Tengernyi Energia - Alapok

A bevezetőben burkoltan bár, de az alapvető elvek már megjelentek:

Ozmózis erőmű

Az ozmózis erőmű a tengerekbe ömlő folyók torkolatában a sós és édes víz sótartalmának különbségét hasznosítja: Ha két különböző koncentrációjú oldatot egy féligáteresztő membránon keresztül kapcsolatba hozunk egymással, amely csak az oldószert - jelen esetben a vizet - engedi át, akkor a koncentráció kiegyenlítődése - egyensúly - úgy következhet be, ha az alacsonyabb koncentrációjú oldatból (édesvíz) oldószer (víz) áramlik a nagyobb koncentrációjú oldatba (tengervíz), amely a nagyobb koncentrációjú oldat nyomását megnöveli. A nagynyomású kevert víz egy turbinán keresztül áramlik át, amely térfogatárama megegyezik a membránon átlépő víz térfogatáramával.

Mindenhol be lehet vetni, ahol édesvíz ömlik a tengerekbe. Elsősorban a nagy sótartalommal rendelkező tengerek, pl. a Földközi-tenger, jöhetnek szóba, bár a világ első ozmózis erőművét Norvégiában építették.

Hőmérsékletgradiens erőmű (OTEC - Ocean Thermal Energy Conversion)

Az óceán felső (0-50 m) és alsóbb (600-1000 m) rétegei közötti hőmérsékletkülönbséget hasznosítja. Ha ez a hőmérsékletkülönbség meghaladja a 20 Celsius fokot, az már elegendő egy alacsony hőmérsékletű gőzkörfolyamat fenntartásához. Az elv megegyezik a hagyományos erőművek gőzkörfolyamataival, azzal a különbséggel, hogy a munkaközeg általában ammónia, amelynek alacsonyabb a forráspontja, mint a víznek.

Kereskedelmi erőmű még nem épült, a legreményteljesebb területeket a sárga és piros foltok jelölik:

Árapály potenciális energiája (gátak, zátonyok, lagúnák)

Valószínűleg az első módszer, amely segítségével energiát nyertek a tengerből. Egy gátrendszer - lehet klasszikus gát, lagúna, zátony - segítségével dagály esetén felduzzasztják a tengert, apály esetén pedig a tengeröblöt. Minden más úgy működik, mint egy hagyományos vízerőműben. A leghíresebb ilyen erőmű a franciaországi St. Malo városánál épült a Rance torkolatában és 1966 óta sikeresen működik. A technológia hátránya, hogy a legtöbb esetben elfogadhatatlanul nagy beavatkozást jelent az ökoszisztémába. Ezt mutatja az angliai Severn torkolatba tervezett erőműről készített tanulmány is. Előnye az előző két típushoz hasonlóan, hogy előre jelezhető, független az időjárástól.

Ezt az erőműtípust értelemszerűen oda érdemes telepíteni, ahol erős árapály jelenség tapasztalható:

Tengeráramlások - árapály kinetikus energiája

Működési elve megegyezik a szélerőművekével, azzal a különbséggel, hogy a munkaközeg a víz, amelynek kb. 800-szor nagyobb a sűrűsége, mint a levegőnek. Ez a tény ellensúlyozni tudja az árapály jelenségek következtében fellépő áramlatoknak a szélhez viszonyítva alacsonyabb sebességét. Sokszor látni az 1 MW-os turbinákat összehasonlító képet, amely önmagáért beszél:

Olyan helyekre célszerű telepíteni a turbinákat, ahol nagy az árapályból származó áramlási sebesség (Lent - kékkel karikázott területek). Az ilyen áramlatoknak fő előnye, hogy előre jelezhetőek, mint az árapály, ami okozza őket, nem úgy, mint a szél- vagy hullámenergia, amelyekre nagy hatással van az időjárás véletlenszerű változása.

Hullámok kinetikus energiája

A hullámokat a tengerfelszín felett áramló szél okozza, ezért ez az energia időjárásfüggő. Mennyisége a hullámok amplitúdójától és a frekvenciájától függ. A hullámzásra hatással van a meder is.

Talán a hullámenergia hasznosítására dolgozták ki a legtöbb különféle módszert a mérnökök. Később remélhetőleg lesz módom beszámolni egy-egy érdekesebb megoldásról. A legjobb „lelőhelyeket” piros karikázás jelöli a fenti ábra.

Párolgás erőmű

Ez egy nagyon érdekes ötlet, „hivatalos” elnevezését nem is ismerem. Az elv dióhéjban a következő: A tengert összekötik a sivataggal, ahol elárasztanak egy nagyobb területet. A forróságban elkezd elpárologni a víz, ami a tenger felől állandóan igyekszik pótlódni, így áramlás indul meg a sivatag felé. A térfogatáram megegyezik az elpárolgó víz mennyiségével. Az áramlás kinetikus energiáját a fentebb már említett módon lehetne hasznosítani. A módszer hátránya a nagy terület elárasztása (igaz más módon nem hasznosított vidékről lenne szó), amely a számítások szerint kb. 20 év alatt feltöltődne sóval, így nem lehetne tovább használni, legfeljebb sóbányának.

Összesítés

Az alábbi összegzés az egyes tengeri energiákkal gazdaságosan elérhető éves energiamennyiséget tartalmazza.

• Ozmózis erőmű: 2000 TWh/év
• Hőmérsékletgradiens erőmű: 10000 TWh/év - ebben az esetben a gazdaságosság megkérdőjelezhető
• Árapály kinetikus energiája: 400 TWh/év - itt a környezetvédelmi szempontok teszik kérdésessé a telepíthető összteljesítményt
• Tengeráramlatok kinetikus energiája: 800 TWh/év
• Hullámok kinetikus energiája: 1700 TWh/év

Ez összesen, a hőmérsékletgradiens erőművektől eltekintve, amelyek még mindig csak kísérleti stádiumban vannak, kb. 5000 TWh/év energiamennyiséget jelent, amely a világ jelenlegi energiafogyasztásának 1/3-a. Ez mind fedezhető az óceánokból, legalább is elméletben.

A jövőben igyekszem részletesen bemutatni, elemezgetni az egyes területeket. Leginkább az áramlás kinetikus energiáját hasznosító turbinák érdekelnek, valószinűleg ezzel az erőműtípussal találkozik majd legtöbbet az olvasó. Tehát folytatás következik!

Irodalom, egyben ajánlott olvasmányok:

• Dipl.-Phys. Jochen Bard: Vortragserie Naturwissenschaften: Das Energieproblem, Univerisität Kassel, 2007
• Albert Ruprecht: Hydraulische Auslegung von Strömungsturbinen, Univerität Stuttgart, 2006
• John Callagham (Carbon Thrust), Richard Boud (Principal Consultant at Entec UK Ltd.): Future Marine Energy – Results of the Marine Energy Challange: Cost competitiveness and growth of wave and tidal stream energy, London, 2006
• Scottish Enterprise: Marine Renewable (Wave and Tidal) Oppurtinity Review, 2005
• Rebecca Bachmann: Tidal cureent energy in Backstairs Passage, University of Australia, 2005