Als de energie van golven ergens hoop kan bieden, dan is het wel in het Verenigd Koninkrijk en Ierland – aan de ene kant geflankeerd door de Atlantische Oceaan, en aan de andere kant door de Noordzee. Laten we eerst eens verduidelijken waar golven vandaan komen: de zon maakt wind en wind maakt golven.

Het meeste zonlicht dat onze planeet raakt, verwarmt de oceanen. Het opgewarmde water verwarmt de lucht erboven en produceert waterdamp. De opgewarmde lucht stijgt; naarmate het stijgt koelt het af en het water condenseert uiteindelijk weer, waardoor zich wolken vormen en regen valt. Op het hoogste punt wordt de lucht verder afgekoeld door de ijskoude zwartheid van de ruimte. De koude lucht daalt weer. Deze geweldige zonne-energie aangedreven pomp beweegt lucht rond en rond in grote convectierollen. Vanaf ons standpunt op  het aardoppervlak, produceren deze convectie rollen de wind. Wind is tweedehands zonne-energie. Als de wind over open water raast, genereert het golven. Golven zijn dus derdehands zonne-energie. (De golven die op een strand komen aanrollen hebben niets te maken met de getijden.)

In open water worden golven gegenereerd wanneer de windsnelheid groter is dan ongeveer 0,5 m / s. De golftoppen bewegen ongeveer met de snelheid van de wind die ze maakt, en in dezelfde richting. De golflengte van de golven (de afstand tussen de toppen) en de periode (de tijd tussen toppen) worden bepaald door de snelheid van de wind. Hoe langer de wind waait, en hoe groter de uitgestrektheid van water waarover de wind waait, des te hoger de golven die door de wind worden gemaakt. Omdat de heersende winden op de Atlantische Oceaan van west naar oost waaien, zijn de golven die aankomen op de kust van Europa vaak bijzonder groot. (De golven aan de oostkust van de Britse eilanden zijn meestal veel kleiner, dus mijn schattingen van het potentiele golfvermogen zal zich concentreren op de hulpbron in de Atlantische Oceaan.)

Golven hebben een lang geheugen en zullen in dezelfde richting blijven gaan dagen nadat de wind ophoudt met blazen, totdat ze tegen iets aan botsten. In zeeën waar de richting van de wind vaak verandert, vormen de golven die op verschillende dagen worden geboren een wirwar van golven, die in verschillende richtingen bewegen. Als golven in een bepaalde richting objecten tegenkomen die energie van de golven absorberen – bijvoorbeeld een rij eilanden met zandstranden – dan zijn de zeeën voorbij het obstakel rustiger. De objecten werpen een schaduw, en er is minder energie in de golven die zijn gepasseerd. Dus, terwijl het  zonlicht vermogen per oppervlakte-eenheid levert, leveren golven een vermogen per lengte-eenheid van de kustlijn. U kunt niet van 2 walletjes eten. U kunt geen golfenergie verzamelen op twee mijl uit de kust en op één mijl uit de kust. Of beter gezegd, u kunt het proberen, maar de installatie twee mijl uit de kust zal energie absorberen die de faciliteit één mijl daarachter niet meer kan oogsten, en die golfenergie zal niet worden aangevuld in 1 mijl. Voor het creëren

van hoge golven heeft de wind duizenden kilometers nodig.

We kunnen een bovengrens vinden voor het maximaal denkbare vermogen dat kan worden verkregen uit golfenergie door het inkomende vermogen per eenheid van lengte van de blootgestelde kustlijn te schatten en te vermenigvuldigen met de lengte van kustlijn. We negeren de vraag welk mechanisme dit vermogen zou kunnen verzamelen, en beginnen met uit te zoeken hoeveel vermogen er is. De kracht van Atlantische golven is gemeten: het is ongeveer 40 kW per meter blootgestelde kustlijn. Dat klinkt als veel vermogen! Als iedereen een meter kustlijn bezat en die totale hoeveelheid van 40 kW zou gebruiken, dan zou dat voldoende vermogen zijn om onze moderne consumptie te dekken. Echter, de bevolking is te groot. Er is niet genoeg Atlantische kustlijn om iedereen een meter kustlijn te geven.

Zoals de kaart laat zien, regeert Britannia over ongeveer 1000 km kustlijn langs de Atlantische Oceaan (één miljoen meter), wat 1/60 m per persoon is. Dus het totaal inkomende vermogen is 16 kWh per persoon per dag. Als we dit allemaal zouden benutten, dan zou het water aan de kust van de Atlantische Oceaan, zo vlak zijn als de vijver in uw achtertuin. Praktische systemen zullen er niet in slagen om alle energie te onttrekken, en een deel van het vermogen zal onvermijdelijk verloren gaan tijdens de conversie van mechanische energie naar elektriciteit. Laten we aannemen dat briljante golfmachines 50% -efficiënt zijn in het converteren van de binnenkomende golfstroom in elektriciteit, en dat we in staat zijn om langs 500 km van de Atlantische kust deze golfmachines te plaatsen. Dat zou betekenen dat we 25% van het theoretische vermogen kunnen oogsten. Dat is 4 kWh per dag per persoon. Zoals gewoonlijk maak ik opzettelijk nogal extreme aannames om de groene stapel te verbeteren –  dat we golfmachines voor de helft van de Atlantische kust zouden kunnen plaatsen zal voor veel lezers nogal vreemd in de oren klinken.

