[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki25\/2021\/10\/30\/wellenkraft-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki25\/2021\/10\/30\/wellenkraft-wikipedia\/","headline":"Wellenkraft \u2013 Wikipedia","name":"Wellenkraft \u2013 Wikipedia","description":"Dieser Artikel befasst sich mit dem Transport und der Aufnahme von Energie in Meereswellen. 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F\u00fcr andere Aspekte von Wellen im Ozean siehe Windwelle.  F\u00fcr andere Verwendungen von Welle oder Wellen siehe Welle (Begriffskl\u00e4rung).Transport von Energie durch Windwellen und Einfangen dieser Energie, um n\u00fctzliche Arbeit zu leistenAzura auf dem Wave Energy Test Site (WETS) der US Navy auf Oahu  Der AMOG Wave Energy Converter (WEC), in Betrieb vor SW England (2019)Der mWave-Konverter von Bombora Wave Power    Wellenkraftwerk mit pneumatischer KammerWellenkraft ist das Einfangen der Energie von Windwellen, um n\u00fctzliche Arbeiten zu verrichten \u2013 zum Beispiel Stromerzeugung, Wasserentsalzung oder Wasserpumpen.  Eine Maschine, die Wellenkraft ausnutzt, ist ein Wellenenergiekonverter (WEZ).Die Wellenkraft unterscheidet sich von der Gezeitenkraft, die die Energie der Str\u00f6mung einf\u00e4ngt, die durch die Anziehungskraft von Sonne und Mond verursacht wird.  Wellen und Gezeiten unterscheiden sich auch von Meeresstr\u00f6mungen, die durch andere Kr\u00e4fte verursacht werden, einschlie\u00dflich brechender Wellen, Wind, Coriolis-Effekt, Cabbeling und Temperatur- und Salzgehaltsunterschieden.Die Erzeugung von Wellenenergie ist im Vergleich zu anderen etablierten erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft, Wasserkraft und Solarenergie keine weit verbreitete kommerzielle Technologie.  Allerdings gibt es seit mindestens 1890 Versuche, diese Energiequelle zu nutzen[1]  vor allem wegen seiner hohen Leistungsdichte.  Zum Vergleich: Die Leistungsdichte von Photovoltaikmodulen betr\u00e4gt 1 kW\/m\u00b22 bei maximaler Sonneneinstrahlung und die Leistungsdichte des Windes betr\u00e4gt 1 kW\/m2 bei 12m\/s;  die durchschnittliche j\u00e4hrliche Leistungsdichte der Wellen an der K\u00fcste von San Francisco betr\u00e4gt 25 kW\/m2.[2]Im Jahr 2000 wurde das weltweit erste kommerzielle Wave Power Device, das Islay LIMPET, an der K\u00fcste von Islay in Schottland installiert und an das National Grid angeschlossen.[3]      2008 wurde im Agu\u00e7adoura Wave Park die erste experimentelle Multi-Generator-Wellenfarm in Portugal er\u00f6ffnet.[4]  Table of ContentsPhysikalische Konzepte[edit]Wellenkraftformel[edit]Wellenenergie und Wellenenergiefluss[edit]Tiefseeeigenschaften und M\u00f6glichkeiten[edit]Geschichte[edit]Moderne Technologie[edit]Punktabsorberboje[edit]Oberfl\u00e4chend\u00e4mpfer[edit]\u00dcberspannungswandler f\u00fcr oszillierende Wellen[edit]Oszillierende Wassers\u00e4ule[edit]\u00dcberlaufvorrichtung[edit]Differenzdruck unter Wasser[edit]Schwimmende In-Air-Konverter[edit]Auswirkungen auf die Umwelt[edit]Potenzial[edit]Herausforderungen[edit]Wellenfarmen[edit]Wellenfarmprojekte[edit]Australien[edit]Portugal[edit]Schweden[edit]Vereinigtes K\u00f6nigreich[edit]Vereinigte Staaten[edit]Patente[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Weiterlesen[edit]Externe Links[edit]Physikalische Konzepte[edit]  Vereinfachtes Design der Wave Power Station  Wenn ein Objekt auf einer Welle in einem Teich auf und ab h\u00fcpft, folgt es ungef\u00e4hr einer elliptischen Bahn.  Bewegung eines Teilchens in einer Ozeanwelle.EIN = Bei tiefem Wasser.  Die elliptische Bewegung von Fl\u00fcssigkeitspartikeln nimmt mit zunehmender Tiefe unter der Oberfl\u00e4che schnell ab.B = Bei flachem Wasser (der Meeresboden ist jetzt bei B).  Die elliptische Bewegung eines Fl\u00fcssigkeitsteilchens wird mit abnehmender Tiefe abgeflacht.1 = Ausbreitungsrichtung. 2 = Wellenkamm.3 = Wellental.  Aufnahme der elliptischen Bahnen von Wasserpartikeln unter einer \u2013 progressiven und periodischen \u2013 Oberfl\u00e4chengravitationswelle in einer Wellenrinne.  Die Wellenbedingungen sind: mittlere Wassertiefe D = 2,50 ft (0,76 m), Wellenh\u00f6he h = 0,339 Fu\u00df (0,103 m), Wellenl\u00e4nge \u03bb = 6,42 Fu\u00df (1,96 m), Periode T = 1,12 s.[5]Wellen werden durch Wind erzeugt, der \u00fcber die Meeresoberfl\u00e4che streicht.  Solange sich die Wellen langsamer ausbreiten als die Windgeschwindigkeit knapp \u00fcber den Wellen, findet eine Energie\u00fcbertragung vom Wind auf die Wellen statt.  Sowohl Luftdruckunterschiede zwischen der Aufwind- und der Leeseite eines Wellenberges, als auch die Reibung an der Wasseroberfl\u00e4che durch den Wind, wodurch das Wasser in die Schubspannung \u00fcbergeht, bewirkt das Wachstum der Wellen.