7. Energija valova,plime i oseke


Energija valova,plime i oseke

65

Energija valova

Energija valova mehanička je transformirana sunčeva energija. Valove, naime, uzrokuju vjetrovi koji nastaju kao posljedica razlika u tlaku zraka, a te, pak, razlike nastaju zbog različitog zagrijavanja pojedinih dijelova Zemljine površine. Stalni (planetarni) vjetrovi uzrokuju stalnu valovitost na određenim područjima i to su mjesta na kojima je moguće iskorištavanje njihove energije za pokretanje turbine povoljno.

Valovi se razlikuju po visini, dužini i brzini, a o tome ovisi i njihova energija. Svaki val nosi potencijalnu energiju uzrokovanu deformacijom površine i kinetičku energiju koja nastaje zbog gibanja vode. Vremenski razmak između dviju amplituda razmjeran je drugom korijenu dužine vala.

Energija vala razmjerna je kvadratu visine vala i obrnuto razmjerna vremenskom razmaku između dviju amplituda. Energija naglo opada s dubinom pa na dubini od 20m iznosi samo 20% od energije neposredno ispod površine, dok na dubini od 50m samo oko 2% od energije neposredno ispod površine.

Snagu vala definiramo po jedinici površine okomitu na smjer kretanja vala. Ona može iznositi i 10 kW/m2, ali i oko nule. Npr. za područje sjevernog Atlantika, na otvorenom moru između Škotske i Islanda, u 50% vremena snaga valova je 3,9 kW/m2 ili veća.

Snagu valova možemo odrediti po metru dužine na morskoj površini. Tako definirana snaga vala mijenja se s brzinom vjetra, te ovisi od godišnjem dobu i vremenskim prilikama. Snaga valova se razlikuje od dnevnih mijena plime/oseke i stalnih cirkularnih oceanskih struja. Za korištenje energije valova moramo odabrati lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i dovoljne snage.

67

68

Energija valova obnovljiv je izvor koji varira u vremenu (npr. veći valovi javljaju se u zimskim mjesecima). Jednostavniji oblik iskorištavanja energije valova bio bi neposredno uz obalu zbog lakšeg, tj. jeftinijeg dovođenja energije potrošačima. Međutim, energija valova na pučini znatno je veća, ali je i njezino iskorištavanje puno skuplje. Rezultati u trenutnoj fazi dospjeli su tek do prototipova i demonstracijskih uređaja. Na slici se vidi princip pretvaranja energije valova u električnu energiju, energija valova prvo pretvara u strujanje zraka, a taj vjetar pokreće turbinu. Amplituda valova mora biti velika da bi pretvaranje bilo efektno.

Danas su u osnovi poznata tri oblika iskorištavanja energije valova:

  • preko plutača,
  • pomičnog klipa
  • lopatica

Energija valova se direktno hvata ispod površine valova ili iz raznih fluktuacija pritisaka ispod površine. Tada ta energija može pogoniti turbinu, a najjednostavniji i najčešći način funkcioniranja je sljedeći: Val se diže u komori, a rastuće sile vode tjeraju zrak iz komore, te tako pokretljivi zrak zatim pogoni turbinu, koja onda pokreće generator.

Postoje razne tehnologije za iskorištavanje energije valova, ali samo malen broj njih je ustvari komercijalno iskoristiv. Tehnologije za iskorištavanje energije valova nisu samo instalirane na obali, već i daleko na pučini, a i naglasak velikih projekata kao što je „The OCS Alternative Energy Programmatic EIS“ je upravo na pučinskim projektima sa sustavima postavljenim u dubokoj vodi, na dubinama koje prelaze 40 metara. Međutim, većina tehnologija za iskorištavanje energije valova još uvijek je orijentirana blizu obale, ili na samoj obali, a razlika među njima je u njihovoj orijentaciji prema valovima s kojima su u interakciji, te sa radnim principom uz pomoć kojeg se energija valova pretvara u željeni oblik energije. Glavni problem s energijom valova predstavlja činjenica što se taj izvor energije ne može ravnomjerno koristiti u svim dijelovima svijeta.

