Generator falowy Kaizen WEC jest już testowany na otwartym morzu w celu wzmocnienia dostaw energii elektrycznej do wysp lub odległych regionów przybrzeżnych.
Ocean stanowi jedno z największych źródeł energii odnawialnej na naszej planecie. Dlatego energia fal, wykorzystująca ciągłe ruchy fal, jawi się jako jedna z najbardziej obiecujących technologii energetycznych na najbliższe dziesięciolecia.
Kluczową zaletą morza w porównaniu z nieregularnością słońca lub wiatru jest to, że fale są znacznie bardziej stabilne i przewidywalne. Ponadto, ponieważ woda jest 800 razy gęstsza od powietrza, oferuje bardzo wysoką gęstość energetyczną na niewielkiej przestrzeni.
Wynalazek, który zmieni samochody elektryczne: bateria, która zapewnia zasięg 1300 kilometrów na jednym ładowaniuWynalazek, który zmieni samochody elektryczne: bateria, która zapewnia zasięg 1300 kilometrów na jednym ładowaniu
Jednym z największych wyzwań jest przetrwanie maszyn w nieprzyjaznym środowisku morskim. Od lat branża poszukuje niezawodnych i opłacalnych rozwiązań, takich jak łopaty Eco Wave Power instalowane na falochronach lub boje CorPower Ocean, które pokazują różnorodność obecnych podejść.
W tym kontekście holenderska firma Wave Energy Company stara się zoptymalizować swoje rozwiązania inżynieryjne, aby rozwiązać dwa główne problemy, które opóźniają postępy w branży: wydajność konwersji i trwałość sprzętu.
Rozwiązaniem jest generator Kaizen WEC, lekki, cichy i dwukrotnie wydajniejszy od innych podobnych konstrukcji. Najnowsza wersja prototypu przeszła pierwsze testy na otwartym morzu, co stanowi decydujący krok w kierunku ostatecznego wprowadzenia go na rynek.
Filozofia Kaizen
Firma WECO z siedzibą w Hadze (Holandia) została założona przez inżynierów z bogatym doświadczeniem w sektorze offshore. Jej założyciele doskonale znają wyzwania związane z projektowaniem maszyn zdolnych do pracy przez dziesiątki lat w słonej wodzie i podczas burz.
Nazwa urządzenia nie jest przypadkowa. Kaizen to termin wywodzący się z japońskiej filozofii „ciągłego doskonalenia”, zasady, która definiuje strategię rozwoju firmy.
Zamiast dążyć do przełomowego i złożonego skoku technologicznego, firma WECO skupiła się na optymalizacji każdego podsystemu znanego projektu. Jego cel jest jasny: radykalne obniżenie kosztu energii (LCOE).
Termin ten określa rzeczywistą cenę energii elektrycznej wytwarzanej przez generator przez cały okres jego eksploatacji, w tym produkcję, instalację, eksploatację i konserwację. Aby energia falowa była opłacalna, jej LCOE musi konkurować z LCOE morskiej energii wiatrowej i właśnie nad tym firma pracuje od lat.
Oryginalna konstrukcja
Kaizen WEC to konwerter energii falowej zaprojektowany do wykorzystywania energii poziomego ruchu fal. Odróżnia go to od wielu konstrukcji typu „punktowego absorbera”, które koncentrują się głównie na ruchu pionowym, typowym dla falowania.
Kluczową innowacją Kaizen WEC jest PTO (skrót od Power-Take Off), mechanizm odpowiedzialny za przekształcanie powolnego i silnego ruchu mechanicznego fal w energię elektryczną. W tym celu wykorzystuje on innowacyjny system pasów podtrzymywany przez pływającą ramę, której oś jest zakotwiczona do dna morskiego.
W przeciwieństwie do wielu konkurentów, którzy wykorzystują systemy hydrauliczne lub skrzynie biegów, system WECO eliminuje te elementy pośrednie.
Poziomy ruch fali napędza urządzenie, powodując rozwinięcie jednej pary pasów i zwinięcie drugiej. Tworzy to moment obrotowy, który bezpośrednio napędza generator.
