Energia pływów: czym jest i jak działa?

Jedną z mniej znanych, ale bardzo obiecujących form energii odnawialnej jest energia pływów. Dzisiaj zajmiemy się energią pływów.

Żyjemy na planecie, gdzie 70% powierzchni Ziemi pokrywa woda, z czego 97,6% stanowią morza i oceany. Ta często pomijana rzeczywistość pokazuje, że nasze istnienie jest ściśle związane z otaczającymi nas wodami, które kształtują naszą geografię. W całej historii ludzkości wykorzystywaliśmy moc tych wód do różnych celów, budując z nimi harmonijnie nasze społeczeństwa i rozumiejąc ich złożoną dynamikę poprzez obserwację na przestrzeni lat. Obecnie znaczenie to tylko wzrosło, ponieważ morze, oprócz bycia źródłem pożywienia i rozległą siecią transportową towarów, okazało się kluczowym źródłem zasobów energetycznych. Era energii odnawialnej skierowała swój wzrok ku morzu ze względu na jego ogromny potencjał. I to właśnie tutaj pojawia się energia pływów.

Być może pierwszym pytaniem, na które należy odpowiedzieć, jest: czym jest energia pływów? Możemy ją zdefiniować jakorodzaj alternatywnej energii odnawialnejktóry, dzięki wykorzystaniu technologii, wykorzystuje ruchy pływów, wywołane grawitacyjnym wpływem Słońca i Księżyca, do wytwarzania czystej energii elektrycznej. Jego główną zaletą jest to, że jest wysoce przewidywalnym odnawialnym źródłem energii, w przeciwieństwie do innych źródeł, które zależą od mniej przewidywalnych zjawisk pogodowych, takich jak światło słoneczne czy wiatr. Powodem tej przewidywalności jest to, że posiadamy dokładną wiedzę na temat cykli pływów, co pozwala nam określić, kiedy możemy włączyć energię elektryczną generowaną przez pływy do miksu energetycznego. Ciekawe, prawda?

Jak działa energia pływów?

Jak już wspomnieliśmy, woda porusza się pod wpływem grawitacji Księżyca i Słońca na naszą planetę. Siła ta odkształca zbiorniki wodne, powodując ich ruch i generując prądy oraz pływy. Każdy, kto ma choćby podstawową wiedzę o środowisku morskim, zna zjawisko przypływów i odpływów. Obiekty wykorzystujące energię pływów wykorzystują te wahania wody do wytwarzania energii. W jaki sposób? Przyjrzyjmy się temu w zależności od rodzaju obiektu:

Obiekt Tidal Range

Obiekty wykorzystujące pasmo pływów są podobne do elektrowni wodnych, przystosowanych do środowiska morskiego. Poprzez budowę jednej lub kilku ścian oporowych (tam), które tworzą sztuczną różnicę poziomów wody, woda jest zatrzymywana w kanałach wypełniających, gdy przypływ osiąga swój szczyt. Zapora znajduje się na podwyższeniu względem naturalnego poziomu wody, gdy przypływ zaczyna odpływać. W tym momencie otwierane są wrota kanałowe, aby umożliwić przepływ wody przez turbiny. Łopatki turbin zaczynają się obracać, napędzając generator wytwarzający energię elektryczną.

Pomimo pozornie prostego procesu, budowa takich obiektów wymaga spełnienia bardzo specyficznych warunków. Niewiele jest lokalizacji spełniających niezbędne kryteria dla takich instalacji. Co więcej, obiekty te mają znaczący wpływ na środowisko, ponieważ często znajdują się w estuariach lub zatokach, które są przekształcane na potrzeby człowieka.

W całym tym procesie kluczową rolę odgrywają urządzenia elektryczne zlokalizowane w pobliżu stacji. Po wytworzeniu energia przepływa przez sieć przesyłową i dociera do podstacji, gdzie jej napięcie jest podwyższane w celu zwiększenia wydajności przesyłu i zminimalizowania strat. Urządzenia takie jak transformatory elektryczne ułatwiają konwersję napięcia, a ogniwa rozdzielcze pełnią funkcję dużych przełączników, chroniąc całą podstację w przypadku awarii. Po przekształceniu energia trafia do słupów wysokiego napięcia, skąd jest transportowana do punktów poboru.

Generator prądu pływowego

Jest to instalacja składająca się z zestawu generatorów zakotwiczonych w dnie morskim, porównywalnych do turbin wiatrowych, zaprojektowanych do wykorzystywania ruchu wody w sposób zbliżony do turbin wiatrowych. Jest to najmniej inwazyjny pod względem środowiskowym rodzaj instalacji i charakteryzuje się niższymi kosztami w porównaniu z innymi rozwiązaniami. W rezultacie stopniowo zyskuje ona na popularności w porównaniu z innymi rozwiązaniami.

Kiedy prądy przepływają przez „generator pływów” (TSG), energia kinetyczna wody przepływa przez turbiny, podobnie jak prądy wiatru w tradycyjnych turbinach wiatrowych. To powoduje obrót turbin, generując ruch niezbędny do uruchomienia generatora. Voilà, mamy teraz energię elektryczną.

