10 kWh에 해당한다.이는 교통 및 ^[38]산업을 포함한 일반 시민 1인당 전체 에너지 소비량의 거의 5%에 해당합니다.이것이 유망하게 들리지만, 알래스카를 따라 있는 해안선은 이 추정치 내에서 생성된 총 에너지의 약 50%를 차지한다.이러한 점을 고려하면, 미국의 에너지 수요를 적절히 충족시키기 위해서는 알래스카 해안선에서 미국 본토로 이 에너지를 전송하기 위한 적절한 인프라가 마련되어야 한다.그러나 이러한 수치는 이러한 기술이 재생 에너지 원천의 탐구를 만족시키기 위해 전 세계적으로 구현될 경우 갖는 큰 잠재력을 보여준다.

WEC는 연구를 통해 특히 그 효율성과 그 에너지 수송에 관해 엄격한 검토를 거쳤습니다.NREL은 이러한 WEC의 효율이 ^[38]약 50%에 이른다는 것을 증명했습니다.이것은 재생 에너지 생산 중 경이적인 효율 등급이다.비교를 위해, 태양 전지판의 효율이 10%를 넘으면 지속 가능한 에너지 ^[39]생산으로 간주됩니다.따라서 재생 에너지원에 대한 50% 효율의 가치는 전 세계적으로 구현될 재생 에너지원의 미래 개발에 매우 효과적이다.또한 소규모 WEC와 그 실행 가능성, 특히 전력 출력에 관한 연구가 수행되었다.한 연구는 다양한 파동 조건과 진동 및 장치 크기(최대 원통형 21 kg ^[40]부표)에서 6 MW 이상의 전력을 발생시킬 수 있는 부표를 연상시키는 소형 장치로 큰 가능성을 보여주었다.더 많은 연구를 통해 현재 필요한 면적의 약 ^[41]2분의 1을 사용하면서 동일한 양의 에너지를 생산할 수 있는 소형 WEC를 개발하게 되었습니다.

★★★★

해양 환경에 잠재적인 영향이 있다.예를 들어 소음과 각 설계의 가시적 영향은 ^[14]크게 다르지만, 소음 공해는 모니터링하지 않으면 부정적인 영향을 미칠 수 있다.기술 스케일업의 다른 생물물리학적 영향(플로라와 동물, 퇴적물 상태 및 물기둥 구조 및 흐름)이 ^[42]연구되고 있다.사회·경제적 과제 측면에서, 파도 양식장은 생산적인 어장에서 상업 및 레크리에이션 어부들을 이동시키고, 해변 모래 영양의 패턴을 바꿀 수 있으며, 안전한 ^[43]항해에 대한 위험을 나타낼 수 있다.또한 해상 그리드 연결과 같은 지원 기반 시설은 널리 이용할 ^[44]수 없다.WEC 및 수중 변전소의 해외 전개는 복잡한 절차를 거치기 때문에 이러한 응용 프로그램에 종사하는 기업에 과도한 스트레스를 줄 수 있다.예를 들어, 2019년에 스웨덴의 생산 자회사 Seabased Industries AB는 "최근 몇 년간의 현실적 및 ^[45]재정적 어려움"으로 인해 청산되었다.

팜

같은 장소에 배치된 파동 에너지 디바이스의 그룹을 파동 팜, 파동 전력 팜 또는 파동 에너지 파크라고 합니다.웨이브 팜은 대규모 전력 생산을 달성하기 위한 해결책입니다.공원의 장치들은 기계 수, 거리, 기하학적 배치, 파도 기후, 국지적 기하학, 제어 전략에 따라 서로 유체 및 전기적으로 상호작용합니다.파동 에너지 팜의 설계 프로세스는 높은 전력 생산과 저비용 및 전력 ^[46]변동을 목표로 하는 다중 최적화 문제입니다.

