Golfenergie kampt al jaren met een hardnekkig probleem: een installatie die uitstekend werkt bij de ene golfslag, kan veel minder efficiënt zijn zodra de zee verandert. Onderzoekers uit Duitsland en Australië denken daar een oplossing voor te hebben. Door afzonderlijke boeien in een golfpark verschillend af te stemmen, kan volgens simulaties gemiddeld meer dan 90 procent van de binnenkomende golfenergie worden geabsorbeerd.
Het onderzoek komt van wetenschappers van de universiteiten van Augsburg, Adelaide en Melbourne. Hun concept bestaat uit rijen drijvende boeien die door golven op en neer bewegen. Die beweging drijft via een zogenoemd power take-off-systeem een generator aan.
Het principe is niet nieuw. De crux zit in de manier waarop tientallen boeien samenwerken. De studie is gepubliceerd in het Journal of Fluid Mechanics.
Elke boei krijgt zijn eigen afstelling
Een golfenergieboei heeft een resonantiefrequentie waarbij hij optimaal meebeweegt met het water. Maar in een park met tientallen apparaten krijgen niet alle boeien dezelfde golven te verwerken. De eerste rijen verstrooien en absorberen namelijk een deel van de energie, waardoor achterliggende boeien andere omstandigheden ervaren.
De onderzoekers maakten juist gebruik van die interacties. Ze varieerden per rij onder meer de resonantie-eigenschappen en demping van het power take-off-systeem. Zo ontstaat een ‘graded array’: opeenvolgende rijen zijn bewust verschillend afgestemd.
Het is enigszins vergelijkbaar met een reeks zeven die ieder een ander formaat deeltjes opvangen. Alleen worden hier verschillende delen van het golfspectrum stap voor stap geabsorbeerd.
Meer dan 90 procent absorptie
In driedimensionale simulaties bereikte het systeem gemiddeld meer dan 90 procent absorptie over een breed frequentiebereik en voor uiteenlopende invalshoeken van de golven. Ook eindige opstellingen bleken volgens de onderzoekers goed te presteren bij onregelmatige, uit meerdere richtingen komende zeegang.
Dat onderscheid is belangrijk. De 90 procent is geen rendement van golf tot elektriciteit van een praktijkinstallatie. Er treden in een echte generator, aandrijving, bekabeling en vermogenselektronica aanvullende verliezen op.
Golven worden steeds kleiner
Opvallend is wat er achter het golfpark gebeurt. Iedere rij haalt energie uit het water, waardoor de golven verderop steeds kleiner worden. Uiteindelijk resteert volgens de berekeningen nog slechts een relatief geringe golfbeweging.
Dat principe zou op termijn interessant kunnen zijn op locaties waar energieopwekking en golfdemping gecombineerd kunnen worden, bijvoorbeeld rond offshore-infrastructuur. Of dat economisch aantrekkelijk wordt, is nog onzeker.
Van simulatie naar ruwe zee
Golfenergie heeft als voordeel dat golven veel regelmatiger beschikbaar kunnen zijn dan zonlicht of wind, maar installaties op zee krijgen te maken met corrosie, extreme belastingen en kostbaar onderhoud.
De nieuwe methode lost die problemen niet op. Wel pakt hij een fundamenteel technisch obstakel aan: hoe haal je met één golfpark veel energie uit een zee die voortdurend van karakter verandert?
