Help!
Top wrapper

Glavni izbornik
Početna stranica
Energija uz video prikaz
Energija općenito
Uvod u izvore energije
Obnovljivi izvori energije
Neobnovljivi izvori energije
Energija i ekologija
Činjenice o energiji
Korisni linkovi
Izvori energije - RSS Feed
Dodatno
Nafta - Neka pitanja
Geo. en. - Upotreba i principi
Prednosti biomase
Kako radi nukl. elektrana?
Zanimljivi linkovi
US Department of Energy
Crude Oil Price
 
 

Energija oceana (Ocean energy)

Wednesday, 09 April 2008

Svijet je došao u vrijeme kada treba sve više i više energije budući da potrošnja energije znatno raste na globalnoj skali. No ne samo da svijet treba energiju, već štoviše treba energiju iz obnovljivih, ekološki prihvatljivih izvora energije koji ne uzrokuju ekološke probleme kao što su globalno zatopljenje i zagađenje zraka. Jedan od tih novih obnovljivih izvora energije svakako bi mogla biti i energija oceana čija će važnost sigurno biti puno veća u budućnosti.

Oceani pokrivaju više od 70% Zemljine površine te time predstavljaju vrlo interesantan izvor energije koji bi u budućnosti mogao davati energiju kako domaćinstvima, tako i industrijskim postrojenjima. Trenutno je energija oceana izvor energije koji se vrlo rijetko koristi jer trenutno postoji malen broj elektrana koje koriste energiju oceana, a osim toga te su elektrane još uvijek malih dimenzija tako da je dio energije koji se odnosi na energiju oceana ustvari zanemariv na globalnoj skali. No kako obnovljivi sektor dobiva sve veće značenje s njime bi trebalo također porasti i iskorištavanje, ovog u najmanju ruku zanimljivog izvora energije. Postoje tri osnovna tipa koja se koriste u iskorištavanju energije oceana. Možemo koristiti valove, odnosno energiju valova, oceansku energiju plime i oseke, a osim toga možemo koristiti i temperaturnu razliku vode kako bi dobili energiju (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC).

Energija valova (Wave Energy)

Energija valova je oblik kinetičke energije koja postoji u kretanju valova u oceanu, a kretanje valova uzrokuje puhanje vjetrova po površini oceana. Ta energija može biti iskorištena da pokrene turbine, te postoji dosta mjesta gdje su vjetrovi dovoljno snažni da proizvedu stalno kretanje valova. Ogromne količine energije kriju se u energiji valova te joj to daje ogromni energetski potencijal. Energija valova se direktno hvata ispod površine valova ili iz raznih fluktuacija pritisaka ispod površine. Tada ta energija može pogoniti turbinu, a najjednostavniji i najčešći način funkcioniranja je sljedeći: Val se diže u komori, a rastuće sile vode tjeraju zrak iz komore te tako pokretljivi zrak zatim pogoni turbinu, a koja onda pokreće generator.

Glavni problem s energijom valova predstavlja činjenica što se taj izvor energije ne može ravnomjerno koristiti u svim dijelovima svijeta. Upravo zbog tog razloga što se energija valova ne može koristiti u svim dijelovima svijeta mnoga su straživanja posvećena upravo rješavanju tog problema ravnomjernosti. No isto tako postoje i mnoga područja s vrlo visokom stopom iskoristivosti, kao što su primjerice zapadna obala Škotske, sjeverna Kanada, južna Afrika, Australija te sjeverozapadna obala sjeverne Amerike. Postoje mnoge razne tehnologije za iskorištavanje energije valova, no samo malen broj njih je ustvari komercijalno iskoristiv. Tehnologije za iskorištavanje energije valova nisu samo instalirane na obali, već i daleko na pučini, a i naglasak velikih projekata kao što je "The OCS Alternative Energy Programmatic EIS" je upravo na pučinskim projektima sa sistemima postavljenim u dubokoj vodi, na dubinama koje prelaze 40 metara.

Oscillating water column.
Oscillating water column. Kliknite na sliku za punu veličinu.

