Ludzie nieustannie szukają alternatywnych źródeł energii, aby ograniczyć zanieczyszczenie powietrza, emisję gazów cieplarnianych i zużycie paliw kopalnianych. Coraz częściej słyszy się o energii słonecznej i wiatrowej, ale czy ktokolwiek słyszał o energii morskiej?
Energia odnawialna kojarzy się często z panelami słonecznymi, turbinami wiatrowymi lub ciepłem geotermalnym. Takie rozwiązania mają jednak kilka wad i nie zawsze są tak wydajne, jak ocean. Energię słoneczną można pozyskiwać jedynie w ciągu dnia, a nawet największa turbina wiatrowa nie będzie działać bez podmuchów wiatru – nie można więc zawsze na nich polegać. Na świecie istnieje zaledwie kilka obszarów, gdzie można stale produkować energię z wiatru.
Rozwiązaniem może być ocean, pokrywający aż 70% powierzchni ziemi i stanowiący jedno z najbogatszych źródeł energii odnawialnej. Energia pozyskana z pojedynczej fali morskiej może zasilić pojazd elektryczny na odległość setek kilometrów – ocean ma więc potencjał, by zasilić cały świat!
Technologia energii fal morskich
Na wodach oceanu można pozyskiwać dwa rodzaje energii: energię cieplną pochodzącą ze słońca oraz energię mechaniczną z pływów i fal. Przewiduje się, że inwestycje w energię fal i pływów będą gwałtownie wzrastać w ciągu najbliższych kilku lat.
Według Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej IRENA najbardziej obiecujące technologie oceaniczne to:
- Energia fal – energia pozyskana z fal morskich przez oscylujące turbiny.
- Energia pływów – energia wytwarzana przy pomocy technologii wykorzystujących przypływy i odpływy morskie.
- Energia z gradientu zasolenia – energia pochodząca z różnic w zasoleniu wód, jak na przykład w miejscu, gdzie rzeka wpływa do oceanu. Słodka woda przepływa przez membranę, podnosząc ciśnienie w zbiorniku ze słoną wodą.
- Konwersja energii cieplnej oceanu – energia pozyskiwana z różnicy temperatur między ciepłą słoną wodą powierzchniową a zimną wodą morską na głębokości 800-1000 metrów.
Pojawiają się jednak obawy dotyczące zakłóceń w polu magnetycznym, hałasu podwodnego, zmian w ekosystemie oraz niebezpieczeństwa związanego z ewentualnymi kolizjami. Nasuwa się więc pytanie: czy energia pozyskiwana z oceanów jest korzystna dla środowiska? Jak wykazują badania, systemy wykorzystywane do pozyskiwania energii z oceanów nie stanowią poważnego zagrożenia dla środowiska morskiego. W przeciwieństwie do górnictwa morskiego pozyskiwanie energii z fal i pływów nie szkodzi ekosystemom, a może wręcz przyczynić się do ich poprawy.
Dlaczego energia morska jest tak istotna?
Jednym z największych zagrożeń dla mórz i oceanów jest zmiana klimatu. Rosnące temperatury mórz i ich zakwaszenie powodują, że cierpi na tym większość dzikich zwierząt, jak również całe ekosystemy morskie. Energia pozyskiwana z oceanów sprzyja środowisku poprzez redukcję emisji dwutlenku węgla. Czyste źródła energii wytwarzają energię elektryczną, niezanieczyszczając powietrza i nieuwalniając dwutlenku węgla do atmosfery.
Zgodnie z informacjami zawartymi w raporcie Ocean Energy Technologies, niektóre z największych korzyści płynących z energii morskiej to:
- łagodzenie zmian klimatycznych;
- możliwość łączenia odnawialnych źródeł energii;
- połączenie wytwarzania energii elektrycznej z odsalaniem wody;
- dostarczanie energii do sektorów końcowych;
- zapewnienie stałego zasilania.
Energia oceanów jest bardziej przewidywalna, szczególnie w połączeniu z morską energią wiatrową, niż inne niestabilne źródła energii odnawialnej.
Jak podaje inicjatywa World Ocean Initiative, realizowana przez Economist Group, produkowanie większej ilości energii morskiej wspiera inne bezemisyjne, odnawialne źródła energii, takie jak wiatr czy energia słoneczna. Wody oceanu są w ciągłym ruchu – nawet gdy nie świeci słońce, a wiatr nie wieje, można pozyskiwać energię z oceanów, aby zapewnić stałe dostawy energii.
Jak pozyskuje się energię z fal morskich?
Do przetwarzania fal morskich na energię elektryczną wykorzystuje się konwertery energii fal morskich. Fale wprawiają konwerter w ruch i w ten sposób powstaje energia elektryczna. Energia fal jest jednak ograniczona do obszarów w pobliżu wybrzeża. Kiedy woda jest płytsza, nie może już krążyć swobodnie. Na skutek falowania powstaje energia, której źródłem jest ruch wody.
Energia fal jest bardzo przewidywalna i może być pozyskiwana w pobliżu głównych ośrodków, co zmniejsza jej potrzeby przesyłowe. Energia pozyskiwana z wód morskich może być również wykorzystywana do zasilania odległych systemów. Niektóre z nich to zakłady odsalania wody, które dostarczają ją do społeczności dotkniętych brakiem wody lub do odległych baz wojskowych.