[6]Die Wellenh\u00f6he wird durch die Windgeschwindigkeit, die Dauer des Windes, den Fetch (die Entfernung, \u00fcber die der Wind die Wellen anregt) und durch die Tiefe und Topographie des Meeresbodens (der die Energie der Wellen b\u00fcndeln oder verteilen kann) bestimmt ).  Eine gegebene Windgeschwindigkeit hat eine passende praktische Grenze, \u00fcber die Zeit oder Entfernung keine gr\u00f6\u00dferen Wellen erzeugen.  Wenn diese Grenze erreicht ist, gilt das Meer als \u201evoll entwickelt\u201c.Im Allgemeinen sind gr\u00f6\u00dfere Wellen st\u00e4rker, aber die Wellenleistung wird auch durch die Wellengeschwindigkeit, die Wellenl\u00e4nge und die Wasserdichte bestimmt.Die Schwingungsbewegung ist an der Oberfl\u00e4che am h\u00f6chsten und nimmt mit der Tiefe exponentiell ab.  Bei stehenden Wellen (Clapotis) in der N\u00e4he einer spiegelnden K\u00fcste ist die Wellenenergie jedoch auch in gro\u00dfer Tiefe als Druckschwingungen vorhanden, die Mikroseismen erzeugen.[6]  Diese Druckschwankungen in gr\u00f6\u00dferer Tiefe sind zu klein, um aus Sicht der Wellenkraft interessant zu sein.Die Wellen breiten sich auf der Meeresoberfl\u00e4che aus und auch die Wellenenergie wird mit der Gruppengeschwindigkeit horizontal transportiert.  Die mittlere Transportgeschwindigkeit der Wellenenergie durch eine vertikale Ebene von Einheitsbreite, parallel zu einem Wellenberg, wird als Wellenenergiefluss (oder Wellenleistung, die nicht mit der von einem Wellenkraftger\u00e4t erzeugten tats\u00e4chlichen Leistung verwechselt werden darf) bezeichnet.Wellenkraftformel[edit]In tiefen Gew\u00e4ssern, in denen die Wassertiefe gr\u00f6\u00dfer als die halbe Wellenl\u00e4nge ist, betr\u00e4gt der Wellenenergiefluss[a]P=\u03c1g264\u03c0hm02Te\u2248(0,5kWm3\u22c5S)hm02Te,{displaystyle P={frac {rho g^{2}}{64pi}}H_{m0}^{2}T_{e}approx left(0.5{frac {text{kW} }{{text{m}}^{3}cdot {text{s}}}}right)H_{m0}^{2};T_{e},}mit P der Wellenenergiefluss pro Einheit der Wellenscheitell\u00e4nge, hm0  die signifikante Wellenh\u00f6he, Te  die Wellenenergieperiode, \u03c1 die Wasserdichte und g die Beschleunigung durch die Schwerkraft.  Die obige Formel besagt, dass die Wellenleistung proportional zur Wellenenergieperiode und zum Quadrat der Wellenh\u00f6he ist.  Bei Angabe der signifikanten Wellenh\u00f6he in Metern und der Wellenperiode in Sekunden ergibt sich die Wellenleistung in Kilowatt (kW) pro Meter Wellenfrontl\u00e4nge.[7][8][9][10]Beispiel: Betrachten Sie m\u00e4\u00dfige Meereswellen in tiefem Wasser, einige Kilometer vor einer K\u00fcste, mit einer Wellenh\u00f6he von 3 m und einer Wellenenergieperiode von 8 s.  Mit der Formel zum Aufl\u00f6sen nach Potenz erhalten wirP\u22480,5kWm3\u22c5S(3\u22c5m)2(8\u22c5S)\u224836kWm,{displaystyle Papprox 0.5{frac {text{kW}}{{text{m}}^{3}cdot {text{s}}}}(3cdot {text{m} })^{2}(8cdot{text{s}})approx 36{frac{text{kW}}{text{m}}},}Das hei\u00dft, es gibt 36 Kilowatt Leistungspotential pro Meter Wellenberg.Bei gro\u00dfen St\u00fcrmen sind die gr\u00f6\u00dften Wellen vor der K\u00fcste etwa 15 Meter hoch und haben eine Dauer von etwa 15 Sekunden.  Nach obiger Formel tragen solche Wellen etwa 1,7 MW Leistung \u00fcber jeden Meter Wellenfront.Ein effektives Wellenenergieger\u00e4t f\u00e4ngt so viel wie m\u00f6glich vom Wellenenergiefluss ein.  Dadurch haben die Wellen im Bereich hinter der Wellenkraftanlage eine geringere H\u00f6he.Wellenenergie und Wellenenergiefluss[edit]In einem Seegang ist die durchschnittliche (mittlere) Energiedichte pro Fl\u00e4cheneinheit von Schwerewellen auf der Wasseroberfl\u00e4che nach der linearen Wellentheorie proportional zum Quadrat der Wellenh\u00f6he:[6][11]E=116\u03c1ghm02,{displaystyle E={frac {1}{16}}rho gH_{m0}^{2},} [b][12]wo E ist die mittlere Wellenenergiedichte pro horizontaler Fl\u00e4cheneinheit (J\/m2), die Summe aus kinetischer und potentieller Energiedichte pro horizontaler Fl\u00e4cheneinheit.  Die potentielle Energiedichte ist gleich der kinetischen Energie,[6]  beide tragen zur H\u00e4lfte zur Wellenenergiedichte bei E, wie aus dem Gleichverteilungssatz zu erwarten ist.  Bei Meereswellen sind Oberfl\u00e4chenspannungseffekte f\u00fcr Wellenl\u00e4ngen \u00fcber einigen Dezimetern vernachl\u00e4ssigbar.W\u00e4hrend sich die Wellen ausbreiten, wird ihre Energie transportiert.  Die Energietransportgeschwindigkeit ist die Gruppengeschwindigkeit.  Als Ergebnis ist der Wellenenergiefluss durch eine vertikale Ebene der Breiteneinheit senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung gleich:[13][6]P=ECg,{displaystyle P=E,c_{g},}mit Cg  die Gruppengeschwindigkeit (m\/s).  Aufgrund der Dispersionsrelation f\u00fcr Wasserwellen unter Einwirkung der Schwerkraft h\u00e4ngt die Gruppengeschwindigkeit von der Wellenl\u00e4nge . ab \u03bb, oder \u00e4quivalent, auf der Wellenperiode T.  Weiterhin ist die Dispersionsrelation eine Funktion der Wassertiefe h.  