No većina tehnologija za iskorištavanje energije valova još uvijek je orijentirana blizu obale, ili na samoj obali, a razlika među njima je u njihovoj orijentaciji prema valovima s kojima su u interakciji, te sa radnim principom uz pomoć kojega se energija valova pretvara u željeni oblik energije. Među najpopularnijim tehnologijama su svakako tzv. terminator devices, point absorbers, attenuators i overtopping devices. Terminator devices kao što su oscilating water columns uobičajeno se nalaze na obali ili blizu same obale, a imaju princip rada gdje se šire perpendikularno s obzirom na smjer putovanja vala i gdje nakon što se snaga vala uhvati i reflektira, oscilating water column se nakon toga giba poput klipa gore-dolje, tjerajući zrak kroz otvor povezan s turbinom. Point absorbers su drugačija vrsta tehnologije koja uključuje plutajuće strukture sa komponentama koje se kreću u relaciji jedna prema drugoj zbog energije vala, te se onda stvara energija jer to kretanje tjera elektromehaničke ili hidrauličke konvertore energije. Attenuatori su također plutajuće strukture koje su orijentirane paralelno s obzirom na smjer valova, a gdje razlika u visinama valova po dužini naprave, uzrokuje savijanje na mjestima gdje se dijelovi naprave spajaju, a to savijanje je spojeno sa hidrauličnom pumpom ili drugim konverterima za dalju transformaciju u korisne oblike energije.

Overtopping devices imaju drugačiji princip rada te su oni ustvari rezervoari koji se pune nadolazećim valovima na nivoe iznad prosjeka onih od okružujućeg oceana, te nakon što se ispusti voda gravitacija ih tjera natrag prema površini oceana, te nakon toga ta energija pokreće vodene turbine. Iako je potencijal energije valova neupitan postoje određeni aspekti koji se trebaju uzeti u razmatranje, a naročito problemi okoliša jer te tehnologije mogu imati negativan učinak na brojna morska staništa, a postoji i opasnost od izlijevanja toksičnih tvari kao što su razne hidrauličke tekućine, stvaranje zvuka iznad i ispod vodene površine, promjene na morskom dnu, itd.

Energija plime i oseke (Tidal Power)

Druga tip energije oceana je energija plime i oseke, budući da kad morske mijene dođu na obalu, mogu se zatvoriti u rezervoare iza brana. Energija plime i oseke je ustvari forma hidroenergije koja iskorištava kretanja vode, a koja se događaju zbog morskih mijena, odnosno spuštanja i dizanja u razini mora. Energija plime i oseke se stvara zahvaljujući generatorima koji su ustvari velike podvodne turbine postavljena u područja s velikim morskim mijenama, dizajnirana tako da uhvate kinetičko kretanje nadirućih morskih mijena, a kako bi se stvorila električna energija. Energija plime i oseke ima ogroman potencijal za buduće energetske projekte, ponajviše zbog ogromnih površina svjetskih oceana.

Elektrana na rijeci Rance.
Elektrana na rijeci Rance. Kliknite na sliku za punu veličinu.
Potencijal energije plime i oseke nije neka novost, te je taj princip poznat već dugo godina (male brane oko oceana su već nicale i početkom 11 st.). No, kada se ti projekti usporede s branama na rijekama, dolazi se do zaključka o vrlo visokim troškovima tih projekata jer je kao prvo riječ o masivnim projektima, a s druge strane ti masivni projekti moraju biti izgrađeni u zahtjevnom području za građenje gdje ima mnogo soli. Neisplativost je ustvari glavni razlog zašto energija plime i oseke nije našla mjesto među najkomercijalnijim obnovljivim izvorima energije, usprkos neospornom potencijalu. Da bi energija plime i oseke funkcionirala na zadovoljavajućem nivou potrebni su vrlo veliki pomaci u mijenama, od barem 5 metara između plime i oseke, te ima vrlo malo mjesta koja bi zadovoljavala takve uvjete. Jedno od pogodnih područja je La Rance elektrana u Francuskoj, a koja je ujedno i najveća elektrana koja radi na principu energije plime i oseke. Ta elektrana koja je ujedno i jedina elektrana takve vrste u Europi smještena je u estuariju rijeke Rance u sjevernoj Francuskoj i trenutno stvara dovoljno energije za zadovoljavanje potrebe 240.000 francuskih domaćinstava. Kapacitet te elektrane je otprilike petina onog prosječne nuklearke, odnosno elektrane pogonjene na ugljen. Glavni problem svih tih elektrana leži u tome da mogu dnevno raditi samo nekih 10 sati, točnije za vrijeme kad se plima diže, odnosno oseka spušta. No velika prednost leži u činjenici što su plima i oseka potpuno predvidljive pojave, tako da se lako može isplanirati vrijeme rada tih elektrana u vrijeme kada su morske mijene aktivne, a recimo to nije slučaj sa svim vrstama energije (primjerice energija vjetra).