Farm

• 봄보라 웨이브^[47] 파워는 웨스턴오스트레일리아주 퍼스에 본사를 두고 있으며^[48] 현재 mWave 플렉시블 멤브레인 컨버터를 개발하고 있다.봄보라는 현재 포르투갈 페니체에서 상업용 파일럿 프로젝트를 준비하고 있으며 펨브로크셔 항구에 사무소를 두고 있다.^[49]
• 웨스턴오스트레일리아 해안의 CTO 파도 농장은 상업적 생존 가능성을 증명하기 위해 운영되어 왔으며, 예비 환경 승인을 거쳐 추가 개발을 ^[50][51]거쳤다.2015년 초, 1억 달러의 멀티 메가와트 시스템이 그리드에 연결되었고, 모든 전력이 HMAS 스털링 해군 기지에 공급되었습니다.해저에 완전히 잠긴 두 개의 부이들은 바다에서 불어오르는 에너지를 육지의 유압을 통해 전달한다; 전기를 위한 발전기를 구동하고 또한 신선한 물을 생산하기 위해서.2015년 현재^[update] 세 번째 부표가 ^[52][53]설치될 예정입니다.
• Ocean Power Technologies(OPT Australasia Pty Ltd)는 19MW의 파력발전소를 통해 빅토리아주 포틀랜드 인근 배전망에 연결된 파력발전소를 개발 중이다.이 프로젝트는 호주 ^[54]연방정부로부터 6,646만 호주 달러의 보조금을 받았다.
• Oceanlinx는 포트 맥도널에서 사우스오스트레일리아 해안에서 상업적인 규모의 데모를 계획했다.그 회사는 2014년에 법정관리에 들어갔다.그들의 장치, 녹색WAVE는 1MW의 정격 전기 용량을 계획했으며, 이 프로젝트는 신흥 재생 에너지 프로그램을 통해 ARENA에 의해 지원되었습니다.더 그린WAVE 장치는 바닥 입식 중력 구조물로, 정박이나 해저 준비가 필요하지 않으며 ^[55]수면 아래에 움직이는 부품이 없습니다.
• Wave Swell^[56] Energy는 킹아일랜드 ^[57][58]그래시 항구에 시험 파동 발생 장치를 설치하고 있다.그것은 풍력, 태양열, 배터리,^[59] 디젤을 사용하는 섬의 기존 마이크로 그리드에 연결될 200kW 장치이다.

팜

• 아구사두라 파도 농장은 세계 최초의 파도 농장이었다.포르투갈 포르토 북쪽의 포보아 데 바르짐 인근 5km(3mi) 연안에 위치해 있었다.이 농장은 3개의 Pelamis 파동 에너지 변환기를 사용하여 해수면 파동의 움직임을 전기로 변환하도록 설계되었으며, 총 설치 용량은 2.25 MW입니다.이 농장은 2008년 7월에^[60] 처음으로 전기를 생산하여 2008년 9월 23일 포르투갈 ^[61][62]경제부 장관이 공식적으로 개원하였다.파상공장은 2008년 11월 글로벌 경제위기로 밥콕앤드브라운이 파산하면서 정식 문을 연 지 두 달 만에 문을 닫았다.현시점에서는 기술적인 문제로 인해 기계는 오프사이트에 있었습니다.이러한 문제는 해결되었지만, E에 공급된 P2 변종으로 기술이 이행됨에 따라 2011년에 폐기되었습니다.ON 및 스코틀랜드 재생 에너지.^[63]25대의 Pelamis^[64] 기계를 사용하여 설치 용량을 21MW로 늘리기로 계획한 프로젝트의 2단계는 Babcock의 재정 붕괴 이후 불확실한 상황입니다.

• 웁살라 대학의 파동 에너지 연구 그룹은 선형 발전기 파동 에너지 변환 기술을 설계했습니다.최초의 본격적인 장치는 2006년 스웨덴 서부 해안의 리세킬 마을 외곽의 연구 시험장에 설치 및 테스트되었습니다.전력 생산 연구와 함께 파동 에너지 기계가 해양 환경에 미치는 영향과 관련된 연구도 ^[65][66]연구되고 있다.이러한 연구와 함께 웁살라 대학의 연구 그룹은 2011-2013년 동안 유럽연합의 자금 지원을 받는 WESA(Wave Energy for a Sustainable Islando) 프로젝트를 주도했다.이 프로젝트는 발트해와 ^[67]같은 빙판길에서 파력 시스템을 운용할 수 있는 가능성을 조사하는 데 초점을 맞췄다.