Dadurch verh\u00e4lt sich die Gruppengeschwindigkeit in den Grenzen von Tief- und Flachwasser sowie in Zwischentiefen unterschiedlich:[6][11]Tiefseeeigenschaften und M\u00f6glichkeiten[edit]Deepwater entspricht einer Wassertiefe von mehr als der halben Wellenl\u00e4nge, was im Meer und Ozean \u00fcblich ist.  Im tiefen Wasser breiten sich l\u00e4ngerperiodische Wellen schneller aus und transportieren ihre Energie schneller.  Die Tiefwassergruppengeschwindigkeit ist die halbe Phasengeschwindigkeit.  In flachem Wasser ist die Gruppengeschwindigkeit f\u00fcr Wellenl\u00e4ngen gr\u00f6\u00dfer als etwa das Zwanzigfache der Wassertiefe, wie sie h\u00e4ufig in K\u00fcstenn\u00e4he zu finden sind, gleich der Phasengeschwindigkeit.[14]Geschichte[edit]Das erste bekannte Patent zur Nutzung von Energie aus Meereswellen stammt aus dem Jahr 1799 und wurde von Girard und seinem Sohn in Paris eingereicht.[15]  Eine fr\u00fche Anwendung der Wellenkraft war ein Ger\u00e4t, das um 1910 von Bochaux-Praceique konstruiert wurde, um sein Haus in Royan in der N\u00e4he von Bordeaux in Frankreich zu beleuchten und mit Energie zu versorgen.[16]  Es scheint, dass dies das erste oszillierende Wassers\u00e4ulen-Wellenenergieger\u00e4t war.[17]  Von 1855 bis 1973 wurden allein in Gro\u00dfbritannien bereits 340 Patente angemeldet.[15]Das moderne wissenschaftliche Streben nach Wellenenergie wurde in den 1940er Jahren durch die Experimente von Yoshio Masuda vorangetrieben.[18]  Er testete verschiedene Konzepte von Wellenenergieger\u00e4ten auf See, wobei mehrere hundert Einheiten zur Stromversorgung von Navigationslichtern verwendet wurden.  Dazu geh\u00f6rte das Konzept der Extraktion von Kraft aus der Winkelbewegung an den Gelenken eines gegliederten Flo\u00dfes, das in den 1950er Jahren von Masuda vorgeschlagen wurde.[19]Ein erneutes Interesse an Wellenenergie wurde durch die \u00d6lkrise 1973 motiviert. Eine Reihe von Universit\u00e4tsforschern untersuchten das Potenzial zur Energiegewinnung aus Meereswellen erneut, darunter insbesondere Stephen Salter von der University of Edinburgh und Johannes Falnes vom Norwegian Institute of Technology (sp\u00e4ter fusioniert in die Norwegische Universit\u00e4t f\u00fcr Wissenschaft und Technologie), Michael E. McCormick von der US Naval Academy, David Evans von der Bristol University, Michael French von der University of Lancaster, Nick Newman und CC Mei vom MIT.Stephen Salters Erfindung von 1974 wurde als Salters Ente oder bekannt nickende Ente, obwohl es offiziell als Edinburgh Duck bezeichnet wurde.  In kontrollierten Tests im kleinen Ma\u00dfstab kann der gekr\u00fcmmte, nocken\u00e4hnliche K\u00f6rper der Ente 90 % der Wellenbewegung stoppen und 90 % davon in Elektrizit\u00e4t umwandeln, was einen Wirkungsgrad von 81 % ergibt.[20]In den 1980er Jahren, als der \u00d6lpreis sank, wurde die Finanzierung von Wellenenergie drastisch reduziert.  Dennoch wurden einige Prototypen der ersten Generation auf See getestet.  In j\u00fcngerer Zeit, nach dem Klimawandel, w\u00e4chst weltweit wieder das Interesse an erneuerbaren Energien, einschlie\u00dflich der Wellenenergie.[21]Die weltweit erste Testanlage f\u00fcr Meeresenergie wurde 2003 gegr\u00fcndet, um die Entwicklung einer Wellen- und Gezeitenenergieindustrie in Gro\u00dfbritannien anzukurbeln.  Das European Marine Energy Centre (EMEC) mit Sitz in Orkney, Schottland, hat den Einsatz von mehr Wellen- und Gezeitenenergieger\u00e4ten als an jedem anderen Standort der Welt unterst\u00fctzt.  EMEC bietet eine Vielzahl von Teststandorten unter realen Seebedingungen.  Sein netzgekoppelter Wellenteststandort befindet sich in Billia Croo, am westlichen Rand des Orkney-Festlandes, und ist der vollen Kraft des Atlantischen Ozeans ausgesetzt, wobei dort eine Meeresh\u00f6he von bis zu 19 Metern gemessen wurde.  Zu den Entwicklern von Wellenenergie, die derzeit im Zentrum testen, geh\u00f6ren Aquamarine Power, Pelamis Wave Power und ScottishPower Renewables.Moderne Technologie[edit]Wellenenergieger\u00e4te werden im Allgemeinen kategorisiert nach: Methode verwendet, um die Energie der Wellen einzufangen oder zu nutzen, durch Lage und durch die Zapfwellensystem.  Standorte sind K\u00fcstenlinie, Nearshore und Offshore.  Zu den Arten von Nebenantrieben geh\u00f6ren: Hydraulikzylinder, Elastomerschlauchpumpe, Pump-to-Shore, Wasserturbine, Luftturbine,[22]  und linearer elektrischer Generator.  Bei der Bewertung der Wellenenergie als Technologietyp ist es wichtig, zwischen den vier g\u00e4ngigsten Ans\u00e4tzen zu unterscheiden: Punktabsorberbojen, Oberfl\u00e4chend\u00e4mpfer, oszillierende Wassers\u00e4ulen und \u00dcberlaufvorrichtungen.  