technika
Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-12-19
Ocean energii

Fot. Siemens AG, Munich/Berlin

Na dnie mórz powstają pierwsze podwodne elektrownie. Na razie niewielkie, ale chętnych do ustawiania turbin napędzanych pływami morskimi przybywa. Trudno sobie wyobrazić lepsze źródło energii – niewyczerpane, niezawodne i bezpieczne dla środowiska.

Taka praca sprawiłaby uciechę każdemu, kto ma w sobie żyłkę wynalazcy. Oto zadanie: trzeba, praktycznie od zera, wymyślić urządzenie, które będzie odbierać morzu odrobinę jego energii i przetwarzać ją na prąd elektryczny. Ma on popłynąć wprost z dna morskiego do tysięcy domów. Sprzęt musi być dobrze zaprojektowany, bowiem słona woda szybko i bezlitośnie obnaży błędy konstruktora oraz wykonawcy. Szczególnie że urządzenie trafi w miejsce, gdzie woda nie pluszcze spokojnie, niczym w basenie rekreacyjnym, lecz przetacza się w tę i z powrotem z prędkością nawet kilkunastu kilometrów na godzinę, posłuszna odwiecznemu rytmowi przyciągania Księżyca.

Nad sposobami ujarzmienia pływów zastanawiano się już w XIX w., jednak dopiero w połowie ubiegłego stulecia pojawiły się pierwsze pomysły na to, jak zaprząc wodę morską do pracy. Powstały nawet pilotażowe obiekty, takie jak francuska elektrownia pływowa w pobliżu Saint-Malo w Bretanii. Niestety, żadna z ówcześnie proponowanych technologii nie zdołała się upowszechnić.

Kuszące dno

Projektowanie takich podwodnych turbin było do niedawna raczej romantyczną zabawą finansowaną po części z subwencji rządowych i przez biznesmenów, których pociągają ryzykowne przedsięwzięcia, a po części przez uczelnie zatrudniające inżynierów-wizjonerów. Na ich deskach kreślarskich powstawały setki szkiców czasami dość dziwacznych maszyn, których nie powstydziłby się zapewne sam mistrz Leonardo.

Mniej więcej dwa lata temu nastąpił przełom. Może nie na miarę kopernikańskiego, lecz jednak dość istotny dla tych, których eksperymentami interesowali się do tej pory nieliczni. Na zanęcone łowisko przypłynęły bowiem grube ryby! Decydenci wielkich firm z branży technologicznej i energetycznej, w tym takich krezusów jak Siemens, ABB, Alstom, RWE, Rolls-Royce, Vattenfall i GDF Suez, doszli do wniosku, że pływy morskie naprawdę mogą się okazać opłacalnym źródłem energii. Oczywiście nie wszędzie, ale tam, gdzie warunki przyrodnicze są ku temu sprzyjające – a takich miejsc nie brakuje. Idealne są kraje z długą, poszarpaną linią brzegową. Weźmy na przykład Norwegię. To kraj zbliżony wielkością do Polski – tyle że długość naszej linii brzegowej wynosi około 800 km, podczas gdy linia brzegowa Norwegii ma w przybliżeniu 25 tys. km i to bez uwzględnienia licznych wysp należących do tego kraju. Z nimi jest czterokrotnie dłuższa.

Podobnie jest z Wielką Brytanią – długość linii brzegowej głównej wyspy, wedle danych Ordnance Survey, wynosi około 17 tys. km, a po dodaniu mniejszych wysp wzrasta do ponad 31 tys. km. Większość z tego przypada na Szkocję. To właśnie Szkocja, a także sąsiednia Irlandia, stały się kolebkami nowej technologii. Wybrzeża obu krajów pełne są wąskich cieśnin, kanałów i zatok, w których woda to spiętrza się groźnie, atakując z impetem ląd, to opada bezsilnie, wycofując się na środek oceanu. I tak co sześć godzin. Podczas przypływu poziom Atlantyku wciskającego się w wąskie gardło lądu potrafi się podnieść o 8–10 m. Aż kusi, aby sięgnąć po ten olbrzymi rezerwuar naturalnej energii. Szkoci coraz częściej szumnie nazywają swój kraj „Arabią Saudyjską energetyki odnawialnej”.

