Az emberiség különféle megújuló energiaforrásokat keres a légszennyezés, az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának és a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásának csökkentése érdekében. A nap- és a szélenergia felhasználása egyre népszerűbb, de hallott már valaki a tenger által termelt energiáról?
A „megújuló energia” kifejezés hallatán legtöbbször a napelemek, szélturbinák vagy akár geotermikus hő jut eszünkbe. De számos hátrányuk van, és nem mindig olyan hatékonyak, mint az óceán energiája. A nap például csak nappal süt, és még a legnagyobb szélturbinák sem működnek szél nélkül. Ezekkel a forrásokkal gyakorlatilag lehetetlen energiát tárolni későbbre. A világon csak néhány olyan terület van, ahol a szél folyamatosan képes villamosenergiát termelni.
A megoldás az óceán, amely a Föld felületének 70% -át borítja. Ez az egyik legbőségesebb megújuló energiaforrás a bolygón. Egyetlen hullám energiájával akár több száz kilométert is képes megtenni egy elektromos jármű, és az óceánban megvan a lehetősége arra, hogy az egész világot fénnyel lássa el – kétszer.
Hullámenergia-technológia
A nap hőenergiából származó hőenergia, illetve az árapályból és hullámokból termelt mechanikai energia az óceán által nyújtott két energiaforrás. Mind a kapacitás, mind a beruházások tekintetében a hullám- és árapály-energia várhatóan drámai mértékben fog emelkedni a jövőben. Ezek a két fő módja az energia óceánból történő begyűjtésének.
Az IRENA (International Renewable Energy Agency – Nemzetközi Megújulóenergia-ügynökség) szerint az ígéretes óceántechnológiák közé az alábbiak tartoznak:
- Hullámenergia – a turbinák meghajtására vagy a hullámmozgás kihasználására szolgáló oszcilláló vízoszlopok segítségével átalakítja az óceán hullámaiból begyűjtött energiát.
- Árapály-energia – energiagyűjtő árapály-technológiák által termelt energia vagy árapály-áramlatot kihasználó technológia és hibrid alkalmazások.
- Sótartalom-gradiensből származó energia – sókoncentrációs különbségekből ered. Ezeket például olyan helyen használják, ahol egy folyó beáramlik az óceánba. Az édesvíz áthalad egy membránon, hogy növelje a nyomást egy sósvizet tartalmazó tartályban.
- Óceáni hőenergia-átalakítás – a felszíni meleg sósvíz és a 800–1000 méter mélyen lévő hideg tengervíz közötti hőmérséklet-különbségből termel energiát.
Egyelőre még problémát jelentenek az ütközésveszéllyel, az elektromágneses mezőkkel, a víz alatti hangokkal és az ökoszisztéma változásával kapcsolatos aggodalmak. Mégis felmerül a kérdés, hogy az óceánenergia jót tesz-e a környezetnek. Amint azt a kutatás is mutatja, az óceánenergia-létesítmények nem jelentenek súlyos veszélyt a tengeri környezetre. A tengeri bányászattal ellentétben a vízenergia kinyerése nem károsítja az élőhelyet, sőt még segíthet is a Földnek.
Miért fontos az óceánenergia?
Az óceánok számára az egyik legnagyobb veszélyt az éghajlatváltozás jelenti. A legtöbb vadon élő állat, de a tengeri élőhelyek is szenvednek a növekvő tengeri hőmérséklet és a savasodás miatt. Az óceánenergia a Föld szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésével és a légszennyezés megtisztításával segíti a környezetet. A „tiszta” energiaforrások a levegő szennyezése nélkül állítanak elő villamos energiát, és nem bocsátanak ki szén-dioxidot a légkörbe.
Az Ocean Energy Technologies szerint a hullámenergia-technológia kulcsfontosságú előnyei tartoznak a következők:
- az éghajlatváltozás mérséklése
- a megújuló energiaforrások kombinálásának koncepciója
- az energiatermelés és a víz sótalanításának kombinálása
- energia biztosítása a végfelhasználói szektoroknak
- stabil kapacitás
Az óceánenergia kiszámíthatóbb, mint a változó megújuló energia más formái. Különösen akkor, ha a tengeri szélenergiával van összekapcsolva – áramellátást biztosít, mert a hullámok tovább tartanak a szélsebességet követően.
Az Economist Group World Ocean Initiative jelentése szerint az óceánenergia nagyobb kihasználása segít más, szén-dioxid-mentes, megújuló energiaforrásoknak (például szél- vagy napenergia) is. Az óceánok vize folyamatosan mozog. Az óceánenergia még akkor is ideális az energiaellátás fenntartásához, a nap éppen nem süt, és a szél sem fúj.
Hogyan működik a hullámenergia?
Az óceánhullámokat hullámenergia-átalakítókkal (WEC) vagy készülékekkel alakítják át villamos energiává. A hullámok mozgatják a WEC-eket, amely áramot termel. Mivel a hullámenergia az óceánok közelében lévő területekre korlátozott. Sekélyebb vízben nem tud körbemenni. A „hullámverések” termelnek energiát a víz mozgásán alapuló hullámenergia-rendszerekben. Így állítják elő az energiát.
A hullámenergia rendkívül kiszámítható, és a vezető központok közelébe telepíthető az átviteli igények csökkentése érdekében. Emellett az óceánvíz energiája elosztott alkalmazásokat is képes ellátni. Néhány ezek közül sótalanító üzem, amely eltávolítják a sót a sós vízből a vízellátásban szegényes közösségek és a katonai bázisok vízellátásának biztosításához.
