Overview of Wave Energy Converters

Transkript

1 Overview of Wave Energy Converters Oscillating Water Columns Overtopping devices Point absorbers Wave Mills And many others Overview of WECs 1 Categorization of WECs Often used: Terminators Point absorbers Attenuators By location: Onshore Nearshore Offshore By level of development: First generations Second generations Third generations Overview of WECs 2

2 Classification by tecnologies (EMEC) Attenuator Point Absorber Oscillating Wave Surge Converter Oscillating Water Column Overtopping Device Others Submerged Pressure Differential Overview of WECs 3 Classification by technologies Bølgekraftforeningen (DK): REVERSIBLE BØLGEKRAFTSYTEMER B (FLYTTERE) Systemer med Svingende vandsøjler (OWC systemer) Mekaniske systemer med tandhjul, tandstænger, nger, gear mm. Systemer med havvandspumper (åbne( kredsløb) Systemer med hydraulikpumper (lukkede kredsløb) IRREVERSIBLE BØLGEKRAFTSYSTEMER B (SLUGERE) Opskylningsanlæg g /indskydningsanlæg Mølleprincipper med vingeprofiler Møllesystemer med skovlhjul Overview of WECs 4

3 Oscillating Water Columns (OWC) Principle Wells turbine Overview of WECs 5 OWCs Wavegen,, LIMPET, Islay OWC Pico, Azores Up to 10 OWC prototypes world wide Overview of WECs 6

4 WaveGen Overview of WECs 7 Pros Nok mest gennemprøvede koncepttype Egnet til integration i fx molekonstruktion (Mutriko( Mutriko, Spanien, under opførelse) Near/onshore anlæg g har begrænsede/veldefinerede ekstrembølgelaster Cons Wells turbiner har relativt lav effektivitet Near/onshore anlæg g har mindre energi til rådighed r end offshore anlæg Visuelt impact Støj Offshore variationer af denne koncepttype eksisterer fx Mighty Whale,, LEANCON, Energetech/OceanLynx Overview of WECs 8

5 Ocertopping devices Principle Reservoir Turbine udløb Overview of WECs 9 Overtopping devices SSG Overview of WECs 10

6 Wave Dragon - a slack moored wave energy device of the overtopping type Full production unit near Wales Reservoir 1:4.5 Protoype in Waves overtopping 1:50 the Model in Nissum Bredning doubly curved ramp Wave Tank Turbine outlet Overview of WECs 11 Wave Dragon - prototype testing in Nissum Bredning Prototype fully equipped Grid connected generators Turbine and buoyancy control systems Measuring and data acquisition system Online monitoring Overview of WECs 12

7 Overview of WECs 13 Pros WD Bredbåndet Stort anlæg få enheder => D&V fordelagtigt SSG Egnet til integration i fx molekonstruktion Near/onshore anlæg g har begrænsede/veldefinerede ekstrembølgelaster Cons WD Stor masse Stort eksponeret areal => store forankringskræfter fter SSG Near/onshore anlæg g har mindre energi til rådighed r end offshore anlæg Visuelt impact Overview of WECs 14

8 Point absorbers Principle Flyderoptimering Resonans Fase kontrol Kraftaftag Lukket system, hydraulik Åbent system, havvand Overview of WECs 15 Point absorbers Kim Nielsens point absorber AquaBuOY Overview of WECs 16

9 Overview of WECs 17 Overview of WECs 18

10 Overview of WECs 19 Pros Cons Meget høje h teoretisk peak- effektivitet Nogle typer bruger flydende reference => minimerer forankringskræfter, fter, i hvert fald i drift Teoretiske peak- effektiviteter svære at opnå i praksis Størrelsen påp det enkelte anlæg g begrænset til en brøkdel af bølgelb lgelængden => mange små anlæg, D&V problematisk Overview of WECs 20

11 z y x The wave energy converter Wave Star A multi point absorber system Scale 1:10 testing in Nissum Bredning Scale 1:40 testing at AAU Numerical modelling Overview of WECs 21 Scale 1:10 Real Sea Tests in Nissum Bredning Overview of WECs 22