Morski prąd

Dawno, dawno temu, w 2008 r., w długiej jak trąbka zatoce Strangford Lough, na południe od Belfastu w Irlandii Północnej, naukowcy z niewielkiej brytyjskiej firmy Marine Current Technologies (MCT) ustawili olbrzymią konstrukcję. Jej dolna część została zakotwiczona w dnie, natomiast górna wystawała z wody, przypominając gigantyczny peryskop. Poniżej lustra wody do tej pionowej wieży doczepiono poziome ramię, na którym zawieszono dwie turbiny pływowe o łącznej mocy 1,2 MW. Duet ten nazywa się SeaGen i pracuje już nieprzerwanie cztery lata, zaopatrując w energię elektryczną 1500 domów na brzegu zatoki. Badania środowiskowe nie wykazały, aby turbiny szkodziły przyrodzie.

Dwa lata później pionierzy z MCT przystąpili do projektowania większego zestawu o mocy 2 MW z turbinami o średnicy 20 m. Rozglądali się też za nowymi miejscami, w których mogliby je ustawić. Jedno o nazwie Kyle Rhea znaleźli w północnej Szkocji. Znajduje się ono w wąskiej cieśninie oddzielającej główny ląd od wyspy Skye wchodzącej w skład Hebrydów Wewnętrznych. Za rok chcą tam postawić cztery powiększone zestawy SeaGen o łącznej mocy 8 MW. Wkrótce potem powinna się rozpocząć realizacja drugiego projektu o mocy 10 MW zlokalizowanego w pobliżu walijskiej wyspy Anglesey. Od roku jednak MCT nie jest już samodzielną firmą. W lutym 2012 r. wykupił ją Siemens. „Chcemy skomercjalizować i rozwijać technologie pozyskiwania energii pływów. Nasz cel to pozycja lidera w tym przyszłościowym biznesie” – głosi oświadczenie niemieckiego giganta.

Teoretycznie pływy morskie mogą dostarczać bardzo dużych ilości energii. Parę lat temu oszacowano nawet ich potencjalną moc. Okazało, że w skali całego globu jest tysiące razy większa aniżeli łączna moc wszystkich już istniejących elektrowni. Były to jednak bardzo optymistyczne szacunki, które nie uwzględniały rozmaitych ograniczeń technicznych, ekonomicznych i przyrodniczych. Znacznie bardziej wyważone ekspertyzy zamówione przez Siemensa mówią, że rocznie w skali globu da się pozyskać z pływów morskich około 800 TWh prądu. To 3–4% światowej konsumpcji energii elektrycznej.

Wydaje się to niedużo, ale w krajach takich jak Kanada, Francja, Wielka Brytania, Irlandia czy Japonia pozyskiwana z pływów energia mogłaby zaspokoić nawet 5–10% zapotrzebowania. A to już wystarczy, by opłacało się inwestować. Brytyjczycy obliczyli też, że nowy sektor energetyczny mógłby w ciągu dekady zapewnić 10 tys. miejsc pracy.

Inwestycja w Fundy

Siemens zamierza przetestować zaprojektowane przez Marine Current Technologies turbiny w kanadyjskiej zatoce Fundy, gdzie występują największe na planecie pływy morskie o średniej wysokości 11 m. Ulokowane tam zestawy będą się jednak różnić od tych, które staną po drugiej stronie Atlantyku, ponieważ w Fundy byłoby dla nich zbyt głęboko. Podwodna konstrukcja będzie się składała z trzech połączonych ze sobą turbin o średnicy 20 m każda. Całość będzie miała ponad 100 m szerokości i jeszcze większą długość. Łączna moc urządzenia – 3 MW. Próby mają ruszyć w tym roku.

