Energia prądów morskich, pływów i falowania

Energia prądów morskich, pływów i falowania

Jednym ze źródeł energii odnawialnej jest energia związana z ruchami wody morskiej: falowaniem (wiatrowym i sejsmicznym), pływami (przypływy i odpływy) i prądami morskimi (ciepłym, zimnym i obojętnym).

Energia kinetyczna prądów morskich

Energia kinetyczna prądów morskich
@ NOAA / @ Public domain

Prądy morskie są jednym z podstawowych czynników pobudzających cyrkulację wód w oceanie.

Moc prądów morskich jest oceniana na 7 TW. Jest prawie dwa razy więcej niż moc możliwa do otrzymania ze spadku wód śródlądowych. Obecnie jednak jej wykorzystanie jest bliskie zeru z powodu problemów technicznych i obawy przed zaburzeniem naturalnej równowagi.

Prądy morskie powstają pod wpływem:

  • ciśnienia powietrza i tarcia wody (wiatr) o powierzchnię oceanu
  • różnic w gęstości wody wywołanych zmianami temperatury i zasolenia
  • różnic w wysokości poziomu zwierciadła w sąsiadujących częściach oceanu
  • sił przyciągania Słońca i Księżyca.

Wielu badaczy uważa, że prądy morskie mają fundamentalne znaczenie dla klimatu i uszczuplenie ich energii, choćby niewielkie, mogłoby doprowadzić do nieobliczalnych zmian klimatycznych.

Prądy morskie
@ Wikipedia
Prądy morskie
Wikipedia / @ Avsa / CC BY SA 3.0

Energia pływów

Energia pływów
Pixabay / @ Quangpraha / CC0

Pływy są skutkiem grawitacyjnego oddziaływania przyciągania Księżyca i Słońca. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczenie ich poprzez turbiny wodne podczas odpływu.

Pływy są źródłem energii o mniejszym potencjale niż prądy morskie, ale za to bezpieczniejszym i lepiej poznanym. Szacuje się, że możliwe do wykorzystania jest 200 GW.

Pierwsza wzmianka na temat ich wykorzystania pochodzi z 1086 roku z Dover, gdzie pracował młyn napędzany energią pływów.

Pierwszą elektrownię pływową zbudowali w roku 1967 Francuzi przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche (koło Cherbourga). Ma ona 24 turbiny wodne rewersyjne o mocy po 10 MW każda, a więc moc 240 MW. Elektrownia pracuje od 4 do 8 godzin dziennie, wytwarzając średnio 600 GWh energii elektrycznej rocznie. Maksymalna amplituda pływów wynosi 13,5 m, a minimalna 5 m. 100% zainstalowanej mocy osiąga ona przy spadzie wynoszącym 6 m.

Obecnie elektrownie pływowe są również w Rosji, Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Chinach, Korei Południowej i Indiach.

Okres eksploatacji elektrowni wykorzystującej pływy liczony jest na 100 lat, jednak z powodu niebezpieczeństwa sztormów i huraganów nie wykorzystuje się ich na skalą przemysłową.

Wadami tych elektrowni jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów na skutek wahań wody, a także utrudnienie wędrówek ryb w górę rzeki.

W latach dziewięćdziesiątych wymyślono bardziej ekologiczny sposób wykorzystania energii przypływów mianowicie podmorskie młyny. Młyny te kręcą się dzięki prądom morskim wywołanym przez ruchy mas wody.

Pierwszą taką turbinę zainstalowano w okolicach Loch Lihne w Szkocji w 1995 roku. Była ona przymocowana do zakotwiczonej tratwy i wytwarzała 15 kW energii. Jakiś czas później większą, bo o mocy 300 kW turbinę po raz pierwszy podłączono do sieci energetycznej. Wiatrak podwodny jest na stałe zakotwiczony do morskiego dna. Pracuje w cieśninie Kvalsund koło norweskiego miasteczka Hammerfest. Urządzenie to waży prawie 200 ton.

W cieśninie występują bez przerwy ruchy wody wywołane przypływami o wysokości dochodzącej do 3 m. Przez pół doby przypływ wtłacza wodę morską do zatoki z prędkością do 2,5m/s, a przez drugie pół nadmiar wody wraca z powrotem do morza. Dlatego też podwodne młyny zaopatrzone zostały w ruchome ramiona o długości 10 m, co 12 godz. i 25 minut obracają się one o 180 stopni. Ramiona turbin umieszczone są na głębokości 17 metrów p.p.m., dzięki temu umożliwiając swobodne kursowanie statków. Turbiny elektrowni poruszają się na tyle wolno (siedem obrotów na minutę), że żadna przepływająca tamtędy ryba nie musi obawiać się posiekania na kawałki.

