El A tenger egy hatalmas energiatartalék amelyet csak most kezdtünk el kiaknázni. A hullámok, az árapály, az áramlatok, valamint a hőmérséklet- és sótartalom-különbségek olyan potenciált rejtenek, amely képes tiszta és állandó villamos energia előállítására, kiegészítve a szél- és napenergiát az energiaátmenetben.
Bár általában arról hallunk, hogy tengeri szélenergiaSzámos tengeri technológia létezik, amelyek célja az óceán dinamikájának kilowattórává alakítása: hullámenergia, árapályenergia, áramlási energia, óceáni termikus energiaátalakítás (OTEC) és sótartalom-gradiens energia. Némelyik már nagyon előrehaladott stádiumban van, mások még gyerekcipőben járnak, de mindegyiknek ugyanaz a célja: a bolygó felszínének 70%-át víz borítja.
Mik az óceáni energiák, és hogyan osztályozzák őket?
Amikor beszélünk óceánenergia Olyan megújuló energiaforrásokra gondolunk, amelyek a tengervíz mozgását és fizikai tulajdonságait hasznosítják villamos energia előállításához. Ez nem egyetlen technológia, hanem több különálló család, amelyek különböző óceáni jelenségekre támaszkodnak.
Az óceán energiája a következő formában nyilvánul meg: hullámok, árapályok, áramlatok, hőmérsékleti gradiensek és sótartalom-gradiensekEzen erőforrások mindegyike speciális gyűjtőeszközöket igényel, és mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai a költségek, a technológiai érettség és a lehetséges környezeti hatások tekintetében.
Általánosságban elmondható, hogy a fő a tengeri energia típusai hang:
- Hullámenergia, a felület hullámmozgása alapján.
- Árapály-energia vagy árapály-erő, amely a tengerszint időszakos emelkedését és süllyedését használja ki.
- Az óceáni áramlatokból származó energia, amely a víz áramlásának mozgási energiáját elektromos árammá alakítja.
- Óceán termikus energia vagy óceán termikus energiaátalakítás (OTEC), ami a felszíni és a mély vizek közötti hőmérséklet-különbséghez kapcsolódik.
- Sógradiens energia vagy „kék energia”, amely kihasználja az édesvíz és a tengeri víz sótartalmának különbségét.
Ez az alternatívakészlet azt jelenti, hogy fiatal koruk ellenére a Az óceáni energiákat kulcsfontosságúnak tekintik közép- és hosszú távú dekarbonizációs forgatókönyvekben, különösen a jó hullám-, árapály- vagy áramlási erőforrásokkal rendelkező part menti régiók.
Árapály-energia: árapályerőművek
La Tengervíz energia A Hold és a Nap gravitációs vonzása által okozott tengerszint-emelkedés és -süllyedés kihasználásán alapul. Azokon a helyeken, ahol jelentős a szintkülönbség a dagály és az apály között, egy speciális erőmű telepíthető, amely ezt a szintkülönbséget elektromos árammá alakítja.
Hogy a árapály erőmű Ahhoz, hogy akár minimálisan is jövedelmező legyen, jellemzően körülbelül 5 méteres árapály-tartomány szükséges referenciaként. Becslések szerint világszerte legalább száz terület felel meg ennek a feltételnek, és egyes tanulmányok több mint százra emelik az ilyen potenciállal rendelkező területek számát csak Európában. Globális szinten a technológia elméleti potenciálját több mint 30 GW-ra becsülik.
Az árapályerőmű klasszikus rendszere egy építésén alapul parti gát vagy gát A gát lezár egy öblöt, torkolatot, kisöblöt vagy folyótorkolatot, létrehozva egy víztározót. A gát zsilipeket és turbinákat tartalmaz: amikor az árapály emelkedik, a víz bejut és feltölti a víztározót; amikor az árapály visszaesik, a tárolt víz a turbinákon keresztül szabadul fel, áramot termelve az egyik vagy mindkét irányban, a konstrukciótól függően.
Az ilyen típusú installáció legjellemzőbbike a Rance folyó torkolati árapályerőműA franciaországi Bretagne-ban található létesítmény 1967 óta működik. Ott egy körülbelül 750 méteres gát választja el a torkolatot a nyílt tengertől, több mint 22 km² területet lefedve. A komplexum 24 darab, egyenként 10 MW teljesítményű turbinával rendelkezik, ami évtizedek óta világviszonylatban is mércének számít az árapályenergia hasznosításában.