Zatoka Fundy wrzyna się na ponad 200 km w atlantyckie wybrzeże Kanady. Dwa razy dziennie, podczas trwającego sześć godzin przypływu, wlewa się do niej ponad 160 mld ton wody oceanicznej. To cztery razy więcej, niż w tym samym czasie odprowadzają do mórz wszystkie ziemskie rzeki. Największe różnice stanu wody występują w końcowym przewężeniu zwanym Minas Passage. Głębokość wody podczas odpływu wynosi w tym miejscu 45 m, a podczas przypływu wzrasta średnio o 13–14 m (choć zdarzało się, że lustro wody podnosiło się o ponad 20 m). Właśnie tu mają w przyszłości stanąć setki podwodnych turbin pływowych. Potencjał energetyczny tego miejsca wynosi, wedle różnych ocen, od 300 MW do nawet 2500 MW. W pierwszym przypadku wystarczy to do zaopatrzenia w prąd około 100 tys. domów, w drugim – milionowej aglomeracji.

Łączny potencjał pływów w zatoce Fundy oszacowano na 50 tys. MW. Na razie jednak pozyskuje się zaledwie 20 MW, dzięki zbudowanej w 1984 r. powierzchniowej elektrowni w Annapolis. Tutaj, podobnie jak pod Saint-Malo we Francji, przegrodzono po prostu jedno z licznych zakończeń zatoki. Schwytana przez zaporę podczas przypływu woda uwalniana jest podczas odpływu. Produkcja prądu odbywa się więc podobnie jak w tradycyjnej elektrowni wodnej, dzięki wykorzystaniu różnicy poziomów wody. Takie budowle są jednak bardzo drogie i mocno ingerują w środowisko. Niewiele jest też dogodnych dla nich lokalizacji.

 

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 01/2013 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2020
06/2020
Kalendarium
Lipiec
10
W 2008 r. na Politechnice Wrocławskiej uruchomiono polski superkomputer Nova.
Warto przeczytać
Sztuczna inteligencja to kolejna publikacja wydana wz oksfordzkiej serii „Krótkie Wprowadzenie”, która w zwięzły i przystępny sposób prezentuje wybrane zagadnienia.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-12-19
Ocean energii

Fot. Siemens AG, Munich/Berlin

Na dnie mórz powstają pierwsze podwodne elektrownie. Na razie niewielkie, ale chętnych do ustawiania turbin napędzanych pływami morskimi przybywa. Trudno sobie wyobrazić lepsze źródło energii – niewyczerpane, niezawodne i bezpieczne dla środowiska.

Taka praca sprawiłaby uciechę każdemu, kto ma w sobie żyłkę wynalazcy. Oto zadanie: trzeba, praktycznie od zera, wymyślić urządzenie, które będzie odbierać morzu odrobinę jego energii i przetwarzać ją na prąd elektryczny. Ma on popłynąć wprost z dna morskiego do tysięcy domów. Sprzęt musi być dobrze zaprojektowany, bowiem słona woda szybko i bezlitośnie obnaży błędy konstruktora oraz wykonawcy. Szczególnie że urządzenie trafi w miejsce, gdzie woda nie pluszcze spokojnie, niczym w basenie rekreacyjnym, lecz przetacza się w tę i z powrotem z prędkością nawet kilkunastu kilometrów na godzinę, posłuszna odwiecznemu rytmowi przyciągania Księżyca.

Nad sposobami ujarzmienia pływów zastanawiano się już w XIX w., jednak dopiero w połowie ubiegłego stulecia pojawiły się pierwsze pomysły na to, jak zaprząc wodę morską do pracy. Powstały nawet pilotażowe obiekty, takie jak francuska elektrownia pływowa w pobliżu Saint-Malo w Bretanii. Niestety, żadna z ówcześnie proponowanych technologii nie zdołała się upowszechnić.