Energija plime i oseke

Razmislite li ponekad kada promatrate to čarobno plavetnilo, zašto dolazi do plime i oseke i što one zapravo znače ne samo za morski svijet nego i šire? Morske mijene su zaista fascinantne i čudesne prirodne pojave, uz morske valove i struje još jedan faktor koji utječe na pokretanje vodenih površina. Što su plima i oseka? To su kao prvo prirodne pojave koje podrazumijevaju naizmjenično podizanje i spuštanje razine mora, do čega dolazi zbog gravitacijske sile od strane Sunca i Mjeseca u odnosu na Zemlju. Kao i sve ostalo u životu tako i ovaj prirodni dio ciklusa treba shvatiti ozbiljno i poštovati njegov ponekad čudljiv karakter. Plima i oseka mogu varirati ovisno o lokaciji na kojoj djeluju, pa su tako morske mijene najveće na pojedinim obalama koje leže uz najveće oceane. Tako se lokacije koja pripadaju teritoriju Novog Zelanda, Aljaske i Madagaskara, zapadne obale Velike Britanije, Francuske i istočne obale Kanade, smatraju teritorijem na kojem djeluju izražene morske mijene, što ima velik utjecaj na morski promet.

Zašto su plima i oseka važne za ekologiju? Radi se o prirodnim procesima koji su od velike važnosti za izvore energije. Energija koju pružaju plima i oseka smatra se oblikom hidroenergije za pretvaranje u električnu i druge oblike energije. Energija koju je moguće dobiti djelovanjem morskih sila nije zanemariva i ona će vrlo brzo zauzeti važno mjesto u onim dijelovima svijeta gdje su morske mijene najizraženije. Dobro je što su te mijene predvidljivije za razliku od solarne energije i energije vjetra. Princip rada elektrane na plimu i oseku je jednostavan i vrlo je sličan principu hidroelektrane. Na ulazu u neki zaljev postavi se brana i kad se nivo vode digne propušta se preko turbine u zaljev. Kad se zaljev napuni brana se zatvara i čeka se da nivo vode padne. Tad se voda po istom principu propušta van iz zaljeva. U jednostavnijem slučaju voda se propušta kroz turbine samo u jednom smjeru i u tom slučaju turbine su jednostavnije (jednosmjerne, a ne dvosmjerne).

Glavni problemi kod takvog iskorištavanja energije plime i oseke su nestalnost (treba čekati da se nivo vode digne dovoljno, ili da padne dovoljno) i mali broj mjesta pogodnih za iskorištavanje takvog oblika energije. Jedno od pogodnih područja je La Rance elektrana u Francuskoj, a koja je ujedno i najveća elektrana koja radi na principu energije plime i oseke. Ta elektrana koja je ujedno i jedina elektrana takve vrste u Europi smještena je u estuaru rijeke Rance u sjevernoj Francuskoj i trenutno stvara dovoljno energije za zadovoljavanje potrebe 240.000 francuskih domaćinstava. Glavni problem elektrana leži u tome da mogu dnevno raditi samo nekih 10 sati, točnije za vrijeme kad se plima diže, odnosno oseka spušta. Međutim, velika prednost leži u činjenici što su plima i oseka potpuno predvidljive pojave, tako da se lako može isplanirati vrijeme rada tih elektrana u vrijeme kada su morske mijene aktivne, a recimo to nije slučaj sa svim vrstama energije (primjer, energija vjetra).

69

Slika 32.: Elektrana na plimu i oseku, Francuska

Iako ovakva metoda ne može zadovoljiti sve svjetske potrebe, ona može puno učiniti kada su u pitanju obnovljivi izvori energije. Iako se nedavno smatralo kako nema velike budućnosti za rad elektrana koje bi se oslanjale na plime i oseke, novija poboljšanja na području tehnologije pokazala su upravo drugačije. Snaga plima i oseke postala je dostupnija, a troškovi su spušteni na prihvatljivu razinu.

Jeste li znali..

70

Zašto je energija mora dobra?

Energija mora u obliku valova, te plime i oseke je obnovljivi izvor energije. Plima i oseka su pouzdanije od valova, ali i od vjetra i sunca. Elektrane na valove i podmorske turbine ne narušavaju okoliš niti morski život, jer se okreću vrlo sporo.

Mali ekseperiment

Izradite svoj Pelamis uređaj! Za ovaj zadatak potrebne su vam tri debela drvena štapa, tanka plastika (možete iskoristiti stari fotografski film) i elastična traka.

Pratite sljedeće upute:

  1. Izrežite dvije uske plastične trake. Neka budu duge 8 cm, a široke 1 cm.
  2. Složite model Pelamis uređaja prema donjoj slici.
  3. Provjerite da se svaki od tri dijela uređaja može slobodno kretati.
  4. Stavite svoj uređaj u veliku posudu napunjenu do pola vodom.
  5. Laganim pokretima rukom napravite valove.
  6. Možete li opisati što se događa s vašim uređajem? Kako ovakav uređaj može proizvesti električnu energiju?

71