Na vlnách i pod hladinou: Energie z oceánu

Na zařízeních, která dokáží vyrábět energii za pomoci mořských vln pracuje řada firem z celého světa, existují různé koncepty, které však využívají základní principy: turbínu, a přeměnu mechanické energie zařízení pohybujících se díky pohybu vln na elektřinu. Většina zařízení je zatím ve fázi experimentu či ověřování vhodnosti ke komerčnímu využití – vyvinout spolehlivý systém výroby energie z oceánu sebou totiž nese nutnost navrhnout zařízení schopné dlouhodobého provozu v extrémním prostřední, což není úplně jednoduchá záležitost. Intenzita vln kolísá, agresivní mořská voda vyžaduje vysoce odolné materiály, zařízení umístěná na hladině jsou vystavena ničivým bouřím, pod vodou zase mohou znamenat riziko pro lodě a mořské živočichy.

Wawe Hub a podmořští draci
K hlavním experimentátorům se systémy získávajícími energii z moře patří Velká Británie. Na pobřeží Skotska už pracuje přílivová, resp. příbojová elektrárna, na jihozápadě Británie, u pobřeží historického hrabství Cornwall, právě nyní startuje projekt Wave Hub, který bude dodávat do elektrické sítě až 20 MW energie vyrobené mořskými vlnami.
Wave Hub je unikátní tím, že má demonstrovat a ověřit možnosti rozsáhlejšího pole zařízení na výrobu energie v oceánech. Celkem půjde o čtyři zařízení připojená k jednomu “rozbočovači” (hubu) umístěného na mořském dně, k němuž jsou přivedeny kabely jednotlivých menších generátorů. Výhodou je, že k podmořskému energetickému rozbočovači bude možné připojit různé typy generátorů. Vyrobený proud je pak odváděn jedním podmořským kabelem na pevninu.
Do projektu je zapojena jak místní, tak britská vláda, i Evropská unie. Zařízení, dimenzované na výkon až 50 MW by do provozu mělo být uvedeno příští rok.

Elektrárny na hladině...
U portugalských břehů funguje od roku 2008 první komerční elektrárna poháněná mořskými vlnami – projekt Pelamis. Zařízení vyrobena skotskou firmou Pelamis Wave Power se podobá obřímu červenému mořskému hadu (podle hada vodnáře dostalo ostatně i svůj název), generuje elektřinu, která je podmořským kabelem vedena do energetické sítě. V první ověřovací etapě vyrábělo celkem 2,25 MW, v druhé fázi, kdy se počítá s postupným zprovozněním až 25 dalších podobných zařízení, by měla elektrárna dodávat 21 MW.
Každá plovoucí hadovitá konstrukce - rám - má čtyři dlouhé sekce s třemi "energetickými moduly" zavěšenými mezi nimi. Jak se jednotlivé sekce na vlnách houpají a otáčejí, vytahují a vtahují písty do a z modulů. Síla rámů je využita k běhu generátorů v energetických modulech. Ke stavbě podobných zařízení se chystají další země a společnosti. Výrobce plánuje instalovat stroje u pobřeží Skotska a poblíž Cornwallu, v jihozápadní Anglii.
Na podobném principu je založen i koncept skotské společnosti Aquamarine Power nazvaný Oyster (Ústřice). Myšlenka je prostá: Energie vln je vytvářena větrem vanoucím nad oceánem ve vzdáleném moři. Vlny cestují s minimální energetickou ztrátou k pobřeží a než narazí do břehu, stačí jim na jejich trase umístit zařízení umožňující tuto energii sbírat a přeměňovat na elektřinu. Oyster je mechanické pobřežní zařízení vznášející se na vlnách, ukotvené k mořskému dnu v hloubce 10 – 15 m, ve zhruba 0,5 km vzdálenosti od pobřeží. Klapky, vždy ponořené celé pod vodou, se pohybují v příbojových vlnách dopředu a dozadu a jejich pohyb řídí dva hydraulické písty, které přenášejí vysoký tlak vody do konvenční hydroelektrické turbíny. Umístěním v blízkosti pobřeží lze zachytit velkou část energie dostupné v oceánu a zároveň se vyhnout častým bouřím, které se objevují na vzdáleném moři.
Poté, co byly provedeny zkoušky konceptu s modelem v měřítku 1:25 a 1:40 byl první prototyp ve skutečné velikosti nazvaný Oyster 1 instalován v roce 2009 do pokusného provozu, aby se podrobil 6000 hodin provozních zkoušek. V letošním roce je má následovat nová generace tohoto zařízení Oyster 800 v „mřížkové“ konfiguraci u Orknejského pobřeží ve Skotsku, v roce 2012 a 2013 plánuje firma instalaci dalších dvou ve stejném místě, aby se ověřily možnosti instalace více systémů v menších sítích a poté ve velkých „vlnových farmách“.  V budoucnu by podle ní měly systémy mořských výroben tvořené stovkami takovýchto zařízení propojené podvodním kabelem vyrábět stovky MW elektřiny.
Výrobu energie z moře využívá i britská společnost Ocean Power Technologies a to pomocí plovoucího zařízení "PowerBuoy" u pobřeží Španělska. Jak už naznačuje název, jde o speciální bóji extrahující energii z moře pomocí patentované technologie využívající hydrodynamiku a systémy na konverzi energie řízené inteligentním počítačovým systémem, zajišťujícím optimální provoz v různých proměnlivých podmínkách – dokáže se přizpůsobovat a reagovat na různé druhy vln.
První boje PowerBuoy byly spuštěny do moře v roce 1997 a podle výrobce prokázala svou odolnost a životaschopnost: přežila řadu hurikánů, tsunami i bouře nejrůznější intenzity v Tichém oceánu i v Atlantiku. Výrobce počítá s jejich životností 25 – 30 let.
Na jaře letošního roku uvedla firma do zkušebního provozu první zařízení nové generace PowerBuoy s označením PB150, a podle představitelů firmy výsledky předčily očekávání. Zhruba 135 stop dlouhá bóje s maximálním průměrem 36 stop umístěná poblíž mořské hladiny u skotského města Invergordon vyráběla ve špičkách přes 400 kW. Průměrný výkon 45 kW byl dosahován při dvoumetrových vlnách. Podle výrobce bude zařízení schopno při vyšších vlnách vyrábět v průměru až 150 kW. Ocean Power Technologies bude mj. jednou z prvních firem, která využije k připojení svých energetických konvertorů PowerBuoy již zmíněný Wave Hub.
Na vývoji podobného zařízení pracuje I britská firma Dartmouth Wave Energy (DWE), která představila koncept s označením Searaser. V tomto případě jde o mořskou pumpu, která využívá pobřežní hydroelektrickou turbínu a vyrábí podle autorů projektu elektřinu s náklady zhruba čtvrtinovými, ve srovnání s ostatními obnovitelnými zdroji. Podle DWE je zařízení tak konstrukčně jednoduché a nenáročné na údržbu, že jedna takováto jednotky vyjde jen na zhruba 200 000 liber. 
„Má jen čtyři pohyblivé části, takže umožňuje snazší umístění v moři, nevyžaduje žádný olej nebo mazání, protože o promazávání systému se stará voda, a údržba je obdobná jako o navigační bóje – stačí jednou za rok vytáhnout z vody a vyčistit“, uvedl ředitel DWE Geoff White pro britský časopis The Engineer. Zdůraznil, že technologie s výjimkou pumpy samotné jsou již odzkoušené na prototypových zkouškách, a čísla vycházejí z reálného základu.
Searaser využívá přemísťování vln k vyzdvižení plováku připojeného k pístu a gravitace vln k následnému stlačení pístu. Je odlišné od podobných zařízení připoutaných k mořskému dnu jedním pružným lanem, užívá dvojčinný píst – vodní tlak působí v obou směrech pístu. Součásti designu pumpy Searaser je i přizpůsobitelný hydraulický sloup, který se adaptuje na místní podmínky a zajistí platformu při jakékoli výšce vln. Zařízení má pumpu dopravující mořskou vodu na vyvýšený vrchol a využívá energii vody v níž plave k ukládání potenciální energie. Pokud není vyšší pobřeží k dispozici nebo je nevhodné pro ukládání vody pro pohon turbín, pumpa prostřednictvím akumulátoru přímo z vln vytváří dostatečný tlak k pohonu turbín na úrovni mořské hladiny, které jsou plovoucí nebo umístěny na pobřežních konstrukcích.

