Aaltoenergiateknologiat energiantuotannossa

Abstract

Yhteiskunnan energiantarve on kasvanut väestönkasvun ja teknologian kehityksen myötä. Ilmastonmuutoksen vakavoitumisen ja fossiilisten polttoaineiden hupenemisen takia on löydettävä uusia, vähäpäästöisempiä energiantuotantomuotoja kattamaan kasvava energiantarve. Tässä työssä perehdytään melko uuteen uusiutuvaan energialähteeseen, aaltoenergiaan. Työ tehdään kirjallisuusselvityksenä, ja sen tavoitteena on selvittää, miten eri aaltoenergiamuuntajat eroavat toiminnaltaan ja mitkä niistä ovat tällä hetkellä potentiaalisimpia energiantuotannon kannalta. Työssä tehdään myös katsaus aaltoenergian suurimpiin haasteisiin ja tulevaisuudennäkymiin.

Aaltoenergia on peräisin Auringon energiasta, mutta aaltoenergiamuuntajat tuottavat energiaa muuntamalla aaltojen sisältämää energiaa hyödynnettävään muotoon. Maapallon aaltoenergiavarastojen on arvioitu olevan 2 TW, ja tästä määrästä olisi tulevaisuudessa hyödynnettävissä 10–25 %. Aaltoenergiamuuntajan sijoittelun kannalta on tärkeää tuntea sijoitusalueen aalto olosuhteet. Aaltoenergian tuotannon kannalta parhaat alueet sijaitsevat 40 ja 60 leveysasteen välillä sekä pohjoisella että eteläisellä pallonpuoliskolla. Maapallolla vallitsevien tuulensuuntien vuoksi parhaat aalto-olosuhteet sijoittuvat maanosien länsirannikoille.

Kaikki aaltoenergiamuuntajat voidaan jakaa samoihin toiminnallisiin komponentteihin. Komponentit ovat muuntajan fyysinen ulkokuori/rakenne, muuntajan perustus, eli systeemi, jolla muuntaja on kiinnitetty merenpohjaan, ja muuntajan tehonottosysteemi. Kun nämä toiminnalliset komponentit optimoidaan muuntajan sijoituspaikan olosuhteisiin, saadaan toimiva aaltoenergiamuuntaja. Tässä työssä muuntajat on jaettu eri luokkiin tehonottosysteemien pohjalta. Luokkia ovat potentiaalienergiaa hyödyntävät muuntajat, oskilloivaa vesipatsasta hyödyntävät muuntajat, sekä oskilloivien runkojen luokka. Jokaisesta tehonottosysteemistä annetaan konkreettinen esimerkki eri kyseistä tehonottosysteemiä hyödyntäviä aaltoenergiamuuntajia esittelemällä. Työssä esitellään myös yksi muuntaja, jota ei voida jakaa tehonottonsa perusteella mihinkään aiemmista luokista.

Aaltoenergiamuuntajia vertaillaan neljän eri parametrin suhteen. Parametrit ovat selviytymiskyky, huollettavuus, suorituskyky ja skaalautuvuus. Työssä havaittiin, että vertailua on joidenkin parametrien suhteen vaikeaa tehdä alan uutuuden vuoksi. Suurin osa alan toimijoista ei halua kertoa uusien innovaatioidensa tarkkoja teknisiä tietoja, mikä vaikeuttaa muuntajien vertailua. Vertailua tehdessä havaittiin kuitenkin se, että aaltoenergiamuuntajien kenties suurin haaste tällä hetkellä on niiden suorituskyky ja skaalautuvuus. Suurin osa muuntajista saavuttaa optimaaliset mittansa liian pieninä, jolloin nimellisteho jää alhaiseksi, ja taloudellinen kannattavuus ei nouse tarpeeksi korkealle. Ongelmia pohtiessa pitää kuitenkin ottaa huomioon alan nuoruus. Aaltoenergiateknologioilla on mahdollisuus kehittyä tehokkaammiksi mitä enemmän tutkimusta ja kehitystyötä tehdään.