12 Section of 500 kw converter will be installed here Roshage Pier Hanstholm DK Overview of WECs 23 Roshage Pier 2009 Hanstholm DK Overview of WECs 24

13 Overview of WECs 25 Poseidon Vindeby, Lolland Overview of WECs 26

14 Pros Mange point absorbere påp ét t anlæg g => D&V fordelagtigt I stormsikring begrænses eksponeret areal => laster minimeres Cons Point absorber interaktion Stormsikring baseret påp aktiv indgriben => sårbarhed Direkte funderet => nearshore anlæg, har mindre energi til rådighed r end offshore anlæg Overview of WECs 27 Wave Mills T. Basse Wave Rotor Overview of WECs 28

15 Pros Simpel konstruktion Kan også udnytte strømning Kan evt. dele fundament med vindmøller Cons Lille effektivitet Direkte funderet => nearshore anlæg, har mindre energi til rådighed r end offshore anlæg Overview of WECs 29 Attenuators Overview of WECs 30

16 Pros Overlevelse lille eksponeret areal Branchens første f kommercielle salg Designet for offshore stort bølgeenergipotentialeb Cons Mindre anlæg, serviceres ikke til søs s s => D&V problematisk Endestop problem Overview of WECs 31 DEXA Wave Forsøg med hjemmelavet produktionsanlæg 2007 Overview of WECs 32

17 Terminators Salters duck Overview of WECs 33 Pros Meget høj h j effektivitet branche-reference reference Geometrisk form minimere laster I nogle versioner intern reference Cons Meget komplekst kontrol og PTO system Ikke-konventionelle konventionelle forankringsløsninger sninger Intern reference involverer gyroskop kompliceret D&V Overview of WECs 34

18 Submerged Pressure Differential Archimedes Wave Swing (AWS) Overview of WECs 35 Pros Fuldstændig neddykket ingen visuel impact Point absorber virkning => høje teoretiske peak- effektiviteter Cons Fuldstændig neddykket D&V komplikationer Store horisontale påvirkninger bidrager ikke til energioptag Direkte PTO stor installeret effekt, lille load factor Seneste udviklinger søger s at minimere nogle af ulemperne Overview of WECs 36

19 Oscillating Wave Surge Converter Wave Roller biowave Overview of WECs 37 Overview of WECs 38

20 Langlee Overview of WECs 39 Pros Fuldstændig neddykket ingen visuel impact Simpel konstruktion Cons Fuldstændig neddykket D&V komplikationer Endestop problem Baseret påp horisontale partikelbevægelser virker kun på p lavt vand => nearshore anlæg, har mindre energi til rådighed r end offshore anlæg Overview of WECs 40

21 Very large numbers of ideas... Hundreds of concepts for utilization of wave energy and even more patents! Still new concepts coming and being tested No convergens so far... Overview of WECs 41 Important items to remember in design Energy contents at open sea much larger than closer to shore Ratio can easily be 3 5x Ratio between forces in production and extreme conditions are far greater at open sea than close to shore open sea: : 30 50x close to shore: : 5 10x Utilization has to be: efficient in smaller,, but frequent waves but inefficient in larger,, but rare waves Overview of WECs 42

22 Video: The Danish Wave Energy Program Overview of WECs 43 Referencer T W Thorpe.: A Brief Review of Wave Energy. The UK Department of Trade and Industry. May EESD/CRES: Wave energy Utilization in Europe - Current Status and Perspectives. European Thematic Network on Wave Energy, ISBN Energicenter Danmark. Fakta om bølgeenergi. ISBN Juli Bølgekraftforeningen. Bølgekraftforeningens Konceptkatalog. November A. Clemént et al.: Wave energy in Europe: current status and Perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6 (2002) IEA OES, R. Boud: Status and Research and Development Priorities, 2003 Wave And Marine Current Energy. DTI report number FES-R-132, AEAT report number AEAT/ENV/ M. Previsic et al.: E2I EPRI Assessment Offshore Wave Energy Conversion Devices. E2I EPRI WP 004 US Rev 1. June J. Cruz. Ocean Wave Energy, Current Status and Future Perspectives. Series: Green Energy and Technology. ISBN: Overview of WECs 44

23 Questions? Overview of WECs 45