”aalto” on yleisnimitys useille eri tavoille, joilla energiaa siirretään:

• sähkömagneettisissa aalloissa energia siirtyy sähkö-ja magneettikenttien värähtelyjen kautta.
• ääniaalloissa energia siirtyy ilman hiukkasten tai kiinteän aineen hiukkasten värähtelystä, jonka läpi ääni kulkee.
• vesiaalloissa energia siirtyy vesihiukkasten värähtelystä.

aallot siirtävät energiaa, mutta eivät massaa

kun katsomme rantaan tulevia surffiaaltoja, on helppo ajatella, että yksittäiset vesihiukkaset liikkuvat meitä kohti, mutta niin ei todellisuudessa ole. Aalloissa mukana olevat hiukkaset liikkuvat edestakaisin kohtisuorasti aallon kulkusuuntaan nähden, mutta eivät liiku merkittävästi aallon suuntaan. Hiukkaset ’osallistuvat’ aaltoon törmäämällä toisiinsa ja siirtämällä energiaa. Tämän vuoksi energiaa voidaan siirtää, vaikka hiukkasten keskimääräinen sijainti ei muutu.

miten tämä toimii? Voi auttaa, kun ajattelee meressä keikkuvaa poijua. Sen ohi kulkevat aallot liikuttavat poijua ylös ja alas, mutta se ei liiku suunnattomasti veden yli.

meksikolaisaaltoa saattoi ajatella myös urheilu-ottelussa. Aalto liikkuu ympäri areenaa, mutta yleisön jäsenet eivät liiku sen mukana – he vain nousevat seisomaan ja istuvat alas (kohtisuorassa liike aallon suuntaan).

Vesiaallon hiukkaset vaihtavat kineettistä energiaa potentiaalienergiaan

kun vedessä olevista hiukkasista tulee osa aaltoa, ne alkavat liikkua ylös-tai alaspäin. Tämä tarkoittaa, että liike-energia (liike-energia) on siirretty niihin. Kun hiukkaset liikkuvat kauemmas normaaliasennostaan (ylös kohti aallonharjaa tai alas kohti aallonpohjaa), ne hidastuvat. Tämä tarkoittaa, että osa niiden liike – energiasta on muuttunut potentiaalienergiaksi-aallon hiukkasten energia värähtelee kineettisen ja potentiaalienergian välillä.

potentiaalienergian miettiminen voi auttaa ymmärtämään, miksi tsunamit voivat olla niin vahingollisia. Kun tsunami lähestyy rantaa, se matalikoituu (tulee paljon korkeammaksi), joten vesihiukkaset siirtyvät kauemmas tasapainosta. Ne saavat paljon potentiaalienergiaa, ja tämä vapautuu, kun aalto vuorovaikuttaa maan kanssa.

Aallon energian mittaaminen

miksi joillakin aalloilla on enemmän energiaa kuin toisilla? Aallon taajuus ja aallonpituus ovat molemmat sen energian indikaattoreita, mutta tämä eroaa erityyppisten aaltojen osalta.

vesiaalloissa eniten energiaa on niillä, joilla on suuri nopeus ja pitkä aallonpituus (kuten tsunamilla). Sähkömagneettisille aalloille nopeus on vakio, joten aallot, joilla on korkea taajuus ja lyhyt aallonpituus (kuten röntgensäteet), ovat energisimpiä.

kaikilla aalloilla suurempi amplitudi tarkoittaa enemmän energiaa.

sähkömagneettisen spektrin interactive-palvelussa voi klikata eri aallonpituuksia oppiakseen lisää spektrin muodostavista aalloista.

aaltoenergian valjastaminen

tutkijat Uudessa-Seelannissa ja muualla pohtivat, miten vesiaaltojen energia voitaisiin muuttaa sähköksi. Uutta-Seelantia ympäröivät meret ovat lupaavia paikkoja Aaltovoiman tuottamiseen, koska meillä on suuria aaltoja ja voimakkaita virtauksia. Aaltovoiman tuottamiseen tarvittaisiin Vedenalainen laite (kuten esimerkiksi mela), joka liikkuisi aaltojen vaikutuksesta ja ajaisi turbiinia, joka tuottaisi sähköä.

Aaltovoiman idea on houkutteleva, koska aallot ovat kestävä luonnonvara – niitä ei voi käyttää loppuun (toisin kuin muita luonnonvaroja, kuten hiiltä, joita käytetään sähköntuotantoon Uudessa-Seelannissa). Ne ovat kuitenkin melko tehottomia – ne tarvitsevat paljon rannikkotilaa tuottaakseen hyödyllisiä energiamääriä. Matemaattisen mallinnuksen ja fyysisen mallinrakennuksen avulla Kiwi-tutkijat tutkivat, miten aaltovoima valjastetaan, mutta kestää jonkin aikaa, ennen kuin käytämme aaltovoimasta saatavaa sähköä kodeissamme.

vuosina 2007-2011 energiatehokkuus-ja Luonnonsuojeluviranomainen (Eeca) hallinnoi marine Energy Deployment Fundia, joka rahoitti marine energy-hankkeita. Tarkastelun jälkeen yksikään hankkeista ei päätynyt etenemään, ja vuodesta 2016 lähtien EECA uskoo, että Uuden-Seelannin edullisten uusiutuvien energialähteiden runsaus tekee epätodennäköiseksi sen, että merienergia vaikuttaisi kansalliseen verkkoon lähitulevaisuudessa. Tutkimukset valtameriaaltojen energian valjastamisesta jatkuvat muissa maissa.

vuosina 2017-2019 Niwa tutki osana Sustainable Seas Innovation Fund-hanketta, olisiko aotearoalle kannattavaa tuottaa sähköä cookinsalmen voimakkaista vuorovesivirtauksista. Katso lisätietoja Niwan verkkosivuilta kohdasta Energy from tidal currents-Kick-starting a new marine industry with huge potential.

hyödyllisiä linkkejä