พลังงานคลื่น: การควบคุมพลังของคลื่นเพื่ออนาคตที่ยั่งยืน

คลื่นทะเลประกอบด้วยพลังงานจำนวนมาก ได้มาจากกระแสลมเพื่อให้สามารถมองเห็นพื้นผิวมหาสมุทรเป็นก ตัวสะสมพลังงานลมขนาดใหญ่.

นอกจากนี้ ทะเลดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากซึ่งมีส่วนช่วยในการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำและคลื่นในมหาสมุทรด้วย พลังงานนี้ที่สะสมในระยะทางไกลในรูปของคลื่นสามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านเทคโนโลยีต่างๆ ที่เรียกว่า พลังงานคลื่น หรือพลังงานคลื่น

คลื่นเป็นคลื่นพลังงาน ที่เกิดจากลมและความร้อนจากแสงอาทิตย์ซึ่งถูกส่งผ่านพื้นผิวมหาสมุทร การเคลื่อนไหวนี้เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำทั้งแนวตั้งและแนวนอน เมื่อเราสังเกตการเคลื่อนที่ของคลื่น เราจะเห็นว่าน้ำไม่ได้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า แต่โมเลกุลของน้ำมีลักษณะเป็นวงโคจรเป็นวงกลม

ด้วยคลื่นที่นุ่มนวล น้ำที่อยู่ใกล้ผิวน้ำไม่เพียงเคลื่อนขึ้นลงเท่านั้น แต่ยังเคลื่อนไปข้างหน้าที่ยอดและย้อนกลับที่รางน้ำ ทำให้พลังงานนี้ถูกแปลงเป็นไฟฟ้า โมเลกุลของน้ำอธิบายการเคลื่อนที่แบบวงกลม: ขึ้นเมื่อยอดเข้าใกล้ เคลื่อนไปข้างหน้าด้วยยอด เมื่อผ่านไปแล้วถอยลงสู่ร่องคลื่น

คลื่นพลังงานเหล่านี้บนผิวน้ำทะเล กล่าวคือ คลื่น สามารถเดินทางได้หลายพันกิโลเมตร และกักเก็บพลังงานจำนวนมาก โดยเฉพาะในภูมิภาค เช่น แอตแลนติกเหนือ ซึ่งลมแรงทำให้เกิดคลื่นที่มีศักยภาพพลังงานเฉลี่ยสูงถึง 10 กิโลวัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นผิวมหาสมุทร ทรัพยากรนี้มีขนาดใหญ่มาก เมื่อคำนึงถึงความกว้างใหญ่ของมหาสมุทรด้วย

การควบคุมพลังงานคลื่น

เทคโนโลยีในการควบคุมพลังงานคลื่นเริ่มมีการศึกษาในช่วงทศวรรษ 1980 และมีความก้าวหน้าไปมากตั้งแต่นั้นมา โดยเน้นที่การแปลงการเคลื่อนที่ของคลื่นในแนวตั้งและแนวนอนให้เป็นพลังงานลมหรือพลังงานไฟฟ้า ในหมู่ พื้นที่ที่มีศักยภาพมากที่สุด การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้นั้นจะพบละติจูดระหว่าง 40° ถึง 60° ซึ่งลมจะสร้างคลื่นคงที่และมีลักษณะการใช้งานที่ดี

ในแง่นี้มีการพัฒนาหลายอย่าง โครงการบุกเบิก ในยุโรปและภูมิภาคชายฝั่งอื่นๆ โดยเน้นตัวอย่างเช่นที่พัฒนาขึ้นในหมู่เกาะคานารี

ปัจจุบันพลังงานคลื่นกำลังถูกนำไปใช้ในหลายประเทศ ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม ในด้านการผลิตไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น:

• ในสหรัฐอเมริกาประมาณ 55 TWh ต่อปีมาจากการเคลื่อนที่ของคลื่น คิดเป็น 14% ของการใช้พลังงานของประเทศ
• ในยุโรปซึ่งตัวเลขยังสูงกว่านี้อีก โดยแตะ 280 TWh ต่อปี

