Energija okeana

Detalji: Kategorija: Obnovljivi izvori energije; Datum objavljivanja sreda, 15 februar 2012 09:51; Pogodaka: 147

Svet je došao u vreme kada treba sve više i više energije budući da potrošnja energije znatno raste na globalnoj skali. Međutim, ne samo da svet treba energiju, već štaviše treba energiju iz obnovljivih, ekološki prihvatljivih izvora energije koji ne uzrokuju ekološke probleme kao što su globalno otopljavanje i zagađenje vazduha. Jedan od tih novih obnovljivih izvora energije svakako bi mogla biti i energija okeana čija će važnost sigurno biti puno veća u budućnosti.

Okeani pokrivaju više od 70% Zemljine površine pa samim tim predstavljaju vrlo interesantan izvor energije koji bi u budućnosti mogao davati energiju kako domaćinstvima, tako i industrijskim postrojenjima. Trenutno je energija okeana izvor energije koji se vrlo retko koristi jer trenutno postoji mali 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 okeana ustvari zanemariv na globalnoj skali. Međutim, kako obnovljivi sektor dobija sve veće značenje s njime bi trebalo takođe porasti i iskorišćavanje, ovog u najmanju ruku zanimljivog izvora energije. Postoje tri osnovna tipa koja se koriste u iskorišćavanju energije okeana. Možemo koristiti talase, odnosno energiju talasa, okeansku energiju plime i oseke, a osim toga možemo koristiti i temperaturnu razliku vode kako bi dobili energiju (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC).

Energija talasa

Energija talasa je oblik kinetičke energije koja postoji u kretanju talasa u okeanu, a kretanje talasa uzrokuje duvanje vetrova po površini okeana. Ta energija može biti iskorišćena da pokrene turbine, te postoji dosta mesta gde su vetrovi dovoljno snažni da proizvedu stalno kretanje talasa. Ogromne količine energije kriju se u energiji talasa što joj to daje ogromni energetski potencijal. Energija talasa se direktno hvata ispod površine talasa ili iz raznih fluktuacija pritisaka ispod površine. Tada ta energija može pogoniti turbinu, a najjednostavniji i najčešći način funkcioniranja je sledeći: Talas se diže u komori, a rastuće sile vode teraju vazduh iz komore te tako pokretljivi vazduh zatim pogoni turbinu, a koja onda pokreće generator.

Glavni problem s energijom talasa predstavlja činjenica što se taj izvor energije ne može ravnomerno koristiti u svim delovima sveta. Upravo zbog tog razloga što se energija talasa ne može koristiti u svim delovima sveta mnoga su istraživanja posvećena upravo rešavanju tog problema ravnomernosti. Međutim, isto tako postoje i mnoga područja s vrlo visokom stopom iskoristivosti, kao što su na primer zapadna obala Škotske, severna Kanada, južna Afrika, Australija, severozapadna obala severne Amerike. Postoje mnoge razne tehnologije za iskorišćavanje energije talasa, ali samo mali broj njih je ustvari komercijalno iskoristiv. Tehnologije za iskorišćavanje energije talasa nisu samo instalirane na obali, već i daleko na obali, a i naglasak velikih projekata kao što je „The OCS Alternative Energy Programmatic EIS“ je upravo na obalskim projektima sa sistemima postavljenim u dubokoj vodi, na dubinama koje prelaze 40 metara.

