Plimna energija: kako delujejo plimske turbine in njihov potencial
Plimna energija: delovanje plimskih turbin, njihov visok potencial in okolju prijazna, učinkovita alternativa z zanesljivimi morskimi tokovi za trajnostno proizvodnjo elektrike.
Energija plimovanja je električna energija, pridobljena s plimovanjem vode. Generator plimovanja je stroj, ki pridobiva energijo iz gibanja vode med plimovanjem. Generatorji plimovanja črpajo energijo iz vodnih tokov na podoben način kot vetrne turbine črpajo energijo iz zračnih tokov.
Energija plimovanja je najcenejša in ekološko najmanj škodljiva med tremi glavnimi oblikami pridobivanja energije iz plimovanja.
Energija plimovanja je razmeroma nova tehnologija. Prvič so jo zasnovali v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja med naftno krizo.
Potencial za proizvodnjo energije s posamezno plimovalno turbino je lahko večji od potenciala podobno zmogljive vetrne turbine. Gostota vode je približno 800-krat večja od gostote zraka. Zato lahko voda, ki pritiska na turbino, zagotavlja veliko več energije kot zrak, ki pri enaki hitrosti pritiska na podobno turbino. Poleg tega je najnižja hitrost vode, ki je potrebna za ekonomski energetski projekt, nižja od hitrosti vetra, ki je potrebna za projekt vetrne turbine. V praksi se mora plimovanje gibati s hitrostjo vsaj 2 vozla (1 m/s), tudi v času plimovanja, da bi lahko bilo vir energije.
Tako kot pri vetrni energiji je tudi pri turbini za plimovanje ključnega pomena izbira lokacije. Sisteme plimovanja je treba postaviti na območjih s hitrimi tokovi, kjer so naravni tokovi skoncentrirani med ovirami, na primer na vhodih v zalive in reke, ob skalnatih točkah, na obronkih ali med otoki ali drugimi kopenskimi masami.
Vrste plimske energije
- Plimske turbine (tidal stream) – nameščene so na morskem dnu ali na stolpih v vodi; delujejo podobno kot podvodne vetrne turbine in izkoriščajo hitro tokovnico.
- Plimske jezove (barrage) – velikanske pregrade z vgrajenimi turbinami, postavljene čez vstop v zaliv ali ustje reke; izkoriščajo razliko v gladini vode med plimo in oseko.
- Plimske lagune – umetni bazeni ob obali, ki jih zapirajo nasipi; proizvajajo energijo z nadzorovanim spuščanjem in dviganjem vode v laguni.
- Dinamična plimska moč in naprave z vlečnimi sistemom – nove ideje, kot so plimski "kite" in druge naprave, ki izkoriščajo vertikalne in horizontalne tokove.
Kako delujejo plimske turbine
Plimske turbine imajo rotor z lopaticami, ki ga poganja pretok vode. Rotor je povezan z gredjo in generatorjem (prek gostega menjalnika ali neposredno pri direktnem prenosu), ki pretvori mehansko energijo v električno. Nekatere turbine so zasnovane tako, da delujejo pri toku v obe smeri (med plimo in oseko), druge pa izkoristijo le en smerni pretok z dodatnimi krmilnimi mehanizmi.
Oblike in postavitve so različne: horizontalne osi (podobne vetrnim turbinam), vertikalne osi in tudi plavajoče ali na pilotih nameščene enote. Pritrditev na morsko dno, zaščita pred korozijo in enostaven dostop za vzdrževanje so ključni dejavniki pri oblikovanju.
Prednosti
- Napovedljivost: plimovanje je ciklično in natančno predvidljivo, kar olajša upravljanje omrežja.
- Visoka energijska gostota: voda nosi veliko več energije kot zrak (približno 800-krat gostejša), zato ima enaka hitrost toka večjo moč kot enakovredni veter.
- Nizek ogljični odtis v obratovanju: obratovalne emisije so nizke, še posebej pri plimskih turbinah in lagunah.
- Dolga življenjska doba: robustne konstrukcije in premalo gibljivih delov v nekaterih izvedbah omogočajo dolgo dobo projekta.
Izzivi in vplivi na okolje
- Okoljski vplivi: spremembe sedimentacije, vpliv na morske organizme in ptice, motnje v habitatih. S pravilnim načrtovanjem in spremljanjem pa je vplive mogoče zmanjšati.
- Tehnični izzivi: korozija, biofouling (naseljenost z organizmi), dostopnost za vzdrževanje in napredna materialna tehnologija.
- Gospodarni izzivi: visoki začetni stroški investicij in omejena števila primernih lokacij.