Jelenleg csak egy hasonló erőmű működik Dél-Koreában; a többi működő árapály-erőmű sokkal kisebb hatalmakVoltak nagyon ambiciózus projektek tanulmányozása alatt, mint például a Fundy-öbölben (Kanada) vagy a Cardiff és Bristol közötti csatornában (Egyesült Királyság), de a hatalmas kezdeti beruházás és a jelentős környezeti hatások kockázata lelassította a megvalósításukat.
Az árapály-energia hasznosításával a gátak segítségével felmerülő fő kihívások közé tartozik a lehetséges a part menti ökoszisztémák megváltozásaA szedimentációs mintázatok és a tápanyagdinamika változásait, valamint a halászati és rekreációs célokra gyakorolt hatásokat is vizsgálják. Ezért az elmúlt években kevésbé invazív megoldásokat, például árapály-turbinákat is kutattak, amelyekről később lesz szó.
A fejlődésével hatékonyabb turbinák, úszó szerkezetek és optimalizált tervekAz árapály-energia költsége várhatóan csökkenni fog, ami releváns szereplővé teheti a nagy mocsarakkal és torkolatokkal rendelkező part menti villamosenergia-rendszerekben.
Hullámenergia vagy hullámerő
La hullámenergia A rendszer elsősorban a szél által keltett hullámok mozgását hasznosítja, amikor azok a tenger felszínéhez súrlódnak. Ez a hullámzás jelentős mennyiségű energiát hordoz: becslések szerint a világ számos partvidékén a hullámok méterenként 15-30 kW energiát bocsáthatnak ki, ami jelentős érték.
Ha ezt az energiát hatékonyan lehetne átalakítani, akkor egy része 30-60 km hosszú partvonal Jó hullámenergia-forrásokkal annyi áramot lehetne termelni, mint egy nagy fosszilis tüzelőanyaggal vagy atomerőművel. A probléma az, hogy a hullámtevékenység egy rendkívül változó jelenség: az időjárástól, az évszaktól és a partvonal irányától függően változik, ami megnehezíti a robusztus, tartós és költséghatékony eszközök tervezését.
A Kantábriai-tengeren például az uralkodó szelek generálják Átlagosan körülbelül három méter magas hullámokEz olyan régióknak, mint a Baszkföld, nagyon érdekes hullámenergia-potenciált biztosít. Valójában ez az autonóm közösség a világ egyik vezető óceánenergia-kutatási központjává vált, egyedi létesítményekkel és magas szintű tudományos rendezvényekkel.
A hullámok energiájának rögzítésére számos módszert fejlesztettek ki konverterek típusai, többek között:
- Oszcilláló vízoszlop (OWC) eszközökahol a hullám mozgása összenyomja és kioldja a turbinát meghajtó légkamrát.
- Csuklós mobil eszközök, amely szegmentált szerkezetekből áll, amelyek a hullám áthaladásával együtt hajlanak, és ezt a mozgást mechanikai energiává alakítják.
- Lemezek vagy oszcilláló elemek, amelyek a hullámokkal együtt dőlnek és lineáris vagy hidraulikus generátorokat mozgatnak.
- Úszó szerkezetek, gyakran a tengeren lehorgonyozva, amelyek a függőleges és vízszintes lengést elektromos energiává alakítják.
Jelentős mérföldkő volt Skóciában az egyik első kereskedelmi célú csuklós típusú erőmű telepítése, amely a század eleje óta nagyságrendileg termel energiát. 500 kWSpanyolországban kiemelkedik a baszk parton található Mutriku hullámerőmű, amely 16 darab, összesen körülbelül 296 kW teljesítményű OWC turbinával rendelkezik, és 2011 óta rendszeresen táplálja a hullámenergiát a hálózatba.
A Mutrikuban a működési elv egyszerű, mégis nagyon ötletes: a Egy hullám belép egy részben elárasztott kamrábaA rendszer összenyomja a felül csapdába esett levegőt, és egy turbinán keresztül kifújja. Amikor a hullám visszahúzódik, a vízoszlop lejjebb süllyed, és a levegőt ugyanaz a turbina visszaszívja, amely úgy van kialakítva, hogy mind a fújási, mind a szívó fázisban ugyanabba az irányba forogjon. Olyan kutatócsoportok, mint az ITSAS REM a Baszkföldi Egyetemen (UPV/EHU), optimalizálják ezt a típusú rendszert a teljesítmény és a megbízhatóság javítása érdekében.
A hullámenergia egyik legnagyobb kihívása a kezelése szakaszosság és változékonyság az erőforrásból. A szél- vagy napenergiához hasonlóan a termelés a változó időjárási viszonyoktól függ, amelyek nem egységesek a világ minden táján. Ez szükségessé teszi más forrásokkal vagy tárolórendszerekkel való kombinálását az ellátás garantálása érdekében.