Međutim, većina tehnologija za iskorištavanje energije talasa još uvek je orijentirana blizu obale, ili na samoj obali, a razlika među njima je u njihovoj orijentaciji prema talasima s kojima su u interakciji, te sa radnim principom uz pomoć koga se energija talasa 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 gde se šire perpendikularno s obzirom na smer putovanja talasa i gdje nakon što se snaga talasa uhvati i reflektuje, oscilating water column se nakon toga giba poput klipa gore-dolje, terajući vazduh 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 talasa, pa se onda stvara energija jer to kretanje tera elektromehaničke ili hidrauličke konvertore energije. Attenuatori su takođe plutajuće strukture koje su orijentisane paralelno s obzirom na smer talasa, a gde razlika u visinama talasa po dužini naprave, uzrokuje savijanje na mestima gde se delovi 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 talase na nivoe iznad proseka onih od okružujućeg okeana, a nakon što se ispusti voda gravitacija ih tera nazad prema površini okeana, te nakon toga ta energija pokreće vodene turbine. Iako je potencijal energije talasa dokazan postoje određeni aspekti koji se trebaju uzeti u razmatranje, a naročito problemi okoline jer te tehnologije mogu imati negativan učinak na brojna morska staništa, a postoji i opasnost od izlivanja toksičnih stvari kao što su razne hidrauličke tečnosti, stvaranje zvuka iznad i ispod vodene površine, promene na morskom dnu, itd.

Energija plime i oseke

Energija plime i oseke je forma hidroenergije koja iskorištava kretanja vode, a koja se događaju zbog morskih mena, odnosno spuštanja i dizanja u nivoa mora. Energija plime i oseke se stvara zahvaljujući generatorima koji su ustvari velike podvodne turbine postavljene u područja s velikim morskim menama, dizajnirana tako da uhvate kinetičko kretanje nadirućih morskih mena, a kako bi se stvorila električna energija. Energija plime i oseke ima ogroman potencijal za buduće energetske projekte, ponajviše zbog ogromnih površina svetskih okeana.

Potencijal energije plime i oseke nije neka novost, te je taj princip poznat već dugo godina (male brane oko okeana su već nicale i početkom 11 st.). Međutim, kada se ti projekti uporede s branama na rekama, dolazi se do zaključka o vrlo visokim troškovima tih projekata jer je kao prvo reč o masivnim projektima, a s druge strane ti masivni projekti moraju biti izgrađeni u zahtevnom području za građenje gde ima mnogo soli. Neisplativost je ustvari glavni razlog zašto energija plime i oseke nije našla mesto među najkomercijalnijim obnovljivim izvorima energije, uprkos neospornom potencijalu. Da bi energija plime i oseke funkcionisala na zadovoljavajućem nivou potrebni su vrlo veliki pomaci u menama, od barem 5 metara između plime i oseke, ali i ima vrlo malo mjesta koja bi zadovoljavala takve uslove. 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 smeštena je u estuariju reke Rance u sjevernoj Francuskoj i trenutno stvara dovoljno energije za zadovoljavanje potrebe 240.000 francuskih domaćinstava. Kapacitet te elektrane je otprilike petina onog prosečne nuklearke, odnosno elektrane pogonjene na ugalj. Glavni problem svih tih elektrana leži u tome da mogu dnevno raditi samo nekih 10 sati, tačnije za vrijeme kad se plima diže, odnosno oseka spušta. Velika prednost leži u činjenici što su plima i oseka potpuno predvidljive pojave, tako da se lako može isplanirati vreme rada tih elektrana u vreme kada su morske mene aktivne, a recimo to nije slučaj sa svim vrstama energije (npr. energija vjetra).

Mnogo je prednosti vezano za energiju plime i oseke. Reč je o obnovljivom izvoru energije koji je ujedno ekološki prihvatljiv jer ne stvara efekat staklene bašte niti uzrokuje otpad, ne treba mu gorivo za pogon, a budući da su mene totalno predvidljive može pouzdano proizvoditi energiju, a jednom kada se elektrana napravi nije toliko skupa za održavanje. Međutim, ima tu i negativnih strana, od kojih svakako najviše pažnje privlače ogromni početni troškovi jer je reč o vrlo masivnim projektima koji zahtevaju velika područja. To može stvoriti velike ekološke probleme i uništiti mnoge ekosisteme, naročito ptica jer one koriste razdoblje plime i oseke za pronalaženje hrane. Naravno tu je takođe i ograničeno dnevno vreme rada elektrane, tokom samo 10 sati dok su povoljni uslovi mena.

