Potvynių srovių energija: apibrėžimas, veikimo principas ir privalumai
Potvynių ir atoslūgių srovių energija - tai elektros energija, gaunama iš potvynių ir atoslūgių vandens judėjimo. Potvynių ir atoslūgių srovės generatorius - tai įrenginys, išgaunantis energiją iš potvynių ir atoslūgių metu judančio vandens. Potvynių ir atoslūgių srovių generatoriai išgauna energiją iš vandens srovių panašiai kaip vėjo turbinos iš oro srovių.
Potvynių ir atoslūgių energija yra pigiausia ir mažiausiai žalinga aplinkai iš trijų pagrindinių potvynių ir atoslūgių energijos gamybos būdų.
Potvynių ir atoslūgių energija yra palyginti nauja technologija. Pirmą kartą ji buvo sumanyta XX a. septintajame dešimtmetyje per naftos krizę.
Atskiros potvynių ir atoslūgių turbinos energijos gamybos potencialas gali būti didesnis nei panašaus pajėgumo vėjo turbinos. Vandens tankis maždaug 800 kartų didesnis už oro tankį. Taigi vanduo, stumiamas į turbiną, gali suteikti daug daugiau energijos nei oras, stumiamas į panašią turbiną tuo pačiu greičiu. Be to, mažiausias vandens greitis, kurio reikia ekonomiškam energijos projektui, yra mažesnis nei vėjo greitis, kurio reikia vėjo turbinos projektui. Praktiškai potvynis turi judėti bent 2 mazgų (1 m/s) greičiu, net ir per atoslūgį, kad būtų energijos šaltinis.
Veikimo principas
Potvynių srovių įrenginiai konvertuoja vandens kinetinę arba potencialią energiją į mechaninį sukimo momentą, kurį generuoja turbinos ir vėliau paverčia elektros energija. Pagrindiniai etapai:
- Vandens srautas (potvynis arba atoslūgis) stumia turbinos mentis.
- Mentys suka rotorių, kuris per pavarą arba tiesiogiai suka generatorių.
- Generatorius gamina elektros srovę, kurią galima integruoti į vietinį tinklą arba saugoti.
Technologijos gali būti orientuotos į kinetinę energiją (srovės turbinų sistemos) arba į potencialią energiją (užtvankos tipo sprendimai, kai kaupia vandenį ir atleidžia jį valdomai). Gali būti naudojami horizontalios arba vertikalios ašies rotoriai, kanalai, vamzdžiai ar kiti konstrukciniai sprendimai.
Potvynių energijos tipai
- Potvynių užtvankos (barrages) – statoma užtvanka tarp įlankos užtvėrimo taškų; elektros gamyba vyksta leidžiant vandenį pratekėti per turbiną.
- Potvynių lagūnos – dirbtinės užtvankos, kuriose kaupimas ir atlaisvinimas vykdomas valdomai, dažnai mažesnio masto nei didelės užtvankos.
- Srovės (in-stream) turbinų parkai – atskiros arba klasteriu išdėstytos turbinų eilės, montuojamos ant jūros dugno ar specialių platformų; naudoja tiesioginę srovės kinetinę energiją.
- Dinaminė potvynių technologija (dynamic tidal power) – ilgi priekrantės barjerai, kurie sukelia aukštų potencialų skirtumų ir generuoja elektros energiją, nors ši technologija vis dar eksperimentinė.
Privalumai
- Prognozuojamumas: potvynių ciklai yra labai nuspėjami, todėl galima patikimai planuoti gamybą.
- Aukštesnė energijos tankis: dėl didesnio vandens tankio srovės perneša daugiau energijos nei vėjas tokiu pat greičiu.
- Ilgaamžiškumas: gerai suprojektuoti objektai gali tarnauti kelis dešimtmečius su palyginti mažomis eksploatacijos sąnaudomis.
- Mažesnė sąnauda už vienetą išgaunamos energijos per ilgesnį laikotarpį, ypač palyginus su brangiomis kuro alternatyvomis.
- Galimybė sinchronizuotis su pakrantės energetikos tinklais: tinka regionams su ribotu saulės ar vėjo potencialu.
Trūkumai ir iššūkiai
- Aukštos pradinės investicijos: statybos, inžinerijos ir inžinerinių tinklų prijungimo kaštai gali būti dideli.
- Aplinkosaugos rizikos: užtvankos ir dideli įrenginiai gali pakeisti sroves, sukelti sedimentacijos pokyčius, paveikti žuvų migraciją ir pakrančių ekosistemas.
- Infrastruktūros ir navigacijos apribojimai: kai kuriose vietose reikalingi sprendimai dėl laivybos kanalo, žvejybos ir turizmo veiklos.
- Technologiniai iššūkiai: korozija, biofouling (organizmų prisitvirtinimas) ir mechaninė apkrova reikalauja patikimos priežiūros ir inžinerinių sprendimų.
