Η παραγωγή ενέργειας από τη θάλασσα

Λίγα λογια… Η κατανάλωση ενέργειας θα αυξηθεί δραματικά κατά τις επόμενες δεκαετίες σε ολόκληρο τον πλανήτη. Μία ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία μέχρι σήμερα ελάχιστα έχει αξιοποιηθεί, είναι η ενέργεια της θάλασσας. Οι θαλάσσιες μάζες καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του πλανήτη και μπορούν να θεωρηθούν ένα κολοσσιαίο, «παγκόσμιο» ενεργειακό ρεζερβουάρ. Η ιδέα για την εκμετάλλευση του θαλάσσιου κυματισμού δεν είναι νέα. Η πρώτη ευρεσιτεχνία χρονολογείται στα 1799, ενώ πλήθος άλλων τεχνολογιών επινοήθηκε και λειτούργησε σε μικρή κλίμακα μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα. Η συντονισμένη όμως έρευνα στον τομέα αυτό ξεκίνησε στη δεκαετία του 1970, μετά τη μεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Σήμερα πλέον οι προσπάθειες των προηγούμενων δεκαετιών έχουν αρχίσει να αποδίδουν καρπούς.

Οι μορφές θαλάσσιας ενέργειας είναι πολλές και οι ποσότητες ενέργειας οι οποίες μπορούν να αξιοποιηθούν τεράστιες. Τέτοιες αποτελουν: κύματα ή ρεύματα (wave energy) το φαινόμενο της παλίρροιας (tidal energy) το θερμικό δυναμικό μεταξύ των ανώτερων (θερμότερων) και των κατώτερων (ψυχρότερων) θαλάσσιων στρωμάτων (ocean thermal energy) οι μεταβολές πυκνότητας σε θαλάσσια στρώματα διαφορετικής αλατότητας (salinity power).

Αρχικά... Η θάλασσα έχει θεωρηθεί από καιρό ως πηγή ενέργειας. κατά τον Μεσαίωνα (1200-1500) οι αγρότες παγίδευαν το θαλάσσιο νερό στις λίμνες μύλων, για να το χρησιμοποιήσουν στους υδρόμυλους δύναμης . Κατά τη διάρκεια των τελευταίων πενήντα ετών, οι μηχανικοί έχουν αρχίσει να εξετάζουν την παλιρροιακή δύναμη και τη δύναμη των κυμάτων σε μια μεγαλύτερη, βιομηχανική κλίμακα. Εντούτοις, μέχρι τα τελευταία έτη, ιδιαίτερα στην Ευρώπη, η δύναμη των κυμάτων και η παλιρροιακή δύναμη , θεωρήθηκαν αντιοικονομικές. Αν και μερικά πιλοτικά έργα έδειξαν ότι η ενέργεια θα μπορούσε να παραχθεί, κάποια άλλα επίσης έδειξαν ότι, ακόμα κι αν το κόστος για την παράγωγη της ενέργειας δεν εξεταστεί, υπάρχει ένα πραγματικό πρόβλημα, που αφορά την ικανότητα του εξοπλισμού να αντέξει το εξαιρετικά σκληρό θαλάσσιο περιβάλλον.

Η ενέργεια των κυμμάτων

Μερικά στοιχεία για τα κύμματα Αποδεδειγμένη ύπαρξη μεγάλων ενεργειακών ρευμάτων στην ανοιχτή θάλασσα. Η παραγόμενη ισχύς είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους του κύματος και ανάλογη της περιόδου του. Συνήθεις ενεργειακές ροές 50 – 70 kW ανά μέτρο πλάτους.

Μειονεκτήματα κμμάτων Τα κύματα έχουν ακανόνιστη μορφή (πλάτος, φάση, διεύθυνση) Με αποτέλεσμα, να υπάρχει δυσκολία στην κατασκευή διατάξεων που να καλύπτουν λειτουργικά. Πολλές μεταβλητές μεγάλου εύρους. Πιθανότητα κυμάτων ακραίας έντασης (10 φορές μεγαλύτερη της μέσης τιμής). Οπότε, απαιτούνται διατάξεις ανθεκτικές σε παραγόμενη ισχύ ~100 φορές μεγαλύτερης της μέσης ισχύος. (Αύξηση κόστους) Η μέγιστη ένταση συναντάται σε κύματα μακριά από την ακτή Συνεπώς, είναι δύσκολη η κατασκευή, συντήρηση και ασφάλεια διατάξεων σε μεγάλες αποστάσεις από τις ακτές.