Az óceáni áramlatokból származó energia
A hullámokkal vagy a széllel ellentétben sok áramlat mutat alacsony változékonyság és szinte folytonos jellegEz teszi őket az egyik legérdekesebb megújuló energiaforrássá a nem szakaszos áramtermelés biztosításához. Szorosokkal és természetes csatornákkal rendelkező területeken ezek az áramlatok felerősödnek, ami ideális sebességet eredményez a víz alatti turbinák telepítéséhez.
A technológia, amely ezt az erőforrást kiaknázza, nagyon hasonló ahhoz, amit a szélde víz alatt. A generátorokat az áramlatba helyezik, általában lapátokkal vagy rotorokkal vannak felszerelve, amelyek a víz áthaladásával forognak. Kialakításuk alapján több alaptípust lehet megkülönböztetni:
- Axiális áramlású rotorok, nagyon hasonló a hagyományos szélturbinákhoz, tengelyük párhuzamos az áram irányával.
- Függőleges tengelyű rotorok, amelyben a lapátok az áramlásra merőleges tengely körül forognak, ami megkönnyíti a több irányból történő befogást.
- Szárnyas vagy oszcilláló profilú eszközök, amelyek az áram által indukált váltakozó mozgást elektromos energiává alakítják.
Az egyik legismertebb rendszer a SeaGen, amelyet 2008-ban telepítettek a Strangford-szorosban (Észak-Írország). Ez egy két darab, 16 méter átmérőjű, kétlapátos propellerrel rendelkező generátor, amely körülbelül 1,2 MW teljesítményre képes, és évek óta világreferenciának számít az árapály-áramlások területén.
Spanyolországban ennek a technológiának a lehetőségei viszonylag korlátozottak, mivel a aktuális sebességek A partvidék nagy részén a vízszint nem éri el az ezen eszközök hatékony működéséhez szükséges optimális értékeket. Ennek ellenére vannak érdekes helyek, mint például a Gibraltári-szoros vagy a galíciai partok mentén található bizonyos áramlatok, ahol előzetes tanulmányokat végeztek.
Általánosságban elmondható, hogy a folyamturbinák széles teljesítménytartományt lefedhetnek, a viszonylag kis berendezésektől az elszigetelt alkalmazásokig. közel 2 MW-os gépek nagy áramlási sebességű környezetben. Fő kihívásai közé tartozik a karbantartás igényes tengeri körülmények között, a tengeri élővilágra gyakorolt hatás minimalizálása és a telepített kilowattonkénti költség csökkentése.
Óceán termikus energia vagy OTEC (óceán termikus energiaátalakítás)
La árapály energiaAz OTEC (óceáni hőenergia-átalakítás), más néven OTEC, a meleg felszíni víz és a hideg mélyvíz közötti hőmérséklet-különbséget használja fel villamos energia előállítására egy termodinamikai cikluson keresztül.
Ahhoz, hogy ez a technológia életképes legyen, egy minimális hőmérsékleti gradiens körülbelül 20 °C a felszín és a körülbelül 800-1000 méteres mélység között. Ez az állapot főként a trópusi tengerekben fordul elő, ahol a nap folyamatosan melegíti az óceán felső rétegét, míg a mélyebb vizek hidegek maradnak.
Az OTEC üzemek jellemzően a következők variációit használják: Rankine-ciklusLeegyszerűsítve, a rendszernek van egy munkaközege (ami a kialakítástól függően lehet víz vagy alacsony forráspontú folyadék). A tipikus folyamat a következőket foglalja magában:
- Un párologtatóahol a folyadék a meleg felszíni víz hőjének köszönhetően elpárolog.
- egy turbina, amelyet nagynyomású gőz hajt és egy elektromos generátort hajt.
- Un kondenzátor, amely nagy mélységből szivattyúzott hideg tengervíz segítségével hűti és kondenzálja a gőzt.
- Bombas hogy fenntartsa a meleg és hideg víz keringését a rendszeren keresztül.
A hívásban zárt hurokEgy olyan folyadékot használnak, mint az ammónia, amely elpárolog és lecsapódik anélkül, hogy keveredne a tengervízzel. nyitott ciklusMaga a tengervíz az, ami a nyomásának csökkenésével elpárolog és meghajtja a turbinát, majd később ismét lecsapódik a hideg mélyvízzel. Léteznek olyan hibrid konfigurációk is, amelyek mindkét megközelítést ötvözik.