...i pod vodou
Německá elektrárenská společnost RWE a technologická firmy Voith Siemens Hydro vytvořily společný podnik na využívání mořské energie. Prototyp podvodní turbíny o výkonu 110 kW se měl testovat u jihokorejského pobřeží už loni. Pod vodou lze pouštět draky celý rok – a ještě vyrábějí elektřinu. Takový je v kostce základní myšlenka projektu, který vyvíjí švédská firma Saab. Inženýři z energetické divize připravili koncept, který využívá turbíny pod jakousi obdobou dětských draků. Původní projekt počítal s využitím větrných turbín, ale vývojáře napadla i alternativa, která by tento princip uplatnila pod vodou, s využitím mořských a oceánských proudů, vln a přílivu či odlivu. Zařízení nazvané “Deep Green Underwater Turbine”  je plovoucí (resp. ve vodě se vznášející turbína s “ploutvemi” a kormidlem, ukotvená na dlouhém laně k mořskému dnu. Celý systém je přesně nastaven tak, aby se turbína pohybovala v osmičce, poháněna samotným oceánem.
Podle šéfa firmy Minesto, společnosti založené inženýry ze Saabu, by měla 14 t těžká turbína dokázat vygenerovat až 1 MW energie, a to s velmi nízkými náklady: cena se má pohybovat mezi 0,09 - 0,20 amerických dolarů za kWh. Výhodou tohoto řešení je především snadnost instalace, údržby, ale i samotné výroby zařízení.

Inspirováno přírodou
S originálním řešením přišla australská firma BioPower Systems, která vyvinula koncept podmořské příbojové elektrárny umístěné pod hladinu, což by mělo vyřešit řadu problémů, které provázejí plovoucí elektrárny - odpadá řada destruktivních vlivů působících na rozhraní vody a vzduchu. Projekt je však unikátní především tím, že využívají principů inspirovaných nejlepším a osvědčeným konstruktérem: přírodou. Řešení bioWAWE např. představuje tělesa ukotvená na dně, která mají tvar vznášejících se mořských řas. Elektrárna bioSTREAM zase využívá tvar ocasní ploutve tuňáka nebo makrely. Proudění vody způsobené vlnami rozkmitá tato tělesa a jejich pohyb se přenáší na elektrický generátor. Jednotlivé prvky bioWAVE a bioSTREAM se připojují do speciálních kotvících bloků, které jsou na mořském dně přichyceny množstvím výčnělků fungujících podobně jako kořeny vodních rostlin. Takových prvků může být na dně hodně, přitom jejich ukotvení je rychlé a nevyžadují žádnou údržbu
 

Publikováno: 10. 12. 2011 | Počet zobrazení: 7041 894