Η περίοδος των κυμάτων είναι πολύ μικρή (~ 0.1 Ηz) Άρα, δημιουργείται δυσκολία στον συνδυασμό με ηλεκτρογεννήτριες που λειτουργούν σε συχνότητες ~500 φορές μεγαλύτερες. Μικρή προσφορά ισχύος σχετικά με τις συνήθεις ανάγκες της βιομηχανίας. Οπότε, τείνει προς την δημιουργία γιγαντιαίων διατάξεων με εξαιρετικά υψηλό κόστος

Εκμετάλλευση ενέργειας κυμμάτων Η ενέργεια των κυμάτων ανοιχτής θάλασσας διατίθεται με τη μορφή εναλλασσόμενων ανοδικών και καθοδικών κινήσεων του νερού. Από τα κύματα κοντά στην ακτή εκμεταλλευόμαστε την προωστική δύναμη του μετώπου του κύματος για την κίνηση στροβιλοκινητήρων νερού ή αέρα. Κύματα που σπάζουν στην ακτή χρησιμοποιούνται για την πλήρωση φραγμάτων για να παραχθεί στη συνέχεια υδροηλεκτρική ενέργεια.

Υπάρχουν 3 βασικές μέθοδοι μετατροπής της κινητικής ενέργειας των κυμάτων σε ηλεκτρική.

1)Το σύστημα TAPCHAN (tapered channel) το οποίο μέσω ενός καναλιού οδηγεί το νερό των κυμάτων σε μία δεξαμενή. Το στένωμα του καναλιού αυξάνει το ύψος των κυμάτων περνώντας το νερό πάνω από τους τοίχους της δεξαμενής γεμίζοντάς την. Η κινητική ενέργεια του κινούμενου κύματος καθώς αποθηκέυεται στη δεξαμενή μπορεί να μετετραπεί σε άλλη μορφή ενέργειας. Επιπλέον το αποθηκευμένο νερό μπορεί να τροφοδοτήσει μια τουρμπίνα Kaplan όπως και σε ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο. Αυτό το σύστημα έχει μικρό κόστος λειτουργίας και μεγάλη αξιοπιστία. Δυστυχώς όμως δεν είναι κατάλληλο για όλες τις ακτές. Χρειάζεται περιοχές όπου υπάρχει συνεχής κυματισμός, παλίρροια μικρότερη του ενός μέτρου, αρκετό βάθος κοντά στις ακτές και κατάλληλη τοποθεσία για την δεξαμενή.

2)Μια άλλη μέθοδος χρησιμοποιείται για να παράγει ηλεκτρισμό σε δύο στάδια. Είναι σταθερή κατασκευή που αποτελείται από μια στήλη που περιέχει μια τουρμπίνα. Καθώς το κύμα μπαίνει στη στήλη σπρώχνει τον αέρα της στήλης να περάσει και να κινήσει μια τουρμπίνα, αυξάνοντας παράλληλα την πίεση του αέρα μέσα στην στήλη. Όταν το κύμα υποχωρεί ο πιεσμένος αέρας γυρίζει πίσω συνεχίζοντας να δίνει κίνηση στην τουρμπίνα.

3)Οι υποθαλάσσιες τουρμπίνες εκμεταλλεύονται τα ωκεάνια ρεύματα και χρησιμοποιούν την ενέργειά τους για να κινήσουν αργόστροφες τουρμπίνες. Αυτές με τη σειρά τους θέτουν σε λειτουργία μια γεννήτρια όπως και οι νερόμυλοι.

Η ενέργεια των παλιρροίων

Τι ονομάζουμε παλίρροια; Παλίρροια ονομάζεται το φυσικό φαινόμενο της περιοδικής ανόδου και καθόδου της στάθμης του νερού μίας μεγάλης λίμνης και κυρίως των θαλασσών. Η άνοδος της στάθμης ονομάζεται πλημμυρίδα, ενώ η κάθοδος ονομάζεται άμπωτη. Από κοινού, πλημμυρίδα και άμπωτη αποτελούν το φαινόμενο της παλίρροιας. Το φαινόμενο αυτό που επαναλαμβάνεται δύο φορές το 24ώρο (ακριβέστερα 24 ώρες 50' και 30") οφείλεται στη βαρυτική έλξη της Σελήνης αλλά και του Ηλίου πάνω στη Γη, καθώς και στην περιστροφή των ουράνιων σωμάτων αυτών. Η παλιρροιακή ενέργεια είναι πιο προβλέψιμη απ’ την κυματική ενέργεια αφού η πλημμυρίδα και η άμπωτη εναλλάσσονται με χρονική περίοδο 12 ωρών.