Podobnie jak w poprzednim typie obiektów, energia elektryczna musi być transportowana. Ponieważ obiekty te wytwarzają energię elektryczną w mniejszych ilościach, przechodzi ona przez centra transformacji, które przetwarzają energię elektryczną, stale chroniąc sieć, i dystrybuują ją bezpośrednio do punktów poboru.

Dynamiczna elektrownia pływowa (DTP)

Ostatnim rodzajem elektrowni pływowych jest elektrownia dynamiczna, czyli DTP (Dynamic Tidal Power). Jest to wciąż technologia teoretyczna, której celem jest wykorzystanie interakcji między energią kinetyczną a potencjalną generowaną przez prądy pływowe. Aby to osiągnąć, proponuje się budowę dużych zapór, zazwyczaj o długości od 30 do 50 kilometrów od wybrzeża do morza. Zapory te nie otaczają obszaru, jak tradycyjne zapory, lecz tworzą wał w kształcie litery T, który generuje różnicę poziomu morza po obu stronach dłuższego wału. Turbiny są następnie wykorzystywane do przechwytywania przepływu wody z jednej strony na drugą.

Niektóre szacunki wskazują, że jeden z tych obiektów mógłby generować od 6 do 17 GW energii, ale wymagałoby to specyficznych warunków geologicznych, które zwykle występują w takich krajach jak Korea Południowa czyZjednoczone Królestwo.

Jakie są zalety i wady energii pływów?

Ogromny potencjał energii pływów jest niezaprzeczalny, ale tego typu instalacje mają wiele zalet i wad, które należy wziąć pod uwagę. Przyjrzyjmy się niektórym z nich:

Główne zalety:

• Jest to energia w 100% odnawialna.
• Produkcja pozostaje stała podczas zmian pływów.
• Cykle pływów są przewidywalne, co pozwala na oszacowanie produkcji energii.
• Gęstość wytwarzania energii na instalację jest wyższa niż w przypadku innych źródeł energii.
• Koszty utrzymania są stosunkowo niskie.
• Obiekty ochrony pływów mogą pełnić funkcję zabezpieczeń przeciwpowodziowych.
• W procesie wytwarzania energii elektrycznej nie powstają żadne odpady.
• Szacuje się, że żywotność tych obiektów wyniesie od 75 do 100 lat, co pozwoli na obniżenie rocznych kosztów eksploatacji.
• Współczynnik wykorzystania mocy takich obiektów wynosi około 80%, podobnie jak w przypadku elektrowni cieplnych, przy czym nie emitują one żadnych emisji.

Główne wady:

• Niektóre rodzaje obiektów, na przykład zapory pływowe, wiążą się z dużymi kosztami budowy i są narażone na nieprzewidziane zmiany warunków.
• Wymagane są określone warunki geograficzne i topograficzne, ograniczające instalację i skalowalność w skali globalnej.
• Obiekty pływowe mają znaczący wpływ na środowisko przybrzeżne.
• Efektywna produkcja energii elektrycznej ograniczona jest do maksymalnie 10 godzin dziennie, w zależności od wahań pływów.
• Transport energii z wybrzeża na ląd wymaga inwestycji.
• Podobnie jak w przypadku innych technologii, konieczne jest zastosowanie środków antykorozyjnych, aby wytrzymać korozyjne działanie wody morskiej.

Jak widać, energia pływów ma ogromny potencjał, ale jest silnie uzależniona od lokalizacji geograficznej, w której jest instalowana. Podobnie jak w przypadku innych form energii odnawialnej, wymagane jest techniczne studium wykonalności, aby określić różnicę energii, jaką mogą generować pływy, w zależności od warunków topograficznych miejsca instalacji. Obecnie energia pływów jest znacząca w takich krajach jak Korea Południowa, Francja, Kanada, Wielka Brytania i Norwegia. Francja była pierwszym krajem, który eksperymentował z energią pływów w latach 60. XX wieku, a elektrownia Rance nadal działa.

Skoro już wiemy, czym jest energia pływów morskich, jakie są inne rodzaje energii morskiej?

Biorąc pod uwagę różnorodność wpływu mórz na naszą geografię, istnieje wiele rodzajów technologii odnawialnych, zaprojektowanych w celu wykorzystania potencjału wody z korzyścią dla nas. Niezależnie od tego, czy chodzi o estuaria, bagna, wybrzeża, czy otwarte morze, istnieją różne rodzaje technologii, które można podsumować następująco:

• Energia prądów pływowych: Polega na wykorzystaniu energii kinetycznej prądów oceanicznych w celu wytwarzania energii elektrycznej.
• Energia falowa lub moc fal: Wykorzystuje energię mechaniczną fal poprzez ich ruch w celu wytwarzania energii elektrycznej.
• Energia cieplna oceanu lub energia gradientu termicznego oceanu: Pozyskuje energię z różnicy temperatur wytwarzanej przez prądy między wodami powierzchniowymi a dnem morskim, wytwarzając energię elektryczną za pośrednictwem tych zmian termicznych.
• Energia pływów lub moc pływów: Już wiemy, jak to działa 🙂