Elektrownia ta nie potrzebuje paliwa, jednak jej budowa była tak kosztowna, iż prąd jest trzykrotnie droższy od tego z tradycyjnych źródeł. Zaletą takiej elektrowni jest całkowita niezależność od warunków atmosferycznych. Bez względu na to, czy wieje wiatr, czy świeci słońce, morskie przypływy są takie same i generują prąd o tej samej mocy.

Pomimo nieprzezwyciężonych wciąż trudności, naukowcu uważają, że zasoby energii pływów morskich należą do najpoważniejszych na świecie.

Energia falowania – energia fal morskich

Energia falowania - energia fal morskich
Pixabay / @ Free-Photos / CC0

Moc fal ocenia się na 3 TW, jednak wykorzystanie tej energii sprawia pewne trudności, pomimo iż opracowano wiele teoretycznych metod konwersji energii falowania na energię elektryczną.

Największym problemem jest zmienność wysokości fal i wytrzymałość elektrowni.

Najważniejsze sposoby konwersji energii fal na elektryczną:

  • elektrownie pneumatyczne – fale wymuszają w nich ruch powietrza, które napędza turbinę
  • elektrownie mechaniczne – wykorzystują siłę wyporu do poruszania się prostopadle do dna, co powoduje obracanie się wirnika połączonego z prądnicą
  • elektrownie indukcyjne – wykorzystują ruch pływaków do wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie poruszających się wraz z pływakami cewek w polu magnetycznym
  • elektrownie hydrauliczne – w których przez ścianki nieruchomego zbiornika przelewają się jedynie szczyty fal, a woda wypływająca ze zbiornika napędza turbinę.

Rodzaje OZE czyli odnawialnych źródeł energii

Energia słoneczna

Energia słoneczna
Energia słoneczna to główne źródło energii na Ziemi, dzięki któremu rośliny zielone produkują biomasę. Energetyka słoneczna to gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.


Flickr / @ Tim Geers / CC BY SA 2.0

Energia wodna
Energia wodna to wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Wykorzystanie energii wodnej polega na spiętrzeniu wody, a następnie przetworzeniu energii spadających wód w energię mechaniczną lub elektryczną.


Energia wiatru - energia wiatrowa

Energia wiatru
Energia wiatru to energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych.


Energia geotermalna

Energia geotermalna
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) to energia cieplna skał, wody i gruntu pod powierzchnią Ziemi, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Ciepło to powstaje w wyniku zachodzących we wnętrzu Ziemi reakcji jądrowych i termochemicznych.


Energia prądów morskich, pływów i falowania

Energia prądów morskich, pływów i falowania
Jednym ze źródeł energii odnawialnej jest energia związana z ruchami wody morskiej: falowaniem (wiatrowym i sejsmicznym), pływami (przypływy i odpływy) i prądami morskimi (ciepłym, zimnym i obojętnym).


Energia cieplna oceanu

Energia cieplna oceanu
Energia cieplna oceanu (Thermal Energy Conversion OTEC) to technologia mająca pozwolić odzyskiwać energię cieplną zgromadzoną w wodach oceanów, a dokładnie wykorzystać różnicę temperatur między chłodniejszymi wodami z głębin a cieplejszymi z wód powierzchniowych.


Biomasa

Biomasa
Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji frakcję produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej (substancji pochodzenia roślinnego i zwierzęcego), leśnej i powiązanych gałęzi przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także biogazy i ulegającą biodegradacji frakcję odpadów przemysłowych i komunalnych.


Biopaliwo

Biopaliwo
Biopaliwo to paliwo wyprodukowane z biomasy. Różnego rodzaju biopaliw jest mnóstwo i występują one w formie gazowej, ciekłej i stałej. Ponieważ biomasa jest odnawialnym źródłem energii, można uważać biopaliwo jako nośnik energii odnawialnej.


Biogaz

Biogaz
Biogaz to gaz powstający z przetworzenia organicznych związków zawartych w biomasie. Jest źródłem wtórnym powstającym z przetworzenia biomasy przy wykorzystaniu różnych procesów.


Odnawialne Źródła Energii

Definicja, wady i zalety odnawialnych źródeł energii
Odnawialne źródła energii (OZE) to źródła energii, których wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, ponieważ zasób tych źródeł odnawia się w krótkim czasie. Źródłami takimi są wiatr, promieniowanie słoneczne, opady, pływy morskie, fale morskie i geotermia.