Που εμφανιζονται συνηθως; Στις παράκτιες ζώνες, όπου οι πλημμύρες περνούν μέσα από στενά, ή σε ρηχά νερά, μπορούν να σημειωθούν πολύ ψηλές ταχύτητες ροής. Στην Ευρώπη, συγκεκριμένα, δυνατά ρεύματα εμφανίζονται γύρω απ’ τα Βρετανικά νησιά και την Ιρλανδία, ανάμεσα στα Αγγλονορμαδικά νησιά και τη Γαλλία, στα στενά της Μεσσίνα ανάμεσα στην Ιταλία και τη Σικελία, και γύρω από τα νησιά του Αιγαίου πελάγους.

Αξιοποίηση ενέργειας παλιρροίων Ο τρόπος παραγωγής ηλεκτρισμού από τις παλίρροιες μοιάζει πολύ με αυτόν της υδροηλεκτρικής ενέργειας με τη διαφορά ότι το νερό κινείται σε δύο κατευθύνσεις, ένας σημαντικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη στην κατασκευή γεννητριών.

1. Το πιο απλό σύστημα παραγωγής ενέργειας από παλίρροιες περιλαμβάνει ένα φράγμα στην εκβολή ενός ποταμού. Κάποιες θύρες στο φράγμα επιτρέπουν την είσοδο θαλασσινού νερού στη δεξαμενή που σχηματίζεται πίσω από το φράγμα. Η κίνηση του νερού προς τη δεξαμενή κατά την άνοδο της παλίρροιας και από την δεξαμενή κατά την άμπωτη κινεί τουρμπίνες και γεννήτριες πού παράγουν ηλεκτρισμό.

2. Οι παλιρροϊκοί φράχτες μοιάζουν με τεράστιες περιστρεφόμενες πόρτες που μπλοκάρουν εντελώς την είσοδο ενός καναλιού έτσι ώστε όλο το νερό της παλίρροιας να περνάει από αυτές.

Πλεονεκτηματα παλιρροίων: Εύκολη μεταφορά της λόγω της οικονομικής και τεχνικής ανάπτυξης κοντά στις εκβολές των ποταμών Μειωμένες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου αφού δεν χρησιμοποιούνται στερεά καύσιμα Μειονεκτηματα παλιρροίων: Η κατασκευή δεξαμενών στις εκβολές ποταμών μπορεί να αυξήσει το ίζημα και τη θολερότητα του νερού στη δεξαμενή. Επιπτώσεις στη ναυσιπλοϊα και τον τουρισμό αφού το βάθος της θαλάσσιας περιοχής θα μειωθεί λόγω αύξησης του ιζήματος. Επιπτώσεις στην πανίδα και χλωρίδα της περιοχής

Συνεπώς… Σήμερα, διάφορες τεχνολογίες κυματικής και παλιρροιακής ενέργειας έχουν φτάσει σε τέτοιο τεχνικό στάδιο, ώστε η μαζική αξιοποίηση της θάλασσας για παραγωγή «καθαρής» και «φτηνής» ενέργειας να θεωρείται πλέον εφικτή. Η τεχνολογία αυτή μπορεί να θεωρηθεί «ώριμη» ως έναν βαθμό. Ωστόσο, λίγοι σταθμοί αυτού του τύπου έχουν κατασκευασθεί ανά τον κόσμο - ο μεγαλύτερος, συνολικής ισχύος 240 MW, κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1960 στη γαλλική πόλη La Rance, και λειτουργεί από τότε με επιτυχία. Ακόμη και σήμερα φυσικά, συνεχίζονται οι προσπάθειες εξέλιξης αυτών των τεχνικών αξιοποίησης της ανανεώσιμης ενεργείας των θαλασσών. Έτσι, μια μέρα ελπίζουμε μεγάλο μέρος των ανθρωπίνων αναγκών, οικιακών μέχρι βιομηχανικών, να καλύπτεται από την ενεργεία των θαλασσών. Διονυσοπούλου Βενετία Κώστη Βίκυ Παπαθανασίου Εβελίνα Σιδεράκου Θεώνη