ตัวสะสมพลังงานคลื่นบนบก

ในบางพื้นที่ที่มีลมแรง เช่น ลมค้าสามารถติดตั้งระบบอ่างเก็บน้ำเพื่อสะสมน้ำที่ถูกคลื่นซัดเข้ามาได้ เขื่อนเหล่านี้จะต้องได้รับการยกระดับให้สูงขึ้นระหว่าง 1,5 ถึง 2 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล เพื่อให้สามารถใช้กังหันไฟฟ้าพลังน้ำแบบธรรมดาโดยการปล่อยน้ำกลับลงสู่มหาสมุทร

ระบบนี้เป็นไปได้ในพื้นที่ที่กระแสน้ำไม่รบกวนการทำงานของอ่างเก็บน้ำมากนัก นอกจากนี้ ในพื้นที่ที่มีคลื่นแรงเป็นพิเศษ สามารถสร้างบล็อกคอนกรีตนอกชายฝั่งได้ รวบรวมพลังงานหน้าคลื่น ในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็กซึ่งจะช่วยเพิ่มศักยภาพด้านพลังงานของระบบ

การใช้การเคลื่อนที่ของคลื่น

หนึ่งในเทคโนโลยีที่รู้จักกันดีที่สุดในการใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของคลื่นคือ คอลัมน์น้ำสั่น (โอดับบลิวซี). ระบบนี้ประกอบด้วยโครงสร้างที่ล้อมรอบคอลัมน์น้ำซึ่งสร้างแรงดันอากาศตามการเคลื่อนที่ของคลื่นขึ้นด้านบน อากาศนี้ถูกบังคับให้ผ่านกังหันเพื่อสร้างพลังงาน ระบบนี้ยังทำงานในช่วงภาวะซึมเศร้าเมื่อคลื่นลดลง ช่วยให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง

ตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จในด้านนี้คือ เรือ Kaimei ขับเคลื่อนด้วยกังหันอากาศอัดที่พัฒนาขึ้นร่วมกันโดยรัฐบาลญี่ปุ่นและสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ

อัจฉริยะแห่งนวัตกรรม

มีอุปกรณ์ต่างๆ ที่แปลงการเคลื่อนที่ของคลื่นให้เป็นพลังงาน ตัวอย่างบางส่วนได้แก่:

• แพของ Cockerell: ระบบแพแบบประกบที่ใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของคลื่นเพื่อจ่ายกำลังให้กับปั๊มไฮดรอลิก
• เป็ดของเกลือ: ประกอบด้วยชุดวัตถุรูปไข่ที่แกว่งไปมาตามคลื่น ซึ่งแต่ละชุดจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• ถุงลมนิรภัยของมหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์: ท่อยางที่มีคลื่นอัดอากาศเพื่อเคลื่อนกังหัน

โซลูชั่นทางเทคโนโลยีต่างๆ ยังคงได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของคลื่นขึ้นและลง

ข้อดีและข้อเสียของพลังงานคลื่น

พลังงานคลื่นมีข้อดีหลายประการ เช่น:

• ทดแทนได้และไม่สิ้นสุด: การใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่จะมีอยู่ในมหาสมุทรอยู่เสมอ
• ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำยกเว้นในบางกรณีที่มีการนำระบบการสะสมที่ดินมาใช้
• สามารถบูรณาการเข้ากับ โครงสร้างพื้นฐานชายฝั่ง ที่มีอยู่แล้ว

แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน:

• การติดตั้งบนบกหรือใกล้ชายฝั่งอาจมีความแข็งแรง ผลกระทบทางสายตาและสิ่งแวดล้อม.
• มันไม่สามารถคาดเดาได้ ได้อย่างแม่นยำเนื่องจากคลื่นขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในขณะนั้น
• ระบบใบหน้า ความซับซ้อนทางเทคนิค และปัญหาการดำเนินงานอันเนื่องมาจากสภาวะที่รุนแรงของสภาพแวดล้อมทางทะเล

พลังงานคลื่นนำเสนอก ศักยภาพที่ดี และมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องเพื่อเอาชนะความท้าทายที่ยังคงมีอยู่ในการดำเนินการในวงกว้าง