Puno je prednosti vezano uz energiju plime i oseke. Riječ je o obnovljivom izvoru energije koji je ujedno ekološki prihvatljiv jer ne ispušta stakleničke plinove niti uzrokuje otpad, ne treba mu gorivo za pogon, a budući da su mijene totalno predvidljive može pouzdano proizvoditi energiju, a jednom kada se elektrana napravi nije toliko skupa za održavanje. No ima tu i negativnih strana, od kojih svakako najviše pozornosti plijene ogromni početni troškovi jer je riječ o vrlo masivnim projektima koji zahtijevaju velika područja. To može stvoriti velike ekološke probleme i uništiti mnoge ekosisteme, naročite one ptica jer one koriste razdoblje plime i oseke za pronalaženje hrane. Naravno tu je također i ograničeno dnevno vrijeme rada elektrane, tijekom samo 10 sati dok su povoljni uvjeti mijena.

Konverzija termalne energije oceana (Ocean thermal energy conversion)

Zatovreni OTEC sistem.
Zatovreni OTEC sistem. Kliknite na sliku za punu veličinu.
Konverzija termalne energije oceana je metoda za stvaranje elektriciteta koja se služi temperaturnom razlikom koja postoji između duboke i plitke vode, jer je voda na većoj dubini hladnija. Ukoliko postoji veća temperaturna razlika, veća je i efikasnost čitave metode, a minimalna temperaturna razlika treba biti 38 stupnjeva Fahrenheita. Ova metoda ima dugu povijest funkcioniranja, te datira s početka 19. stoljeća. Većina stručnjaka smatra kako bi ova metoda dala dobar omjer ulaganja i koristi već sa postojećim tehnologijama bi se mogao proizvoditi gigawat električne energije. No to ipak nije slučaj danas jer OTEC zahtijeva ogromne, skupe cijevi velikih promjera koje se moraju postaviti barem kilometar duboko u more, a kako bi mogle dovoditi hladniju vodu sa većih dubina, a što je naravno vrlo skupo. Tipovi OTEC sistema su slijedeći:
 
 
 
 
  • Sistemi zatvorenog kruga (Closed-Cycle)

    Sistemi zatvorenog kruga koriste tekućinu sa niskim stupnjem vrelišta, najčešće amonijak, te na taj način pokreću turbinu, a koja onda stvara električnu energiju. Topla površinska morska voda se pumpa kroz izmjenjivač topline i tu se zahvaljujući niskoj točki vrelišta isparava, te takva novonastala para zatim pokreće turbo generator. Hladnija dublja voda se zatim upumpava kroz drugi izmjenjivač topline gdje zahvaljujući kondenzaciji prelazi natrag iz pare u tekućinu, a ta se tekućina zatim reciklira kroz sistem. 1979. godine Natural Energy Laboratory, u suradnji s nekoliko partnera napravio je mini OTEC eksperiment, a koji je bio prvi uspješan OTEC sistem zatvorenog mora koji je konstruiran na moru. Mini OTEC plovilo je odvezeno 2,4 km od Havajske obale, a uspjelo je proizvesti dovoljno energije da svijetle svjetla na plovilu, te također za rad brodskih kompjutora i televizora. A 20 godina kasnije, 1999. godine Natural Energy Laboratory je testirao i pilot elektranu zatvorenog sistema snage 250-kW što je najveća elektrana takvog tipa ikad puštena u operaciju.