Kuszące dno

Projektowanie takich podwodnych turbin było do niedawna raczej romantyczną zabawą finansowaną po części z subwencji rządowych i przez biznesmenów, których pociągają ryzykowne przedsięwzięcia, a po części przez uczelnie zatrudniające inżynierów-wizjonerów. Na ich deskach kreślarskich powstawały setki szkiców czasami dość dziwacznych maszyn, których nie powstydziłby się zapewne sam mistrz Leonardo.

Mniej więcej dwa lata temu nastąpił przełom. Może nie na miarę kopernikańskiego, lecz jednak dość istotny dla tych, których eksperymentami interesowali się do tej pory nieliczni. Na zanęcone łowisko przypłynęły bowiem grube ryby! Decydenci wielkich firm z branży technologicznej i energetycznej, w tym takich krezusów jak Siemens, ABB, Alstom, RWE, Rolls-Royce, Vattenfall i GDF Suez, doszli do wniosku, że pływy morskie naprawdę mogą się okazać opłacalnym źródłem energii. Oczywiście nie wszędzie, ale tam, gdzie warunki przyrodnicze są ku temu sprzyjające – a takich miejsc nie brakuje. Idealne są kraje z długą, poszarpaną linią brzegową. Weźmy na przykład Norwegię. To kraj zbliżony wielkością do Polski – tyle że długość naszej linii brzegowej wynosi około 800 km, podczas gdy linia brzegowa Norwegii ma w przybliżeniu 25 tys. km i to bez uwzględnienia licznych wysp należących do tego kraju. Z nimi jest czterokrotnie dłuższa.

Podobnie jest z Wielką Brytanią – długość linii brzegowej głównej wyspy, wedle danych Ordnance Survey, wynosi około 17 tys. km, a po dodaniu mniejszych wysp wzrasta do ponad 31 tys. km. Większość z tego przypada na Szkocję. To właśnie Szkocja, a także sąsiednia Irlandia, stały się kolebkami nowej technologii. Wybrzeża obu krajów pełne są wąskich cieśnin, kanałów i zatok, w których woda to spiętrza się groźnie, atakując z impetem ląd, to opada bezsilnie, wycofując się na środek oceanu. I tak co sześć godzin. Podczas przypływu poziom Atlantyku wciskającego się w wąskie gardło lądu potrafi się podnieść o 8–10 m. Aż kusi, aby sięgnąć po ten olbrzymi rezerwuar naturalnej energii. Szkoci coraz częściej szumnie nazywają swój kraj „Arabią Saudyjską energetyki odnawialnej”.

Morski prąd

Dawno, dawno temu, w 2008 r., w długiej jak trąbka zatoce Strangford Lough, na południe od Belfastu w Irlandii Północnej, naukowcy z niewielkiej brytyjskiej firmy Marine Current Technologies (MCT) ustawili olbrzymią konstrukcję. Jej dolna część została zakotwiczona w dnie, natomiast górna wystawała z wody, przypominając gigantyczny peryskop. Poniżej lustra wody do tej pionowej wieży doczepiono poziome ramię, na którym zawieszono dwie turbiny pływowe o łącznej mocy 1,2 MW. Duet ten nazywa się SeaGen i pracuje już nieprzerwanie cztery lata, zaopatrując w energię elektryczną 1500 domów na brzegu zatoki. Badania środowiskowe nie wykazały, aby turbiny szkodziły przyrodzie.

Dwa lata później pionierzy z MCT przystąpili do projektowania większego zestawu o mocy 2 MW z turbinami o średnicy 20 m. Rozglądali się też za nowymi miejscami, w których mogliby je ustawić. Jedno o nazwie Kyle Rhea znaleźli w północnej Szkocji. Znajduje się ono w wąskiej cieśninie oddzielającej główny ląd od wyspy Skye wchodzącej w skład Hebrydów Wewnętrznych. Za rok chcą tam postawić cztery powiększone zestawy SeaGen o łącznej mocy 8 MW. Wkrótce potem powinna się rozpocząć realizacja drugiego projektu o mocy 10 MW zlokalizowanego w pobliżu walijskiej wyspy Anglesey. Od roku jednak MCT nie jest już samodzielną firmą. W lutym 2012 r. wykupił ją Siemens. „Chcemy skomercjalizować i rozwijać technologie pozyskiwania energii pływów. Nasz cel to pozycja lidera w tym przyszłościowym biznesie” – głosi oświadczenie niemieckiego giganta.

