Oceany i morza jako niewyczerpalne źródło energii


Morza i oceany pokrywają ponad 70% powierzchni naszej planety – jest to 1300 milionów km3 wody. Tak ogromna ilość niezwykłej substancji, jaką jest H2O, stwarza możliwość czerpania nieograniczonej i całkowicie odnawialnej energii, której ilość mogłaby pokryć zapotrzebowania ludzkości.

Niezwykłe H2O

Jest kilka sposobów na pobranie energii z wody. Mogą to być metody chemiczne, które wykorzystują różnice zasolenia wód poprzez mechanizm osmozy. Wykorzystać można również właścicowści do akumulacji ciepła – różnice temperatur w poszczególnych warstwach wody mogą być podstawą do produkcji energii, choć jakąkolwiek opłacalność ma to tylko na wodach równikowych, gdzie te różnice są największe.
Najważniejszą cechą wód oceanicznych i morskich z punktu widzenia poboru energii jest jednak fakt, że są w nieustannym ruchu (a wszystko co jest w ruchu posiada energię – kinetyczną). Jest to związane głównie z ruchem atmosfery, obrotem ziemi oraz wpływem ciał niebieskich: naszego naturalnego satelity oraz słońca. Efektem są przypływy oraz odpływy (pływy), prądy morskie oraz fale.

Pływy, prądy i fale

Dzięki zmiennej bliskości słońca i księżyca w niektórych obszarach Ziemi poziom wody może się wahać nawet o kilkanaście metrów. W konsekwencji pewna ilość wody dopływa w porze przypływu oraz znika podczas odpływu. Dzięki regularności tego zjawiska, opłacalna jest budowa zapór z podwodnymi turbinami, obracanymi przez przepływ wody. Pierwszą i największa tego typu (do niedawna*) elektrownia wodna  na świecie zlokalizowana jest we Francji nad rzeką Rance, posiada 24 turbiny o łącznej mocy 240 MW.
W przyszłości w zatoce Penżyńskiej (Rosja) ma powstać wręcz nieprawdopodobny obiekt tego typu – tamtejszy potencjał energetyczny wynosi aż 22 GW (!)**.

Zdjęcie elektorwni w ujściu rzeki Rance

Innym źródłem energii mogą być morskie prądy. Ich wykorzystanie jest możliwe, choć narazie wątpliwe ekonomicznie – tego typu elektrownie zwykle powinny być umieszczone całkowicie pod wodą. Niewątpliwą zaletą wykorzystania prądów jest ich znaczna stabilność – elektrownie tego typu generowałyby zawsze niezmienną ilość mocy. Mimo, że potencjał prądów szacuje się na około 7 TW, ich wykorzystanie stoi pod znakiem zapytania, i to nie tylko z powodu kosztów ekonomicznych i trudności technicznych. Ingerencja w prądy morskie mogłaby zmienić ich układ i zaburzyć równowagę w środowisku, co prowadziłoby do zmian klimatycznych i wielu nieprzewidzianych konsekwencji. Dopuki nie zostanie to dostatecznie dobrze zbadane, nie powstanie zapewne żadna duża elektrownia tego typu.
Ostatnim zjawiskiem typowo mechanicznym jest falowanie – to właśnie w nim można upatrywać przyszłości energetyki morskiej. Zwykle w przypadku pobierania energii z fal mówi się o dwóch metodach: pierwszą jest zebranie wpływającej fali do pojemnika, w którym woda w momencie jego przelania porusza turbiną produkującą energię. Często woda wpływa zwężającym się korytem, które zwiększa wysokość fali (a co za tym idzie, ilość wpływającej wody). Rolę pojemnika może spełniać również platforma, na którą wpływa niesiona falami woda. W centralnej części platformy może być otwór stanowiący odpływ na wody, a w którym również umieszcza się turbinę.
Druga metoda jest tak naprawdę pneumatyczna, ale fale są niezbędne do jej działania. Elektorwnię umieszcza się zwykle na brzegu lub pływającej platformie, a napływające do niej fale wpadając do specjalnych otworów wymuszają ruch powietrza poprzez jego sprężenie, co z kolei obraca turbiną.
Oczywiście możliwości poboru energii nie ograniczają się tylko do tych dwóch metod. Innym sposobem jest na przykład wykorzystanie składających się z segmentów „węży morskich” (Pelamisów). Ruch segmentów względem siebie również generuje energię. Słyszałem również o metodzie która polega na wykorzystaniu fal do przesuwania przeszkód, co również miałoby wytwarzać energię. W przyszłości takich oraz jeszcze dziwniejszych mechanizmów może powstać bardzo wiele.


Pelamis – cztero-segmentowa elektrownia morska


Powyższa instalacja wykorzystuje unoszenie boi przez morskie fale. Sprzężone z nimi stalowe ramiona wprawiane są w ruch wytwarzając przy tym energię.

Coś więcej, niż źródło życia

Być może w przyszłości woda stanie się dla nas czymś więcej niż jest dzisiaj. Jej wykorzystanie może być kolejnym niezbędnym krokiem do wybudowania ekologicznej cywilizacji opartej na energii ze źródeł odnawialnych. Czy jednak uda nam się okiełznać żywioł? Możliwości techniczne mamy, jednak w naszym świecie tylko przedsięwzięcia opłacalne ekonomicznie mogą być realizowane (zapewne dlatego dotychczasowy sukces energetyki odnawialnej jest conajwyżej umiarkowany – wydobycie i spalanie węgla wciąż jest tańsze od wykorzystanie wiatru czy wody). To jak będzie, jak zwykle czas pokaże.

Pozdrawiam,
Jakub Szostakiewicz
odpadyblog.pl

 

* – największa na świecie jest obecnie elektrownia nad jeziorem Shihwa w Korei o mocy 254 MW.
** – niektóre źródła mówią nawet o cztery razy większej mocy. Wprawdzie nie chce mi się trochę w to wierzyć, ale gdyby zbudowac elektrownie wodną wykorzystującą potencjał w całości… to by było coś ;)