Az óceáni termikus energia fő előnye, hogy képes biztosítani közel folyamatos villamosenergia-termelésFeltéve, hogy a hőmérsékleti gradiens fennmarad, ami bizonyos trópusi régiókban meglehetősen stabil, az elméleti hatásfok alacsony a rendelkezésre álló kis hőmérséklet-különbség miatt. Ez nagy vízmennyiség kezelését és nagyméretű infrastruktúra kiépítését teszi szükségessé, ami továbbra is magas költségeket eredményez.
Sógradiens energia vagy kék energia
A hívás kék energia A tengervíz és az édesvíz sótartalmának különbségét használja ki, például egy folyótorkolatnál vagy nagy torkolatoknál. Ez a sókoncentráció-különbség szabályozott ozmotikus folyamatokon keresztül energiatermelésre használható.
Lényegében ahhoz folyamodik, hogy féligáteresztő membránok amelyek lehetővé teszik a víz átjutását, de a sóionokét nem. Amikor édesvizet és sósvizet helyezünk a membrán két oldalára, az édesvíz a sós oldal felé mozdul el, hogy kiegyenlítse a koncentrációkat, nyomáskülönbséget hozva létre, amely mechanikai energiává, majd elektromos árammá alakítható.
A javasolt technológiák a következők:
- Nyomáskésleltetett direkt ozmózis (PRO), ahol a sós oldalon megnövekedett nyomást egy turbina meghajtására használják.
- Fordított elektrodialízis (RED), amely elektromos potenciált generál az ionok ioncserélő membránokon keresztüli szelektív migrációjából.
A tengeri energia ezen formáját továbbra is állapotában lévőnek tekintik. kezdeti fejlődésFő kihívásai a membránok költségéhez és tartósságához, a biofouling problémáihoz, valamint ahhoz kapcsolódnak, hogy a létesítményeket érzékeny torkolati környezetbe kell integrálni anélkül, hogy az ökológiai egyensúlyuk veszélybe kerülne.
A tengeri kiaknázás egyéb formái és a történelmi technológiák
A főbb modern kategóriákon túl létezik egy egész hagyománya a az óceánenergia történelmi felhasználásaKlasszikus példa erre az árapálymalom, amelyet évszázadok óta, különösen a 16. és 19. század között, használtak gabonafélék őrlésére mocsaras területeken.
Ezek a malmok a modern árapályerőművekhez hasonlóan működtek, de sokkal kisebb léptékben: a gát zsilipekkel amely lehetővé tette a tó feltöltését dagály idején. Amikor apály volt, a tárolt vizet egy csatornán keresztül engedték ki, amely egy vízikerékkel volt felszerelve, és amely a malom gépeit hajtotta.
Olyan régiókban, mint Cádiz és Huelva, figyelemre méltó ókori örökség található árapálymalmokEz konkrét tanulmányokat indított el a helyszínről, a technológiáról, valamint az oktatási vagy turisztikai célokra való esetleges helyreállításával vagy újrafelhasználásával kapcsolatos jogszabályi keretről.
Manapság az új tengeri technológiák az alábbiak felé fejlődtek: fejlett víz alatti eszközök, úszó növények és tesztplatformok a nyílt tengeren, de továbbra is kíváncsi, hogy a jelenlegi ötletek közül hány merít a tengeri energia hagyományos felhasználási módjaiból.
Regionális fejlesztés: Andalúzia, Baszkföld és más vezető területek
Spanyolországban számos autonóm közösség részletesen elemzi a helyzetet. tengeri erőforrásainak potenciáljaAndalúzia például az ország leghosszabb partvonalával rendelkezik, és egyedülálló jellemzője, hogy mind atlanti, mind mediterrán partvidékkel rendelkezik, ami nagyon érdekes hullám-, árapály- és áramlási viszonyokat eredményez.
Az andalúz regionális kormányzat olyan dokumentumokat támogatott, mint például a következő tanulmányok: „A tengeri energiák bruttó potenciálja Andalúziában”ahol a teljes partvonal erőforrásait alapvető szinten értékelik a legígéretesebbnek ítélt technológiák szempontjából. Ezt követően egy részletesebb „2. fázis” jelent meg, amely a Gibraltári-szoros körüli áramlatokra, valamint a Cádiz-Huelva-sáv és Almería keleti partvidékének hullámaira összpontosít.
Egy másik említésre méltó munka a „Előzetes tanulmány az árapálymalmokról Cádizban és Huelvában”, amely leltárba veszi ezeket a történelmi létesítményeket, leírja technológiájukat, és elemzi védelmükkel és lehetséges rehabilitációjukkal kapcsolatos jogi vonatkozásokat.