Teoretycznie pływy morskie mogą dostarczać bardzo dużych ilości energii. Parę lat temu oszacowano nawet ich potencjalną moc. Okazało, że w skali całego globu jest tysiące razy większa aniżeli łączna moc wszystkich już istniejących elektrowni. Były to jednak bardzo optymistyczne szacunki, które nie uwzględniały rozmaitych ograniczeń technicznych, ekonomicznych i przyrodniczych. Znacznie bardziej wyważone ekspertyzy zamówione przez Siemensa mówią, że rocznie w skali globu da się pozyskać z pływów morskich około 800 TWh prądu. To 3–4% światowej konsumpcji energii elektrycznej.

Wydaje się to niedużo, ale w krajach takich jak Kanada, Francja, Wielka Brytania, Irlandia czy Japonia pozyskiwana z pływów energia mogłaby zaspokoić nawet 5–10% zapotrzebowania. A to już wystarczy, by opłacało się inwestować. Brytyjczycy obliczyli też, że nowy sektor energetyczny mógłby w ciągu dekady zapewnić 10 tys. miejsc pracy.

Inwestycja w Fundy

Siemens zamierza przetestować zaprojektowane przez Marine Current Technologies turbiny w kanadyjskiej zatoce Fundy, gdzie występują największe na planecie pływy morskie o średniej wysokości 11 m. Ulokowane tam zestawy będą się jednak różnić od tych, które staną po drugiej stronie Atlantyku, ponieważ w Fundy byłoby dla nich zbyt głęboko. Podwodna konstrukcja będzie się składała z trzech połączonych ze sobą turbin o średnicy 20 m każda. Całość będzie miała ponad 100 m szerokości i jeszcze większą długość. Łączna moc urządzenia – 3 MW. Próby mają ruszyć w tym roku.

Zatoka Fundy wrzyna się na ponad 200 km w atlantyckie wybrzeże Kanady. Dwa razy dziennie, podczas trwającego sześć godzin przypływu, wlewa się do niej ponad 160 mld ton wody oceanicznej. To cztery razy więcej, niż w tym samym czasie odprowadzają do mórz wszystkie ziemskie rzeki. Największe różnice stanu wody występują w końcowym przewężeniu zwanym Minas Passage. Głębokość wody podczas odpływu wynosi w tym miejscu 45 m, a podczas przypływu wzrasta średnio o 13–14 m (choć zdarzało się, że lustro wody podnosiło się o ponad 20 m). Właśnie tu mają w przyszłości stanąć setki podwodnych turbin pływowych. Potencjał energetyczny tego miejsca wynosi, wedle różnych ocen, od 300 MW do nawet 2500 MW. W pierwszym przypadku wystarczy to do zaopatrzenia w prąd około 100 tys. domów, w drugim – milionowej aglomeracji.

Łączny potencjał pływów w zatoce Fundy oszacowano na 50 tys. MW. Na razie jednak pozyskuje się zaledwie 20 MW, dzięki zbudowanej w 1984 r. powierzchniowej elektrowni w Annapolis. Tutaj, podobnie jak pod Saint-Malo we Francji, przegrodzono po prostu jedno z licznych zakończeń zatoki. Schwytana przez zaporę podczas przypływu woda uwalniana jest podczas odpływu. Produkcja prądu odbywa się więc podobnie jak w tradycyjnej elektrowni wodnej, dzięki wykorzystaniu różnicy poziomów wody. Takie budowle są jednak bardzo drogie i mocno ingerują w środowisko. Niewiele jest też dogodnych dla nich lokalizacji.