- Vpliv na plovbo in ribištvo: treba je upoštevati varnost plovbe in lokalne ribiške dejavnosti pri izbiri lokacij.
Praktične zahteve in lokacije
Za ekonomsko smiselno delovanje morajo biti hitri tokovi konstantni in dovolj močni — v praksi se pogosto navaja mejna hitrost okoli 2 vozla (približno 1 m/s) ali več. Najprimernejše so ozke prehode, zalivi z velikimi plimskimi razlikami, vhodna območja rek ter območja med otoki, kjer tok koncentrira večjo hitrost vode.
Primeri in razvoj
Razviti projekti vključujejo dolgoročne jezove, kot je La Rance v Franciji, velike elektrarne, kot je Sihwa v Južni Koreji (pretežno kot jez), ter sodobne tidal stream projekte, na primer MeyGen v Škotski, kjer preizkušajo več podvodnih turbin. Raziskave in demonstracijski projekti po svetu razvijajo različne tipe turbin in izboljšujejo ekonomsko upravičenost.
Zaključek
Energija plimovanja ima velik potencial, zlasti tam, kjer so ugodne geografske in hidrodinamične razmere. Njena ključna prednost je napovedljivost in visoka gostota energije, glavne ovire pa so omejena števila primernih lokacij, začetni stroški in okoljski izzivi. Z nadaljnjim razvojem tehnologij, izboljšanim načrtovanjem in stroškovno optimizacijo lahko plimske tehnologije postanejo pomemben del trajnostnega energetskega sistema.
Večina plimovalnih turbin je podobna vetrni turbini, najpogosteje vrsti HAWT (v sredini).
Vpliv na okolje
Glavna skrb je bila, ali turbine ubijajo ribe. Zelo malo je neposrednih okoljskih raziskav ali opazovanj sistemov plimskih tokov. Večina neposrednih opazovanj obsega izpuščanje označenih rib gorvodno od naprave (naprav) in neposredno opazovanje smrtnosti ali vpliva na ribe.
V študiji projekta Roosevelt Island Tidal Energy (RITE, Verdant Power) na reki East River (New York) je bilo uporabljenih 24 hidroakustičnih senzorjev z deljenim snopom (znanstvena ehosonda) za zaznavanje in sledenje gibanja rib gorvodno in dolvodno od vsake od šestih turbin. Rezultati so pokazali, da (1) ta del reke uporablja zelo malo rib, (2) ribe, ki so uporabljale to območje, niso uporabljale dela reke, kjer bi bile izpostavljene udarcem lopatic, in (3) ni bilo dokazov, da bi ribe potovale skozi območja lopatic.
Trenutno poteka delo Severozahodnega nacionalnega centra za obnovljivo morsko energijo (NNMREC), ki raziskuje in vzpostavlja orodja in protokole za oceno fizikalnih in bioloških pogojev ter spremlja okoljske spremembe, povezane z razvojem energije plimovanja.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je energija plimovanja?
O: Energija plimovanja je električna energija, proizvedena s plimovanjem vode.
V: Kaj je generator plimovanja?
O: Generator plimovanja je stroj, ki pridobiva energijo iz gibanja vode med plimovanjem.
V: Kako generatorji plimovanja črpajo energijo iz vodnih tokov?
O: Generatorji plimovanja črpajo energijo iz vodnih tokov na enak način kot vetrne turbine črpajo energijo iz zračnih tokov.
V: Zaradi česa je energija plimovanja cenejši in ekološko manj škodljiv vir pridobivanja energije?
O: Energija plimovanja je najcenejša in ekološko najmanj škodljiva med tremi glavnimi oblikami pridobivanja energije iz plimovanja.
V: Kdaj je bila prvič zasnovana energija plimovanja?
O: Energija plimovanja je bila prvič zasnovana v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja med naftno krizo.
V: Zakaj lahko posamezna turbina plimovanja proizvede več energije kot podobno zmogljiva turbina vetrne energije?
O: Potencial za proizvodnjo električne energije s posamezno plimovalno turbino je lahko večji od potenciala podobno velikih vetrnih turbin, ker je gostota vode približno 800-krat večja od gostote zraka, zaradi česar voda zagotavlja večjo moč kot zrak, ki z enako hitrostjo pritiska na podobno turbino.
V: Kje naj bodo sistemi plimovanja nameščeni?
O: Sisteme plimovanja je treba postaviti na območjih s hitrimi tokovi, kjer so naravni tokovi skoncentrirani med ovirami, na primer na vhodih v zalive in reke, okoli skalnatih točk, obronkov ali med otoki ali drugimi kopenskimi masami.
Iskati