Generische Wellenenergiekonzepte: 1. Punktabsorber, 2. D\u00e4mpfungsglied, 3. Schwingwellen-\u00dcberspannungswandler, 4. Schwingende Wassers\u00e4ule, 5. \u00dcberlaufvorrichtung, 6. Untergetauchte Druckdifferenz, 7. Schwimmende In-Luft-Wandler.Punktabsorberboje[edit]Dieses Ger\u00e4t schwimmt auf der Wasseroberfl\u00e4che, gehalten von Kabeln, die mit dem Meeresboden verbunden sind.  Der Punktabsorber ist so definiert, dass er eine Vorrichtungsbreite hat, die viel kleiner ist als die einfallende Wellenl\u00e4nge .  Ein guter Punktabsorber hat die gleichen Eigenschaften wie ein guter Wavemaker.  Die Wellenenergie wird absorbiert, indem eine Welle mit destruktiver Interferenz auf die ankommenden Wellen abgestrahlt wird.  Bojen nutzen das Steigen und Sinken von D\u00fcnungen zur Stromerzeugung auf verschiedene Weise, unter anderem direkt \u00fcber Lineargeneratoren,[23]  oder \u00fcber Generatoren, die von mechanischen Linear-Rotations-Wandlern angetrieben werden[24]  oder Hydraulikpumpen.[25]Elektromagnetische Felder, die durch elektrische \u00dcbertragungskabel und die Akustik dieser Ger\u00e4te erzeugt werden, k\u00f6nnen f\u00fcr Meeresorganismen ein Problem darstellen.  Das Vorhandensein der Bojen kann Fische, Meeress\u00e4uger und V\u00f6gel als potenzielles kleineres Kollisionsrisiko und Schlafpl\u00e4tze beeintr\u00e4chtigen.  Auch ein Verheddern in Festmacherleinen ist m\u00f6glich.  Die den Wellen entzogene Energie kann sich auch auf die K\u00fcstenlinie auswirken, was zu der Empfehlung f\u00fchrt, dass die Standorte einen betr\u00e4chtlichen Abstand zum Ufer haben.[26]Oberfl\u00e4chend\u00e4mpfer[edit]Diese Vorrichtungen wirken \u00e4hnlich wie die oben erw\u00e4hnten Punktabsorberbojen, wobei mehrere schwimmende Segmente miteinander verbunden und senkrecht zu einfallenden Wellen ausgerichtet sind.  Durch Wellen wird eine Biegebewegung erzeugt, und diese Bewegung treibt Hydraulikpumpen an, um Strom zu erzeugen.  Die Umweltauswirkungen sind denen von Punktabsorberbojen \u00e4hnlich, mit der zus\u00e4tzlichen Sorge, dass Organismen in die Gelenke eingeklemmt werden k\u00f6nnten.[26]\u00dcberspannungswandler f\u00fcr oszillierende Wellen[edit]Ein Ende dieser Vorrichtungen ist typischerweise an einer Struktur oder dem Meeresboden befestigt, w\u00e4hrend das andere Ende frei beweglich ist.  Energie wird aus der Relativbewegung des K\u00f6rpers im Vergleich zum Fixpunkt gewonnen.  \u00dcberspannungswandler f\u00fcr oszillierende Wellen werden oft in Form von Schwimmern, Klappen oder Membranen angeboten.  Zu den Umweltbedenken z\u00e4hlen ein geringes Kollisionsrisiko, k\u00fcnstliches Reffen in der N\u00e4he des Fixpunktes, elektromotorische Kraftwirkungen von Unterseekabeln und Energieentzug, der den Sedimenttransport bewirkt.[26]  Einige dieser Designs enthalten parabolische Reflektoren, um die Wellenenergie am Erfassungspunkt zu erh\u00f6hen.  Diese Einfangsysteme nutzen die Auf- und Abbewegung von Wellen, um Energie einzufangen.[27]    Sobald die Wellenenergie an einer Wellenquelle eingefangen wurde, muss der Strom \u00fcber \u00dcbertragungskabel zum Verwendungsort oder zu einem Anschluss an das Stromnetz transportiert werden.[28]Oszillierende Wassers\u00e4ule[edit]Oszillierende Wassers\u00e4ulenger\u00e4te k\u00f6nnen an Land oder in tieferen Gew\u00e4ssern vor der K\u00fcste aufgestellt werden.  Mit einer in das Ger\u00e4t integrierten Luftkammer komprimiert die Luft in den Kammern die Luft durch eine Luftturbine, um Strom zu erzeugen.[29]  Wenn Luft durch die Turbinen gepresst wird, wird ein erheblicher L\u00e4rm erzeugt, der m\u00f6glicherweise V\u00f6gel und andere Meeresorganismen in der N\u00e4he des Ger\u00e4ts beeintr\u00e4chtigt.  Es gibt auch Bedenken, dass Meeresorganismen in den Luftkammern eingeschlossen oder verfangen werden.[26]\u00dcberlaufvorrichtung[edit]Overtoping-Ger\u00e4te sind lange Strukturen, die die Wellengeschwindigkeit nutzen, um ein Reservoir auf einen h\u00f6heren Wasserstand als den umgebenden Ozean zu f\u00fcllen.  Die potentielle Energie in der Speicherh\u00f6he wird dann mit Niedrigfallturbinen erfasst.  Ger\u00e4te k\u00f6nnen entweder an Land oder schwimmend auf See sein.  Schwimmende Ger\u00e4te haben Umweltbedenken hinsichtlich des Verankerungssystems, das benthische Organismen, Organismen, die sich verheddern, oder elektromotorische Kraftwirkungen, die von Unterwasserkabeln erzeugt werden, beeinflussen.  Es gibt auch einige Bedenken hinsichtlich des geringen Turbinenl\u00e4rms und der Entfernung von Wellenenergie, die sich auf das Nahfeldlebensraum auswirken.[26]Differenzdruck unter Wasser[edit]Wandler auf der Basis von eingetauchten Druckdifferenzen sind eine vergleichsweise neuere Technologie [30]  Verwendung von flexiblen (normalerweise verst\u00e4rktem Gummi) Membranen, um Wellenenergie zu extrahieren.  Diese Wandler verwenden die Druckdifferenz an verschiedenen Stellen unterhalb einer Welle, um eine Druckdifferenz innerhalb eines geschlossenen Nebenantriebs-Fluidsystems zu erzeugen.  