Az óceán végtelen megújuló energiaforrás, amely az egész világot képes ellátni villamos energiával. Általánosságban elmondható, hogy elméletben az óceán energiatermelése elérheti az évi 100 000 TWh-t (míg a világ villamosenergia-fogyasztása éves szinten 16 000 TWh).
Nguyen, P. and Dong, V. (2019) „Ocean Energy – A Clean Energy Source”, European Journal of Engineering and Technology Research.
Kihívások a megújuló óceánenergia terén
Sok mérnök és tudós gondolkodik azon, hogyan lehet sikeresen energiát termelni a tengeren. A hullámenergiának előnyei, de éppúgy hátrányai is vannak. Telepítőként vagy energetikai mérnök tisztában kell lennie vízi energia előnyeivel és hátrányaival is.
A természeti környezetre gyakorolt hatás
Ahhoz, hogy energiát tudjunk gyűjteni a hullámokból, gyakran nagy gépeket kell a víz alá telepíteni. Aggodalomra ad okot, hogy ezek a készülékek zavarhatják a tengeri és part menti élőlényeket, például a rákokat vagy a tengeri csillagokat.
Alapvető fontosságú, hogy jóváhagyott eszközökbe fektessünk be. Az óceánenergiát termelő gépek általában gyorsan és csendesen lehet telepíteni, így békésen együtt tudnak létezni a növény- és állatvilággal. Az árapály-turbinák és a hullámenergia-gépek szinkronban vannak a tenger mozgásával. Lassabban működnek, mint a szélturbinák a levegőben. Továbbá, az sem valószínű, hogy az elektromágneses mezők közelében élő állatok sérülnének.
Megfelelő helyek
A tengerészmérnököknek sok tényezőt kell figyelembe venniük, mielőtt gépeket helyeznének az óceánba. A berendezés megzavarhatja a magánhajók és kereskedelmi hajók forgalmát. Az óceánenergia-állomásokat a part közelében kell elhelyezni a megfelelő működés biztosításához. De ezeket a területeket gyakran a teherhajók, a hajós körutazások vagy a strandolók számára vannak fenntartva.
A hullámenergia-gyűjtő forrás felépítése megzavarhatja ezeket az embereket és a hajókat. A hullámenergia azonban nem mindenki számára jelent tiszta energiát. A tengerparttal nem rendelkező és a tengertől távol lévő városoknak alternatív energiaforrásokat kell találniuk.
Hatékony berendezések
Az óceánhullámok mozgásából energiát termelő hullámenergia-berendezéseknek képesnek kell lenniük ellenállni az ingadozó, szélsőséges és rendszertelen környezetnek. A legkisebb alkatrészeket meg kell vizsgálni ahhoz, hogy a modul teljes mértékben működőképes és gazdaságilag életképes legyen, a rájuk ható nagy erőktől kezdve egészen addig, hogy az összetevők hogyan ellenálljanak a tengervíznek való folyamatos kitettségnek.
A vízenergia befolyásolta a vízenergiával működő malmok gépeinek tervezését és gyártását a hellenisztikus időktől az első, 1882-ben megépített vízerőműig. A technológia most már olyan modern vízerőműveket kínál, amelyek alapvető villamosenergia, rugalmasság, tárolási és klímavédelmi szolgáltatások nyújtásával segítenek abban, hogy egyre jobban elterjedjen a tiszta energia.
OWC turbinatechnológia
Az oszcilláló vízoszlopos (OWC) turbinatechnológiával kapcsolatos kihívás az, hogy magas szintű hatékonyságot tudjanak elérni a működési körülmények széles skáláján. Nem elég, hogy a légáramlásnak teljesen meg tud változni az iránya, az erőssége nulla és 100 százalék között változik. Ugyanakkor a tengelynek ugyanabba az irányba (azaz az óramutató járásával megegyező irányba) kell forognia.
A technológia gyorsan fejlődik, és mivel az emberek egyre jobban értik a megújuló és nem megújuló erőforrások közötti különbséget, a környezetbarátabb energiaforrások felé kell elmozdulniuk. Az OWC turbinatechnológián végzett munka hatása a HydroAir turbina, amely számos előnyt kínál, ilyenek például a környezetbarát termékek (GHG-kibocsátásmentes és alacsony zajkibocsátású), az egy mozgó alkatrész, a csökkentett karbantartásigény és minimális méret.
A tengeri energia jövője
A hullámenergiában hatalmas lehetőségek rejlenek a tiszta energia iránti igények kielégítésére a jövőben. A hullámenergia egy lehetőség arra, hogy kitöltsék az áramellátátsi hiányosságokat. A környezet védelme érdekében azonban azt fenntartható módon és a tengeri ökoszisztémával összhangban kell megvalósítani.
Az óceáni élőhely a projektfejlesztők számára kiemelt fontosságú. A tudósoknak meg kell vizsgálniuk, hogy hova telepíthetnek konvertereket úgy, hogy a víz ökoszisztémája ne sérüljön. Néhány berendezés zajosabb lehet, vagy kábeleikbe egyes fajok beleakadhatnak. Sok gép kiválthatja az állatok elvándorlását. Ezért létfontosságú az ellenőrzött berendezésekbe való beruházás.
Az óceánenergia kihasználásához a gyártási és szállítási iparágaknak az ellenőrzési technológiai megoldásokra, HMI-kre és az automatizálásra kell összpontosítaniuk a tengeri alkalmazásoknál. Az ökoszisztéma védelme érdekében fontos, hogy jóváhagyott eszközöket használjunk, és olyan vállalatokat keressünk, amelyek innovatív és tanúsított megoldásokat kínálnak a hajók és a tengeri platformok számára.