Hoe verhouden de getallen in deze berekening zich tot de stand van de techniek? Terwijl ik aan het schrijven ben, werken er maar drie golfmachines in diep water: drie Pelamis golfenergie-collectoren (figuur 12.1) gebouwd in Schotland en ingezet bij Portugal. Er zijn geen daadwerkelijke resultaten gepubliceerd maar de makers van de Pelamis (“allereerst ontworpen om te overleven, vóór vermogensafname-efficiëntie “) voorspellen dat een twee kilometer lange linie van golfmachines bestaande uit 40 van hun zeeslangen 6 kW per meter zou kunnen leveren. Bij gebruik van dit getal in de vorige berekening, wordt het geleverde vermogen van 500 kilometer golfmachines teruggebracht tot 1,2 kWh per dag per persoon. Hoewel golfenergie nuttig kan zijn voor kleine gemeenschappen op afgelegen eilanden, vermoed ik dat het geen significante rol kan spelen in de oplossing van het duurzame energieprobleem van Groot-Brittannië.

Wat is het gewicht van een Pelamis en hoeveel staal bevat het? Eén slang met een maximaal vermogen van 750 kW weegt 700 ton, inclusief 350 ton ballast. Het heeft dus ongeveer 350 ton staal. Dat is een gewicht vermogen ratio van ongeveer 500 kg per kW (piek). We kunnen dit vergelijken met het staal dat vereist nodig is voor offshore wind: een offshore windturbine met een maximaal vermogen van 3 MW weegt 500 ton, inclusief de fundering.Dat is een gewicht / vermogen-verhouding van ongeveer 170 kg per kW, een derde van de golf machine’s. De Pelamis is een eerste prototype; vermoedelijk met verder investeringen in en ontwikkeling van golftechnologie, zal de gewicht vermogen ratio dalen.

Aantekeningen en verdere lectuur

Golven worden gegenereerd wanneer de windsnelheid groter is dan ongeveer 0,5 m / s.De golftoppen bewegen ongeveer met de snelheid van de wind die ze creëert. De eenvoudigste theorie van de golfproductie (Faber, 1995, blz. 337) suggereert (voor kleine golven) dat de golftoppen bewegen met ongeveer de helft van de snelheid van de wind die ze creëert. Het is echter empirisch gevonden dat hoe langer de wind waait hoe langer de golflengte van de dominante golven aanwezig is en hoe groter hun snelheid. De kenmerkende snelheid van volledig ontwikkelde zeeën is bijna precies gelijk aan de windsnelheid 20 meter boven het zeeoppervlak (Mollison,1986).

De golven aan de oostkust van de Britse eilanden zijn meestal veel kleiner. Terwijl het golfvermogen bij Lewis (Atlantic) 42 kW / m is, zijn de vermogens bij oostkust-locaties: Peterhead: 4 kW / m; Scarborough: 8 kW / m; Cromer:5 kW / m. Bron: Sinden (2005). Sinden zegt: “Het Noordzee gebied is een zeer lage golfenergie omgeving. ”

Het golfvermogen van de Atlantische Oceaan is 40 kW per uitgestrekte kustlijn. (In hoofdstuk F wordt uitgelegd hoe we deze kracht kunnen schatten aan de hand van enkele feiten over golven.) Dit getal heeft een stevige basis in de literatuur over Atlantische golfvermogen (Mollison et al., 1976; Mollison, 1986, 1991). Van Mollison (1986), bijvoorbeeld: “de grootschalige hulpbron van de NOE-Atlantische Oceaan, van IJsland tot het noorden van Portugal, heeft een netto vermogen van 40-50 MW / km, waarvan 20-30 MW / km potentieel economisch extraheerbaar is. “Op iedere plek in de open oceaan, kunnen drie vermogens per lengte-eenheid onderscheiden worden: het totale vermogen dat er in alle richtingen doorheen gaat (63 kW / m gemiddeld op de Scilly – eilanden en 67 kW / m uit Uist); het nettovermogen onderschept door een golfmachine dat  in de optimale richting is geplaatst (respectievelijk 47 kW / m en 45 kW / m); en het vermogen per eenheid kustlijn, waarbij rekening wordt gehouden met de hoek tussen de optimale oriëntatie van een directionele collector en de kustlijn (bijvoorbeeld in Portugal ligt de optimale oriëntatie op het noordwesten en de kustlijn ligt op het westen).

Praktische systemen zullen er niet in slagen om alle kracht te onttrekken, en een deel van het vermogen zal onvermijdelijk verloren gaan tijdens de conversie van mechanische energie naar elektriciteit. De eerste op het Verenigd Koninkrijk aangesloten golfmachine, de Limpet op Islay, geeft een treffend voorbeeld van deze verliezen. Toen het werd ontworpen, werd de efficiëntie van de omzetting van golfvermogen naar netvermogen geschat op 48%, en het gemiddelde vermogen zou naar verwachting 200 kW zijn. Echter, door verliezen in het vangsysteem, tandwielen en elektrische componenten was het gemiddelde geleverde vermogen 21 kW – slechts 10% van de voorspelde produktie (Wavegen, 2002).