Diese Druckdifferenz wird normalerweise verwendet, um eine Str\u00f6mung zu erzeugen, die eine Turbine und einen elektrischen Generator antreibt.  Untergetauchte Differenzdruckwandler verwenden h\u00e4ufig flexible Membranen als Arbeitsfl\u00e4che zwischen dem Ozean und dem Zapfwellensystem.  Membranen bieten gegen\u00fcber starren Strukturen den Vorteil, dass sie nachgiebig und massearm sind, was eine direktere Kopplung mit der Wellenenergie bewirken kann.  Ihre nachgiebige Natur erm\u00f6glicht auch gro\u00dfe \u00c4nderungen in der Geometrie der Arbeitsfl\u00e4che, die verwendet werden kann, um das Verhalten des Wandlers auf bestimmte Wellenbedingungen abzustimmen und ihn unter extremen Bedingungen vor \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Belastungen zu sch\u00fctzen.Ein untergetauchter Konverter kann entweder auf dem Meeresboden oder in der Mitte des Wassers positioniert werden.  In beiden F\u00e4llen ist der Konverter vor Wasserschlagbelastungen gesch\u00fctzt, die an der freien Oberfl\u00e4che auftreten k\u00f6nnen.  Wellenlasten nehmen auch nichtlinear proportional zum Abstand unter der freien Oberfl\u00e4che ab.  Das bedeutet, dass durch die Optimierung der Eintauchtiefe eines solchen Konverters ein Kompromiss zwischen Schutz vor extremen Belastungen und Zugang zur Wellenenergie gefunden werden kann.  Versunkene WEA haben auch das Potenzial, die Auswirkungen auf die Meereslandschaft und die Navigation zu verringern, da sie sich nicht an der Oberfl\u00e4che befinden.Schwimmende In-Air-Konverter[edit]Der erkannte Bedarf an erh\u00f6hter Zuverl\u00e4ssigkeit in der Wellenenergiewandlertechnologie hat diese Gruppe von Konzepten hervorgebracht.  Schwimmende In-Air-Konverter bieten eine potenziell erh\u00f6hte Zuverl\u00e4ssigkeit von Maschinenkomponenten, da sie sich \u00fcber dem Meerwasser befinden, wo eine einfache Inspektion und Wartung m\u00f6glich ist.  Beispiele f\u00fcr verschiedene Konzepte von schwimmenden In-Luft-Konvertern sind in #7 der Abbildung gezeigt.  7a) Energieextraktionssysteme vom Rolld\u00e4mpfungstyp mit Turbinen in Abteilen, die schwappendes Frischwasser enthalten;  7b) Pendelsysteme mit horizontaler Achse;  7c) Pendelsysteme mit vertikaler Achse.Auswirkungen auf die Umwelt[edit]H\u00e4ufige Umweltbedenken im Zusammenhang mit der Entwicklung der Meeresenergie sind:Die Tethys-Datenbank bietet Zugang zu wissenschaftlicher Literatur und allgemeinen Informationen zu den m\u00f6glichen Umweltauswirkungen von Wellenenergie.[31]Potenzial[edit]Die weltweite Ressource f\u00fcr K\u00fcstenwellenenergie wird auf mehr als 2 TW gesch\u00e4tzt.[32]Zu den Standorten mit dem gr\u00f6\u00dften Potenzial f\u00fcr Wellenkraft geh\u00f6ren die Westk\u00fcste Europas, die Nordk\u00fcste Gro\u00dfbritanniens und die Pazifikk\u00fcsten Nord- und S\u00fcdamerikas, des s\u00fcdlichen Afrikas, Australiens und Neuseelands.  Die n\u00f6rdlichen und s\u00fcdlichen gem\u00e4\u00dfigten Zonen haben die besten Standorte, um Wellenkraft einzufangen.  Die vorherrschenden Westwinde in diesen Zonen wehen im Winter am st\u00e4rksten.Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) hat f\u00fcr verschiedene Nationen auf der ganzen Welt Sch\u00e4tzungen bez\u00fcglich der Energiemenge erstellt, die von Wellenenergiewandlern (WECs) an ihren K\u00fcsten erzeugt werden k\u00f6nnte.  Insbesondere f\u00fcr die Vereinigten Staaten wird gesch\u00e4tzt, dass die Gesamtenergiemenge, die entlang ihrer K\u00fcstenlinien erzeugt werden k\u00f6nnte, 1170 TWh pro Jahr entspricht, was ungef\u00e4hr 10 kWh pro US-B\u00fcrger pro Tag entspricht.  Das sind fast 5 % des gesamten Energieverbrauchs pro Durchschnittsb\u00fcrger, einschlie\u00dflich Verkehr und Industrie.[33]  Das klingt zwar vielversprechend, aber die K\u00fcstenlinie entlang Alaskas machte ca.  50 % der gesamten Energie, die innerhalb dieser Sch\u00e4tzung erzeugt wird.  In Anbetracht dessen m\u00fcsste die richtige Infrastruktur vorhanden sein, um diese Energie von den K\u00fcsten Alaskas auf das Festland der Vereinigten Staaten zu \u00fcbertragen, um den Energiebedarf der Vereinigten Staaten angemessen zu decken.  Diese Zahlen zeigen jedoch das gro\u00dfe Potenzial dieser Technologien, wenn sie weltweit eingesetzt werden, um die Suche nach erneuerbaren Energiequellen zu befriedigen.WEA wurden in der Forschung intensiv untersucht, insbesondere in Bezug auf ihre Effizienz und den Transport der von ihnen erzeugten Energie.  NREL hat gezeigt, dass diese WEA einen Wirkungsgrad von fast 50 % haben k\u00f6nnen.[33]  Dies ist eine ph\u00e4nomenale Effizienzbewertung unter der erneuerbaren Energieerzeugung.  Zum Vergleich: Wirkungsgrade von \u00fcber 10 % bei Solarmodulen gelten als praktikabel f\u00fcr eine nachhaltige Energieerzeugung.