  • Sistemi otvorenog kruga (Open-Cycle)

    Sistemi otvorenog kruga koriste tople površine tropskih oceana za dobivanje elektriciteta zahvaljujući činjenici što topla voda nakon što se stavi u kontejner sa niskim pritiskom, proključa. Nakon toga para koja se širi počinje tjerati turbinu sa niskim pritiskom spojenu na električni generator, te se na kraju kondenzira natrag u tekućinu zbog izloženosti hladnim temperaturama iz dubine oceana.

    1984 godine tadašnji Solar Energy Research Institute (danas pod imenom National Renewable Energy Laboratory) razvio je tzv. «vertical-spout evaporator» čija je namjena pretvorba tople morske vode u paru pod niskim pritiskom, a za izgradnju projekata otvorenog kruga. Nakon što su 1993. godine postignute efikasnosti i do 97 %, sistemima otvorenog kruga priznat je neosporni potencijal. Bila je to elektrana na Keahole Point, Hawai, koja je tijekom svog testiranja proizvela oko 50,000 W električne energije.

  • Hibridni sistemi (Hybrid)

    Hibridni sistemi su dizajnirani na način koji kombinira pozitivne značajke, kako otvorenih, tako i zatvorenih sistema. Način rada kod hibridnih sistema uključuje toplu morsku vodu koja ulazi u vakuumsku komoru gdje se pretvara u paru (proces sličan kod sistema otvorenog tipa). Nakon toga para se vaporizira u tekućinu niskog vrelišta (kao kod zatvorenih sistema), a koja zatim pokreće turbinu te stvara električnu energiju.

OTEC ima vrlo visok potencijal za stvaranje električne energije, no nije električna energija jedina pozitivna stvar koja se može dobiti zahvaljujući OTEC-u. Kao nusprodukt može se proizvesti hlađenje zraka, a upotrijebljena hladna morska voda iz OTEC elektrana može ili ohladiti svježu vodu u izmjenjivačima topline ili teći direktno u nekom sistemu za hlađenje. A tu je i akvakultura jer neke vrste ribe, kao primjerice lososovi, se mogu znatno bolje razmnožavati u dubokoj vodi bogatoj nutrientima, dobivenom temeljem principa rada OTEC-a. No postoje i negativne strane, naročito što se tiče isplativosti tih projekata jer OTEC elektrane traže vrlo velike početne investicije, a također treba zadovoljiti i pitanja okoliša, budući da su OTEC elektrane vrlo velike te traže puno prostora za izgradnju. Još jedan faktor koji utječe na komercijalizaciju OTEC projekata je i činjenica da na svijetu ima samo nekoliko stotina mjesta prikladnih za građenje, i to u tropskim krajevima, gdje je duboki ocean dosta blizu obale te se time izbjegavaju dodatni troškovi koji bi se javili prilikom gradnje OTEC projekta dalje od obale.

Zaključak

Energija oceana predstavlja obnovljivi izvor energije koji bi definitivno trebao više istraživanja, ponajviše kako bi se povećala efektivnost ulaganja i smanjili ogromni početni troškovi, a što je ujedno i najveća mana ovog obnovljivog izvora. Oceani predstavljaju 2/3 površine zemlje te kao takvi predstavljaju ogroman potencijal vrijedan daljnjeg istraživanja. No trenutne moderne tehnologije nisu na zadovoljavajućem stupnju razvoja kako bi iskoristile taj ogromni potencijal, iako valja reći kako zahvaljujući težnji za što više energije, istraživanja se počinju sve više odvijati i u sektoru energije oceana. Problemi koji se tiču masivnosti tih elektrana, odnosno povrata ulaganja svakako se ističu, no nisu jedini jer je potrebno zadovoljiti i neke ekološke standarde prije upuštanja u veće projekte, a kako bi se okoliš očuvao u najvećoj mogućoj mjeri. Usprkos tome što sektor energije oceana nije doživio boom kao neki drugi sektori obnovljivih izvora energije, projekti kao što su izgradnja OTEC elektrane u Keahole Point na Havajima daje razloga za optimizam i vjeru kako će budućnost znati iskoristiti neosporni ogromni potencijal ovog izvora energije. Potrebna je samo odgovarajuća tehnologija.

 
Top ot the page!