★★★

• Islay LIMPET는 2000년 내셔널 그리드에 설치돼 연결됐으며 세계 최초의 상업용 파력발전 설비다.그것은 2012년에 해체되었고, 그것을 만든 회사인 Wavegen은 ^[68]2013년에 문을 닫았다.
• 스코틀랜드에 있는 3MW 파동 농장에 대한 자금은 스코틀랜드에 있는 해양 전력에 대한 1300만 파운드의 자금 지원 패키지의 일환으로 스코틀랜드 행정부에 의해 2007년 2월 20일 400만 파운드 이상의 비용으로 발표되었다.첫 번째 기계는 ^[69]2010년 5월에 출시되었습니다.프로젝트의 배후에 있는 Pelamis사는 2014년에 ^[70]경영에 들어갔습니다.
• Wave Hub로 알려진 시설은 파도에너지 개발을 용이하게 하기 위해 영국 콘월 북쪽 해안에 건설되었다.Wave 허브는 거대한 연장 케이블 역할을 하여 파동 에너지 발생 장치의 어레이를 전기 그리드에 연결할 수 있습니다.Wave 허브에서는 처음에는 20MW의 용량을 연결할 수 있으며 40MW까지 확장할 수 있습니다. 2008년 현재^{[needs update]} 4개의 장치 제조업체가 Wave ^[71][72]허브에 연결하는 데 관심을 보이고 있습니다.과학자들은 웨이브 허브에 모인 파동에너지가 7,500가구에 전력을 공급하기에 충분할 것으로 계산했다.이 장소는 향후 25년 ^[73]동안 약 30만 톤의 이산화탄소를 배출하는 온실가스를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다.Wave Hub는 2018년 그리드 ^[74]연결 전기를 전혀 생산하지 못해 비난을^{[by whom?]} 받았다.
• Strathclyde University and Imperial College의 2017년 연구는 지난 15년 동안 영국 정부가 2억 파운드 이상의 지원을 추진했음에도 불구하고 "시장 대응" 파동 에너지 장치를 개발하지 못하고 향후 정부 ^[75]지원의 효과를 개선하는 방법에 초점을 맞췄습니다.
• AMOG Consulting이 설계한 1/3 스케일 장치가 FaBTest에서 유럽 2019년 여름에 성공적으로 배포되었습니다.배치에 대한 재정 지원은 유럽 연합 지역 개발 보조금과 콘월 개발 회사의 Marine-i 계획에 의해 이루어졌다.이 장치는 Wales의 Mainstay Marine에 의해 제작되었으며, SW England의 KML에 의해 설치되었으며 AMC/태즈메이니아 대학과 ^[76][77]플리머스 대학에서 탱크 테스트를 거쳤습니다.그것은 선체가 아닌 파동을 흡수하도록 조정된 공기 중의 진자를 가진 바지선 모양의 선체를 가지고 있다.PTO는 바닷물에 잠긴 침지 히터를 통해 국지적으로 발전 및 방산되는 전기를 가진 진자 위에 위치한다.장치의 최대 정격은 75kW입니다.

★★★

• 오리건 주 리드포트 – 미국 서부 해안의 상업용 파도 공원. 오리건 주 리드포트 근처에 2.5마일 앞바다에 위치해 있습니다.이 프로젝트의 첫 단계는 10개의 PB150 파워부이(1.5메가와트)^[78][79]를 위한 것입니다.Redsport 파도 농장은 2013년 ^[80]봄에 설치될 예정이었습니다.2013년, 이 프로젝트는 법적,^[81] 기술적 문제로 중단되었다.
• 하와이의 카네오헤 베이 오아후 – 현재 아즈라 파동 전력^[82] 장치를 테스트하고 있는 해군 파동 에너지 시험장(WETS) 아즈라 파동 전력 장치는 카네오헤 ^[83]만의 수심 30미터(98피트)에 위치한 45톤 파동 에너지 변환기입니다.

★★

• WIPO 특허출원 WO2016032360 - 2016년 양수시스템 – "압력완충 수력" 특허출원
• 미국 특허 8,806,865 — 2011년 해양파 에너지 하네스 장치 – Pelamis / Salter's Duck Hybrid 특허
• 미국 특허 3,928,967 — 파동에너지를 추출하는 장치 및 방법– 오리지널 '소금오리' 특허
• 미국 특허 4,134,023 — 1977년 물 위의 파도에서 에너지를 추출하기 위한 장치 - "덕" 효율을 향상시키는 솔터의 방법
• 미국 특허 6,194,815 — 1999년 압전 회전식 전기 에너지 발생기
• 미국 특허 1,930,958 - 1932 Wave Motor - Parsons Ocean Power Plant - Herring Cove Nova Scotia - 1925년 3월해양파 에너지를 전력으로 변환하는 세계 최초의 상업용 플랜트.디자이너 - Osborne Havelock Parsons - 1873년 뉴브런즈윅 쁘띠코디악 출생.
• 압력차를 이용한 파동 에너지 변환기 US 20040217597 A1 - 압력차를^[84] 이용한 2004년 파동 에너지 변환기

「 」를 참조해 주세요.

• 해양 에너지
• 뉴질랜드의 파력
• 스코틀랜드의 파력
• 해양 열 에너지 변환
• 에너지 효율 재생 에너지 사무소(OEERE)
• 세계 에너지 소비량
• 파력발전소 목록
• 파력 프로젝트 목록

메모들

레퍼런스

Further reading

• Cruz, Joao (2008). Ocean Wave Energy – Current Status and Future Prospects. Springer. ISBN 978-3-540-74894-6., 431 pp.
• Falnes, Johannes (2002). Ocean Waves and Oscillating Systems. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01749-7., 288 pp.
• McCormick, Michael (2007). Ocean Wave Energy Conversion. Dover. ISBN 978-0-486-46245-5., 256 pp.
• Twidell, John; Weir, Anthony D.; Weir, Tony (2006). Renewable Energy Resources. Taylor & Francis. ISBN 978-0-419-25330-3., 601 pp.

External links

• Kate Galbraith (September 22, 2008). "Power From the Restless Sea Stirs the Imagination". New York Times. Retrieved October 9, 2008.
• "Wave Power: The Coming Wave" from the Economist, June 5, 2008
• Tethys – the Tethys database from the Pacific Northwest National Laboratory