[34]  Somit ist ein Wert von 50 % Wirkungsgrad f\u00fcr eine erneuerbare Energiequelle \u00e4u\u00dferst praktikabel f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Entwicklung erneuerbarer Energiequellen, die weltweit umgesetzt werden sollen.  Dar\u00fcber hinaus wurden Forschungsarbeiten durchgef\u00fchrt, die kleinere WEA und ihre Rentabilit\u00e4t untersuchten, insbesondere in Bezug auf die Leistungsabgabe.  Ein Forschungsprojekt zeigte gro\u00dfes Potenzial mit kleinen, an Bojen erinnernden Ger\u00e4ten, die in der Lage sind, bei verschiedenen Wellenbedingungen und Schwingungen und Ger\u00e4tegr\u00f6\u00dfen (bis zu einer etwa zylindrischen 21 kg-Boje) eine Leistung von mehr als 6 MW zu erzeugen.[35]  Noch weitere Forschungen haben zur Entwicklung kleinerer, kompakter Versionen aktueller WEA gef\u00fchrt, die die gleiche Energiemenge erzeugen und dabei etwa die H\u00e4lfte der ben\u00f6tigten Fl\u00e4che f\u00fcr aktuelle Ger\u00e4te verbrauchen.[36]  Weltkarte der WellenenergieressourcenHerausforderungen[edit]Es gibt potenzielle Auswirkungen auf die Meeresumwelt.  L\u00e4rmbel\u00e4stigung zum Beispiel k\u00f6nnte negative Auswirkungen haben, wenn sie nicht \u00fcberwacht wird, obwohl der L\u00e4rm und die sichtbaren Auswirkungen der einzelnen Konstruktionen stark variieren.[9]  Andere biophysikalische Auswirkungen (Flora und Fauna, Sedimentregime sowie Struktur und Str\u00f6mungen der Wassers\u00e4ule) der Erweiterung der Technologie werden untersucht.[37]  Im Hinblick auf sozio\u00f6konomische Herausforderungen k\u00f6nnen Wellenfarmen zur Vertreibung von Berufs- und Freizeitfischern aus produktiven Fischgr\u00fcnden f\u00fchren, das Muster der Strandsandern\u00e4hrung ver\u00e4ndern und eine Gefahr f\u00fcr die sichere Navigation darstellen.[38]  Dar\u00fcber hinaus sind unterst\u00fctzende Infrastrukturen wie Offshore-Netzanbindungen nicht \u00fcberall verf\u00fcgbar.[39]  Offshore-Eins\u00e4tze von WEA und Unterwasser-Umspannwerken unterliegen komplizierten Verfahren, die Unternehmen, die in diesen Anwendungen arbeiten, \u00fcberm\u00e4\u00dfig belasten k\u00f6nnen.  2019 wurde beispielsweise die schwedische Produktionstochter Seabased Industries AB aufgrund \u201eumfangreicher Herausforderungen in den letzten Jahren, sowohl praktisch als auch finanziell\u201c liquidiert.[40]Wellenfarmen[edit]Eine Gruppe von Wellenenergieanlagen, die am selben Ort eingesetzt werden, wird als Wellenpark, Wellenkraftwerk oder Wellenenergiepark bezeichnet.  Wellenfarmen stellen eine L\u00f6sung dar, um eine gr\u00f6\u00dfere Stromproduktion zu erreichen.  Die Ger\u00e4te eines Parks werden hydrodynamisch und elektrisch miteinander interagieren, abh\u00e4ngig von der Anzahl der Maschinen, der Entfernung zwischen ihnen, der geometrischen Anordnung, dem Wellenklima, der lokalen Geometrie, den Steuerungsstrategien.  Der Entwurfsprozess eines Wellenenergieparks ist ein Multi-Optimierungsproblem mit dem Ziel, eine hohe Stromproduktion und geringe Kosten und Leistungsschwankungen zu erzielen.[41]Wellenfarmprojekte[edit]Australien[edit]Bombora-Wellenkraft[42]  hat seinen Sitz in Perth, Western Australia und entwickelt derzeit den mWave[43]  flexibler Membrankonverter.  Bombora bereitet derzeit ein kommerzielles Pilotprojekt in Peniche, Portugal, vor und hat ein B\u00fcro in den Pembrokeshire Docks. [44]Eine CETO-Wellenfarm vor der K\u00fcste Westaustraliens wurde zum Nachweis der kommerziellen Rentabilit\u00e4t betrieben und nach einer vorl\u00e4ufigen Umweltgenehmigung weiterentwickelt.[45][46]  Anfang 2015 wurde ein Multi-Megawatt-System im Wert von 100 Millionen US-Dollar an das Netz angeschlossen, wobei der gesamte Strom f\u00fcr den Betrieb des Marinest\u00fctzpunkts HMAS Stirling gekauft wurde.  Zwei vollst\u00e4ndig versenkte Bojen, die am Meeresboden verankert sind, \u00fcbertragen die Energie aus dem Seegang durch hydraulischen Druck an Land;  einen Generator f\u00fcr Strom anzutreiben und auch Frischwasser zu produzieren.  Ab 2015[update]  eine dritte Boje ist f\u00fcr die Installation geplant.[47][48]Ocean Power Technologies (OPT Australasia Pty Ltd) entwickelt einen Wellenpark, der in der N\u00e4he von Portland, Victoria, \u00fcber ein 19-MW-Wellenkraftwerk ans Netz angeschlossen ist.  Das Projekt hat einen Zuschuss von 66,46 Millionen AU $ von der australischen Bundesregierung erhalten.[49]Oceanlinx plante einen kommerziellen Demonstrator vor der K\u00fcste S\u00fcdaustraliens in Port MacDonnell.  Das Unternehmen ging 2014 in Konkursverwaltung. Ihr Ger\u00e4t, die greenWAVE, hatte eine geplante elektrische Nennleistung von 1 MW.  Das Projekt wurde von ARENA durch das Emerging Renewables Program unterst\u00fctzt.  