Ezenkívül olyan jelentések is, mint pl. „Energiatermelő erőművek és energiainfrastruktúra Andalúziában”, ahol összegyűjtik a létesítmények helyzetét önkormányzati, tartományi és regionális szinten, és olyan eszközök állnak rendelkezésre, mint az Andalúzia Energiainfrastruktúrájának Interaktív Térképe (MIEA), hogy megtekinthessék a naperőművek és más releváns energiainfrastruktúrák helyét.
Baszkföld a maga részéről megszilárdította magát nemzetközi vezető az óceánenergetika területénA baszk Kantábriai-tengeren jók a hullámviszonyok, különösen télen, ami olyan úttörő projektek megvalósítását kedvezett, mint a fent említett mutrikui hullámerőmű és a BIMEP platform (Biscay Marine Energy Platform), egy nyílt tengeri tesztpark, ahol a vállalatok és kutatóközpontok teljes méretű prototípusokat tesztelhetnek.
Az olyan infrastruktúrák, mint a BIMEP és a specializált kutatócsoportok jelenléte világhírű eseményeket vonzott a baszkföldi piacra, mint például az ICOE kongresszus, amely a tengeri iparra összpontosít, és az EWTEC kongresszus, amely az óceánenergia-kutatásra összpontosít. Ezek a fórumok több száz szakértőt és kutatót hoznak össze, hogy megvitassák a... legújabb fejlesztések a szimulációban, az eszköztervezésben és az erőforrás-értékelésben.
Ennek a vezető szerepnek a megszilárdításában kulcsfontosságú elem a speciális képzésAz UPV/EHU és más európai egyetemek által koordinált Erasmus Mundus megújuló energiák tengeri környezetben mesterképzése (REM+) több mint 50 vállalattal működik együtt az ágazatban, és az Óceánenergia Konferencia díjjal jutalmazta a szakemberek képzéséhez való hozzájárulását ezen a feltörekvő területen.
Előnyök, kihívások és szerep az energetikai átállásban
Az óceánenergia különböző formái számos közös vonással rendelkeznek stratégiai előnyökEzek megújuló erőforrások, amelyek működésük során gyakorlatilag nulla hatással vannak az üvegházhatású gázok kibocsátására, és amelyek bizonyos esetekben (árapályok és áramlatok) nagyon értékes kiszámíthatóságot és szabályosságot kínálnak az elektromos rendszer számára.
A tengeri energia is segíthet diverzifikálja az energiamátrixot A tengerparti országok esetében csökkenteni kell az importált fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget, ipari értékláncokat kell létrehozni a tengeri berendezések építéséhez és karbantartásához kapcsolódóan, valamint hasznosítani kell a más tengeri ágazatokban, például az olaj- és gázkitermelésben vagy a tengeri szélenergia-termelésben felhalmozott tudást.
Tömeges telepítése azonban még mindig fennáll fontos kihívásokEzek közé tartoznak a magas beruházási és üzemeltetési költségek, a szélsőséges tengeri környezeti feltételek (korrózió, hullámok, biofouling), az érzékeny ökoszisztémákkal és a hagyományos tevékenységekkel (halászat, hajózás, turizmus) való kompatibilitás biztosításának szükségessége, valamint a verseny más, már bevett és egyre olcsóbb megújuló energiaforrásokkal.
A technológiai területen olyan aspektusok, mint a fokozott eszközmegbízhatóság, a moduláris és könnyen karbantartható megoldások tervezése, a kikötői és horgonyzó rendszerek fejlesztése, vagy az energiatárolás integrálása, amely lehetővé teszi az erőforrások, például a hullámok változékonyságának kisimítását.
A jövőre nézve várható, hogy a technológiai innováció, a méretgazdaságosság és a kedvező szabályozási keretek kombinációja lehetővé teszi, hogy a tengeri energia egyre fontosabb helyet foglaljon el a… átállás alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiarendszerrekülönösen a kiterjedt tengerparttal és jó tengeri erőforrásokhoz való hozzáféréssel rendelkező országokban.
Az óceán ereje számos megoldást kínál, a klasszikus árapályerőművektől a legfejlettebb jelenlegi turbinákig, beleértve a hullámerőműveket, az óceáni hőerőműveket és a kékenergia-projekteket; ha a jelenlegi gazdasági és technológiai akadályokat sikerül leküzdeni, ezek az alternatívák stabil és kiegészítő pillérré válhatnak más, fejlettebb megújuló energiaforrások mellett.