Zalety tej konstrukcji mają kluczowe znaczenie dla środowiska morskiego. Dzięki wyeliminowaniu elementów hydraulicznych nie ma ryzyka wycieku zanieczyszczającego oleju. Brak skrzyń biegów zmniejsza również liczbę ruchomych części narażonych na zużycie i awarie.
Przekłada się to na większą wydajność konwersji, a przede wszystkim na znacznie dłuższe okresy między przeglądami. Całość jest zamknięta w szczelnej obudowie, chroniącej przed korozją spowodowaną słoną wodą.
Sterowanie predykcyjne
Jeśli PTO jest sercem wynalazku, to system sterowania jest jego mózgiem. Prawdziwym przełomem firmy WECO jest jej inteligentne oprogramowanie sterujące. Aby uzyskać maksymalną energię z fali, urządzenie nie może po prostu biernie opierać się falom: musi dostosowywać swój opór w czasie rzeczywistym.
System Kaizen WEC wykorzystuje czujniki do pomiaru nadchodzących fal oraz algorytmy uczenia maszynowego do przewidywania wzorca fal z kilkusekundowym wyprzedzeniem.
Dzięki tym informacjom system sterowania aktywnie dostosowuje opór PTO. Jest to tak zwane „sterowanie reaktywne”. W ten sposób można zoptymalizować pozyskiwanie energii, dostosowując się do prędkości i siły każdej fali, maksymalizując wytwarzanie energii elektrycznej.
Ten system sterowania ma również kluczowe znaczenie, gdy fale się zwiększają. Gdy czujniki wykryją warunki burzowe przekraczające granice operacyjne (fale o wysokości 15 metrów), Kaizen WEC przechodzi w „tryb przetrwania”. Inteligentny system sterowania przestaje próbować wytwarzać energię i zamiast tego zmniejsza opór PTO do minimum.
Pozwala to urządzeniu poruszać się z jak największą swobodą, mimo że jest zakotwiczone do dna, rozpraszając siłę fal zamiast z nią walczyć, chroniąc krytyczne elementy przed najsilniejszymi uderzeniami.
Testy w rzeczywistych warunkach
Ostatnie testy firmy koncentrowały się na walidacji etapowej. Prototyp został zmontowany i przetestowany na sucho w zakładach Holland Shipyards Group w Holandii.
Wcześniej technologia została zatwierdzona w instalacjach symulujących fale, takich jak Delta Flume w Deltares, również w Holandii, jednej z największych instalacji tego typu na świecie.
Wyniki tych testów w zbiornikach szczelnych pozwoliły na zatwierdzenie i optymalizację projektu, według firmy, a także potwierdzenie krzywej mocy generatora.
Kolejny krok w kierunku zatwierdzenia systemu w rzeczywistych warunkach oceanicznych został podjęty u wybrzeży Scheveningen w Hadze, gdzie firma zademonstrowała szybkość rozmieszczenia urządzenia, które generowało energię w zaledwie 32 minuty dzięki technice instalacji drop-and-pull.
Oprócz łatwości i szybkości instalacji, wśród jego głównych zalet w porównaniu z innymi konstrukcjami jest jego waga, 25 razy lżejsza niż inne platformy falowe, oraz moc 5 kW na jednostkę, co zachęca do łączenia kilku z nich w celu dostosowania do różnych potrzeb.
W perspektywie krótkoterminowej może on stanowić rozwiązanie dla platform akwakultury na pełnym morzu, które obecnie są uzależnione od generatorów dieslowskich, ale także wzmocnić dostawy energii elektrycznej na wyspach i w odległych społecznościach nadbrzeżnych.
Innym obiecującym zastosowaniem w przyszłości jest odsalanie. Energia wytwarzana przez Kaizen WEC może bezpośrednio zasilać zakłady odwróconej osmozy, produkując wodę pitną w sposób zrównoważony na obszarach suchych.
WECO szacuje, że jego technologia będzie w stanie osiągnąć koszt LCOE poniżej 10 centów za kW/h przed 2030 r., co stawia ją w bezpośredniej konkurencji z pływającymi elektrowniami wiatrowymi.