Die greenWAVE Das Ger\u00e4t war eine am Boden stehende Schwerkraftstruktur, die keine Verankerung oder Vorbereitung des Meeresbodens erforderte und keine beweglichen Teile unter der Wasseroberfl\u00e4che hatte.[50]Wellen-Swell-Energie[51]  installiert einen Versuchswellengenerator im Hafen von Grassy, \u200b\u200bKing Island.[52][53]    Es handelt sich um eine 200-kW-Einheit, die an das bestehende Mikronetz der Insel angeschlossen wird, das auch Wind, Sonne, Batterie und Diesel nutzt.[54]Portugal[edit]Die Agu\u00e7adoura Wave Farm war die erste Wellenfarm der Welt.  Es befand sich 5 km (3 Meilen) vor der K\u00fcste in der N\u00e4he von P\u00f3voa de Varzim, n\u00f6rdlich von Porto, Portugal.  Die Farm wurde so konzipiert, dass sie mit drei Pelamis-Wellenenergiewandlern die Bewegung der Meeresoberfl\u00e4chenwellen in Elektrizit\u00e4t umwandelt 2,25 MW in der installierten Gesamtleistung.  Der Hof erzeugte im Juli 2008 erstmals Strom[55]  und wurde am 23. September 2008 vom portugiesischen Wirtschaftsminister offiziell er\u00f6ffnet.[56][57]  Die Wellenfarm wurde zwei Monate nach der offiziellen Er\u00f6ffnung im November 2008 aufgrund des finanziellen Zusammenbruchs von Babcock & Brown aufgrund der Weltwirtschaftskrise geschlossen.  Die Maschinen befanden sich zu diesem Zeitpunkt aufgrund technischer Probleme au\u00dferhalb des Standorts. Obwohl sie behoben wurden, kehrten sie nicht an den Standort zur\u00fcck und wurden 2011 verschrottet, da die Technologie auf die P2-Variante \u00fcbergegangen war, die an E.ON und Scottish Renewables geliefert wurde.[58]  In einer zweiten Projektphase soll die installierte Leistung auf 21 MW mit weiteren 25 Pelamis-Maschinen[59]  ist nach dem finanziellen Zusammenbruch von Babcock zweifelhaft.Schweden[edit]Die Wellenenergie-Forschungsgruppe der Universit\u00e4t Uppsala hat eine Lineargenerator-Wellenenergie-Wandlertechnologie entwickelt.  Das erste Ger\u00e4t in Originalgr\u00f6\u00dfe wurde 2006 auf einem Forschungstestgel\u00e4nde au\u00dferhalb der Stadt Lysekil an der Westk\u00fcste Schwedens installiert und getestet.  Neben den Studien zur Stromerzeugung werden auch Studien zum Einfluss von Wellenenergiemaschinen auf die Meeresumwelt untersucht.[60][61]  Parallel zu diesen Studien leitete die Forschungsgruppe der Universit\u00e4t Uppsala das von der Europ\u00e4ischen Union gef\u00f6rderte WESA-Projekt (Wave Energy for a Sustainable Archipelago) von 2011 bis 2013.  Im Mittelpunkt dieses Projekts stand die Untersuchung der M\u00f6glichkeiten f\u00fcr den Betrieb einer Wellenkraftanlage in eisiger Umgebung wie der Ostsee.[62]Vereinigtes K\u00f6nigreich[edit]Die Islay LIMPET wurde im Jahr 2000 installiert und an das National Grid angeschlossen und ist die weltweit erste kommerzielle Wellenkraftanlage.  Es wurde 2012 au\u00dfer Betrieb genommen und Wavegen, das Unternehmen, das es hergestellt hat, wurde 2013 geschlossen.[63]F\u00f6rderung f\u00fcr a 3 MW Wellenfarm in Schottland wurde am 20. Februar 2007 von der schottischen Exekutive mit einem Preis von \u00fcber 4 Millionen Pfund als Teil eines 13 Millionen Pfund Sterling umfassenden Finanzierungspakets f\u00fcr Schiffsenergie in Schottland angek\u00fcndigt.  Die erste Maschine wurde im Mai 2010 auf den Markt gebracht.[64]  Die hinter dem Projekt stehende Firma Pelamis ging 2014 in die Verwaltung.[65]Vor der Nordk\u00fcste von Cornwall, England, wurde eine Anlage namens Wave Hub gebaut, um die Entwicklung der Wellenenergie zu erleichtern.  Der Wave-Hub wird als riesiges Verl\u00e4ngerungskabel fungieren, mit dem mehrere Ger\u00e4te zur Erzeugung von Wellenenergie an das Stromnetz angeschlossen werden k\u00f6nnen.  Der Wave-Hub erlaubt zun\u00e4chst 20 MW der anzuschlie\u00dfenden Kapazit\u00e4t, mit m\u00f6glicher Erweiterung auf 40 MW.  Vier Ger\u00e4tehersteller haben seit 2008[needs update]  bekundete Interesse an einer Verbindung mit dem Wave-Hub.[66][67]    Die Wissenschaftler haben berechnet, dass die am Wave Hub gesammelte Wellenenergie ausreichen wird, um bis zu 7.500 Haushalte zu versorgen.  Der Standort hat das Potenzial, in den n\u00e4chsten 25 Jahren Treibhausgasemissionen von rund 300.000 Tonnen Kohlendioxid einzusparen.[68]  Wave Hub wurde kritisiert[by whom?]  im Jahr 2018, nachdem es keinen netzgekoppelten Strom produziert hatte.[69]Eine Studie der Strathclyde University und des Imperial College aus dem Jahr 2017 konzentrierte sich auf das Vers\u00e4umnis, \u201emarktreife\u201c Wellenenergieger\u00e4te zu entwickeln \u2013 trotz eines Vorsto\u00dfes der britischen Regierung von \u00fcber 200 Millionen Pfund in den letzten 15 Jahren \u2013 und darauf, wie die Wirksamkeit zuk\u00fcnftiger staatlicher Unterst\u00fctzung verbessert werden kann.[70]Ein von AMOG Consulting entworfenes Ger\u00e4t im Ma\u00dfstab 1:3 wurde im europ\u00e4ischen Sommer 2019 bei FaBTest erfolgreich eingesetzt.  