Ocean jest niewyczerpanym źródłem energii odnawialnej, które może być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej na potrzeby całego świata. Teoretycznie, potencjalna wartość energii oceanu może osiągnąć 100 000 TWh/rok (podczas gdy światowe zużycie energii elektrycznej wynosi 16 000 TWh/rok).
Nguyen, P. and Dong, V. (2019) „Ocean Energy – A Clean Energy Source”, European Journal of Engineering and Technology Research.
Wyzwania związane z odnawialną energią morską
Inżynierowie i naukowcy wciąż opracowują skuteczne metody generowania energii z fal i pływów. Metoda wykorzystywania fal morskich do produkcji energii ma swoje wady i zalety, które należy wziąć pod uwagę.
Wpływ na środowisko naturalne
Do wytwarzania energii z fal wykorzystywane są często duże maszyny, które umieszcza się pod wodą. Istnieje zatem obawa, że urządzenia te mogą naruszać dno morskie i żyjące tam stworzenia, takie jak kraby czy rozgwiazdy.
Atestowane maszyny są zazwyczaj szybkie i ciche w montażu, dlatego mogą koegzystować z fauną i florą morską. Turbiny pływowe i maszyny wykorzystujące energię fal są zsynchronizowane z ruchem wód. Pracują znacznie wolniej niż turbiny wiatrowe napędzane powietrzem. Ponadto istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, że zwierzęta żyjące w pobliżu pól elektromagnetycznych zostaną poszkodowane.
Odpowiednie lokalizacje
Przed umieszczeniem na dnie morza maszyn należy wziąć pod uwagę kilka czynników. Urządzenia te mogą na przykład zakłócać pracę komercyjnych statków. Stacje energetyczne muszą znajdować się w pobliżu wybrzeża, aby prawidłowo funkcjonować – obszary te są jednak często przeznaczone dla statków towarowych, rejsów wycieczkowych, a nawet plażowiczów.
Budowa elektrowni wykorzystującej energię fal zaburzyłaby pracę tych statków i wszystkich osób przebywających w pobliżu. Co więcej, pozyskiwanie energii z fal nie jest idealną opcją dla każdego – kraje i miasta oddalone od morza muszą korzystać z alternatywnych źródeł energii.
Wydajny sprzęt
Urządzenia wytwarzające energię z ruchu fal morskich, muszą być odporne na zmienne i nieprzyjazne środowisko. Aby sprzęt był w pełni funkcjonalny i rentowny, należy zadbać o wszystkie szczegóły – od dużych sił działających na urządzenie po odporność jego elementów na ciągłe działanie wody morskiej.
Od epoki hellenistycznej po pierwszą elektrownię wodną z 1882 roku, hydroenergetyka przyczyniała się do rozwoju konstrukcji i produkcji maszyn. Obecna technologia oferuje nowoczesne elektrownie wodne, które uczestniczą w procesie przechodzenia na czystą energię poprzez dostarczanie i magazynowanie niezbędnej energii elektrycznej.
Technologia oscylujących kolumn wodnych OWC
Wyzwaniem dla technologii OWC (ang. oscillating water column) jest osiągnięcie wysokiego poziomu sprawności w szerokim zakresie warunków pracy. Przepływ powietrza nie tylko zmienia kierunek w trakcie ruchu posuwisto-zwrotnego, ale również mieści się w zakresie od zera do 100 procent. Jednocześnie, wał musi obracać się w tym samym kierunku (np. zgodnie z ruchem wskazówek zegara).
Technologia szybko się rozwija, a wraz z rosnącą świadomością społeczeństwa na temat odnawialnych i nieodnawialnych zasobów, ludzie będą zmuszeni, aby wykorzystywać bardziej przyjazne dla środowiska źródła energii. Owocem pracy nad technologią OWC jest turbina HydroAir – jest przyjazna dla środowiska (nie emituje gazów cieplarnianych i generuje niski poziom hałasu), a dzięki temu, że zbudowana jest tylko z jednej ruchomej części, zapewnia oszczędność miejsca i nie wymaga dużych nakładów podczas konserwacji.
Przyszłość energii morskiej
Energia fal i pływów ma ogromny potencjał, by odpowiedzieć na rosnące zapotrzebowanie na czystą energię i wypełnić luki energetyczne. W trosce o środowisko należy ją jednak wdrażać w sposób zrównoważony, niezakłócając ekosystemu morskiego.
Priorytetem w projektowaniu rozwiązań energetycznych jest ochrona naturalnego środowiska oceanów. Instalując konwertery, należy upewnić się, że równowaga ekosystemu nie zostanie naruszona. Niektóre urządzenia mogą generować dużo hałasu. Co więcej, kable, które są do nich wykorzystywane, stanowią zagrożenie dla niektórych gatunków, które mogą się w nie zaplątać. Obecność i działanie maszyn może przyczyniać się do migracji zwierząt. Dlatego tak ważne jest korzystanie ze sprawdzonego i atestowanego sprzętu.
Pozyskując energię z mórz i oceanów, przemysł wytwórczy i transportowy powinien zainwestować w technologię sterowania, HMI i automatykę dla aplikacji morskich. Dla bezpieczeństwa i ochrony ekosystemu ważne jest, aby korzystać z zatwierdzonych urządzeń i korzystać z usług przedsiębiorstw, które oferują innowacyjne i certyfikowane rozwiązania dla statków i platform przybrzeżnych.