Konverzija termalne energije okeana

Konverzija termalne energije okeana 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 stepeni Fahrenheita. Ova metoda ima dugu istoriju funkcionisanja, i datira s početka 19. veka. Većina stručnjaka smatra kako bi ova metoda dala dobar odnos ulaganja i koristi već sa postojećim tehnologijama bi se mogao proizvoditi gigawat električne energije. To ipak nije slučaj danas jer OTEC zahteva ogromne, skupe cijevi velikih razmera 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 tečnost sa niskim stepenom ključanja, najčešće amonijak, te na taj način pokreću turbinu, a koja onda stvara električnu energiju. Topla površinska morska voda se pumpa kroz izmjenjivač toplote i tu se zahvaljujući niskoj tačci ključanja isparava, i takva novonastala para zatim pokreće turbo generator. Hladnija dublja voda se zatim upumpava kroz drugi izmjenjivač toplote gde zahvaljujući kondenzaciji prelazi nazad iz pare u tečnost, a ta se tečnost zatim reciklira kroz sistem. 1979. godine Natural Energy Laboratory, u saradnji s nekoliko partnera napravio je mini OTEC eksperiment, a koji je bio prvi uspeešan OTEC sistem zatvorenog mora koji je konstruiran na moru. Mini OTEC plovilo je odvezeno 2,4 km od Havajske obale, a uspelo je proizvesti dovoljno energije da svetle svetla na plovilu, te takođe za rad brodskih kompjutera 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 okeana za dobijanje elektriciteta zahvaljujući činjenici što topla voda nakon što se stavi u kontejner sa niskim pritiskom, proključa. Nakon toga para koja se širi počinje terati turbinu sa niskim pritiskom spojenu na električni generator, te se na kraju kondenzuje nazad u tečnost zbog izloženosti hladnim temperaturama iz dubine okeana. 1984 godine tadašnji Solar Energy Research Institute (danas pod imenom National Renewable Energy Laboratory) razvio je tzv. «vertical-spout evaporator» čija je namena pretvaranje 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 tokom svog testiranja proizvela oko 50,000 W električne energije.
Hibridni sistemi (Hybrid) Hibridni sistemi su dizajnirani na način koji kombinuje pozitivne strane, kako otvorenih, tako i zatvorenih sistema. Način rada kod hibridnih sistema uključuje toplu morsku vodu koja ulazi u vakuumsku komoru gde se pretvara u paru (proces sličan kod sistema otvorenog tipa). Nakon toga para se vaporizuje u tečnost niskog stepena ključanja (kao kod zatvorenih sistema), a koja zatim pokreće turbinu i stvara električnu energiju.

OTEC ima vrlo visok potencijal za stvaranje električne energije, ali nije električna energija jedina pozitivna stvar koja se može dobiti zahvaljujući OTEC-u. Kao nusprodukt može se proizvesti hlađenje vazduha, a upotrijebljena hladna morska voda iz OTEC elektrana može ili ohladiti svežu vodu u izmjenjivačima toplote ili teći direktno u nekom sistemu za hlađenje. A tu je i akvakultura jer neke vrste ribe, kao što je losos, mogu se znatno bolje razmnožavati u dubokoj vodi bogatoj nutrientima, dobijenim temeljem principa rada OTEC-a. Međutim, postoje i negativne strane, naročito što se tiče isplativosti tih projekata jer OTEC elektrane traže vrlo velike početne investicije, a takođe treba zadovoljiti i pitanja okoline, budući da su OTEC elektrane vrlo velike te traže puno prostora za izgradnju. Još jedan faktor koji utiče na komercijalizaciju OTEC projekata je i činjenica da na svetu ima samo nekoliko stotina mesta prikladnih za građenje, i to u tropskim krajevima, gde je duboki okean dosta blizu obale te se time izbegavaju dodatni troškovi koji bi se javili prilikom gradnje OTEC projekta dalje od obale.