Finanzielle Unterst\u00fctzung f\u00fcr den Einsatz kam aus dem Marine-i-Programm im Rahmen des Regionalentwicklungszuschusses der Europ\u00e4ischen Union und der Cornwall Development Company.  Das Ger\u00e4t wurde von Mainstay Marine in Wales gebaut, von KML aus SW England installiert und bei AMC\/University of Tasmania und University of Plymouth Tank getestet.[71][72]  Es hat einen schiffsf\u00f6rmigen Rumpf mit einem In-Air-Pendel, das so abgestimmt ist, dass es die Wellenbewegung absorbiert, und nicht der Rumpf.  Auf dem Pendel befindet sich eine Zapfwelle, deren Strom lokal durch in das Meerwasser getauchte Tauchsieder erzeugt und abgef\u00fchrt wird.  Die maximale Leistung des Ger\u00e4ts betr\u00e4gt 75 kW.Vereinigte Staaten[edit]Reedsport, Oregon \u2013 ein kommerzieller Wellenpark an der Westk\u00fcste der Vereinigten Staaten, der sich 2,5 Meilen vor der K\u00fcste in der N\u00e4he von Reedsport, Oregon, befindet.  Die erste Phase dieses Projekts umfasst zehn PB150 PowerBuoys oder 1,5 Megawatt.[73][74]    Die Reedsport-Wellenfarm sollte im Fr\u00fchjahr 2013 installiert werden.[75]    2013 war das Projekt wegen rechtlicher und technischer Probleme zum Erliegen gekommen.[76]Kaneohe Bay Oahu, Hawaii \u2013 Das Wave Energy Test Site (WETS) der Navy testet derzeit das Azura-Wellenkraftwerk[77]  Die Azura-Wellenenergieanlage ist ein 45-Tonnen-Wellenenergiewandler, der sich in einer Tiefe von 30 Metern (98 Fu\u00df) in der Kaneohe Bay befindet.[78]Patente[edit]WIPO-Patentanmeldung WO2016032360 \u2014 2016 Pumpspeichersystem \u2013 Patentanmeldung \u201eDruckpuffernde Wasserkraft\u201cUS-Patent 8.806.865  \u2014 2011 Ger\u00e4t zur Nutzung von Meereswellenenergie  \u2013 Pelamis\/Salter\u2019s Duck Hybrid PatentUS-Patent 3,928,967  \u2014 1974 Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Wellenenergie \u2013 Das Originalpatent “Salter’s Duck”US-Patent 4,134,023  \u2014 1977 Ger\u00e4t zur Verwendung bei der Gewinnung von Energie aus Wellen auf Wasser \u2013 Salters Methode zur Verbesserung der \u201eEnten\u201c-EffizienzUS-Patent 6.194.815  \u2014 1999 Piezoelektrischer rotierender elektrischer EnergiegeneratorUS-Patent 1.930.958  \u2014 1932 Wellenmotor – Parsons Ocean Power Plant – Herring Cove Nova Scotia – M\u00e4rz 1925. Die weltweit erste kommerzielle Anlage zur Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie.  Designer – Osborne Havelock Parsons – geboren 1873 Petitcodiac, New Brunswick.Wellenenergiewandler, die Druckunterschiede nutzen US 20040217597 A1 \u2014 2004 Wellenenergiewandler, die Druckunterschiede nutzen[79]Siehe auch[edit]^ Der Energiefluss ist P=116\u03c1ghm02Cg,{displaystyle P={tfrac {1}{16}}rho gH_{m0}^{2}c_{g},}  mit Cg{displaystyle c_{g}}  die Gruppengeschwindigkeit, siehe Herbich, John B. (2000). Handbuch der K\u00fcstentechnik.  McGraw-Hill-Profi.  A.117, Gl.  (12).  ISBN 978-0-07-134402-9.  Die Gruppengeschwindigkeit ist Cg=g4\u03c0T{displaystyle c_{g}={tfrac {g}{4pi}}T}, siehe zusammengeklappte Tabelle “Eigenschaften von Schwerewellen an der Oberfl\u00e4che von Tiefwasser, Flachwasser und in Zwischentiefen nach der linearen Wellentheorie” im Bereich “Wellenenergie und Wellenenergiefluss” unter.^ Hier ist der Faktor f\u00fcr Zufallswellen 1\/16, im Gegensatz zu 1\/8  f\u00fcr periodische Wellen \u2013 wie nachfolgend erl\u00e4utert.  F\u00fcr eine Sinuswelle mit kleiner Amplitude \u03b7=eincos\u20612\u03c0(x\u03bb\u2212TT){textstyle eta =acos 2pileft({frac {x}{lambda}}-{frac {t}{T}}right)}  mit Wellenamplitude ein,{displaystyle a,}  die Wellenenergiedichte pro horizontaler Fl\u00e4cheneinheit ist E=12\u03c1gein2,{textstyle E={frac {1}{2}}rho ga^{2},}  oder E=18\u03c1gh2{textstyle E={frac {1}{8}}rho gH^{2}}  mit der wellenh\u00f6he h=2ein{textstyle H=2a}  f\u00fcr Sinuswellen.  In Bezug auf die Varianz der Oberfl\u00e4chenh\u00f6he m0=\u03c3\u03b72=(\u03b7\u2212\u03b7\u00af)2\u00af=12ein2,{textstyle m_{0}=sigma_{eta}^{2}={overline {(eta -{bar {eta}})^{2}}}={frac {1} {2}}a^{2},}  die Energiedichte ist E=\u03c1gm0{textstyle E=rho gm_{0}}.  Wenden wir uns den Zufallswellen zu, der letzten Formulierung der Wellenenergiegleichung in Bezug auf m0{textstyle m_{0}}  ist aufgrund des Satzes von Parseval auch g\u00fcltig (Holthuijsen, 2007, S. 40).  Weiterhin ist die signifikante Wellenh\u00f6he definiert wie hm0=4m0{textstyle H_{m0}=4{sqrt {m_{0}}}}, was zu dem Faktor f\u00fchrt 1\/16  in der Wellenenergiedichte pro horizontaler Fl\u00e4cheneinheit.^ Zur Bestimmung der Gruppengeschwindigkeit wird die Kreisfrequenz \u03c9 wird als Funktion der Wellenzahl betrachtet k, oder \u00e4quivalent die Periode T als Funktion der Wellenl\u00e4nge \u03bb.Verweise[edit]^ Christine Miller (August 2004). “Wellen- und Gezeitenenergie-Experimente in San Francisco und Santa Cruz”. 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