Vietos parinkimas ir poveikio mažinimas
Potvynių turbinų įrengimui būtina kruopšti vietos analizė. Palankios vietos – ten, kur srovės koncentruojasi tarp gamtinių kliūčių: įlankų įvaigos, upių žiotys, kyšuliai, salų tarpai. Vertinant vietą svarbu atsižvelgti į:
- hidrodinaminius modelius (srovių greitį ir kryptį);
- ekologinius aspektus (nuolatinės buveinės, migracija, nardymo zonos);
- infrastruktūrą ir poveikį vietinei bendruomenei;
- laivybos ir saugumo reikalavimus.
Poveikiui mažinti taikomi sprendimai: žuvų praėjimo takai, lėtesni roboto tipo rotorai, garsinio poveikio ribojimas statybų metu, stebėjimo programos ir adaptacinis valdymas, kuriuo reguliuojamas įrenginių veikimo laikas.
Ekonomika ir technologinė pažanga
Tiesa, kad pradinis kapitalas yra didesnis nei daugumos atsinaujinančių šaltinių, tačiau eksploatavimas ir priežiūra dažnai yra pigesni per įrenginio tarnavimo laikotarpį. Technologinė pažanga – geresni rotorai, patvaresnės medžiagos, modulinių parkų koncepcijos ir geresnės pritvirtinimo sistemos – mažina kaštus ir rizikas.
Pavyzdžiai ir taikymai
Vakarų Europoje, Azijoje ir Škotijoje yra įgyvendintų ir bandomųjų projektų, kurie parodė technologijos praktiškumą. Potvynių energetika tinka tiek mažoms vietinėms bendruomenėms, tiek didesniems tinklams kaip papildomas, stabiliu pajėgumu pasižymintis energijos šaltinis.
Išvados
Potvynių ir atoslūgių srovių energija yra patikimas ir palyginti draugiškas aplinkai atsinaujinantis energijos šaltinis, ypač tinkamas pakrančių regionams su stipriomis srovėmis. Nors projekto pradžia reikalauja didelių investicijų ir kruopštaus planavimo dėl aplinkosaugos ir laivybos reikalavimų, technologijos pažanga ir didelis energijos tankis suteikia potencialą šiai energetikai tapti svarbia vietine ir regionine elektros gamybos dalimi.
Dauguma potvynių ir atoslūgių turbinų primena vėjo turbinas, dažniausiai HAWT tipo (centre).
Poveikis aplinkai
Didžiausią susirūpinimą kėlė tai, ar turbinos žudo žuvis. Tiesioginių aplinkos tyrimų ar potvynių ir atoslūgių srovių sistemų stebėjimų atlikta labai mažai. Dauguma tiesioginių stebėjimų atliekami paleidžiant paženklintas žuvis prieš srovę nuo įrenginio (-ių) ir tiesiogiai stebint žuvų mirtingumą ar poveikį joms.
Viename Roosevelto salos potvynių ir atoslūgių energijos (RITE, Verdant Power) projekto Rytų upėje (Niujorkas) tyrime buvo naudojami 24 hidraakustiniai jutikliai (moksliniai echoskopai), kuriais buvo nustatomas ir stebimas žuvų judėjimas prieš srovę ir pasroviui nuo kiekvienos iš šešių turbinų. Rezultatai parodė, kad (1) šioje upės dalyje gyvena labai mažai žuvų, (2) žuvys, kurios naudojosi šia teritorija, nesinaudojo ta upės dalimi, į kurią jos galėjo atsitrenkti mentėmis, ir (3) nėra įrodymų, kad žuvys keliautų per menčių zonas.
Šiuo metu Šiaurės vakarų nacionalinis jūrų atsinaujinančiosios energijos centras (NNMREC) tiria ir kuria fizinių ir biologinių sąlygų vertinimo priemones ir protokolus bei stebi aplinkos pokyčius, susijusius su potvynių ir atoslūgių energijos plėtra.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra potvynių ir atoslūgių galia?
A.: Potvynių ir atoslūgių srovės energija - tai elektros energija, gaminama dėl potvynių ir atoslūgių vandens judėjimo.
K: Kas yra potvynių ir atoslūgių srovės generatorius?
A.: Potvynių ir atoslūgių srovės generatorius - tai įrenginys, išgaunantis energiją iš potvynių ir atoslūgių metu judančio vandens.
K: Kaip potvynių ir atoslūgių srovių generatoriai išgauna energiją iš vandens srovių?
A.: Potvynių ir atoslūgių srovių generatoriai išgauna energiją iš vandens srovių taip pat, kaip vėjo turbinos išgauna energiją iš oro srovių.
K: Kodėl potvynių ir atoslūgių srovių energija yra pigesnis ir mažiau žalingas aplinkai energijos gamybos šaltinis?
A: Potvynių ir atoslūgių srovės energija yra pigiausia ir mažiausiai žalinga aplinkai iš trijų pagrindinių potvynių ir atoslūgių energijos gamybos būdų.
K: Kada pirmą kartą buvo sumanyta naudoti potvynių ir atoslūgių energiją?
A.: Potvynių ir atoslūgių energija pirmą kartą buvo sumanyta XX a. aštuntajame dešimtmetyje per naftos krizę.
K: Kodėl atskira potvynių ir atoslūgių turbina gali gaminti daugiau energijos nei panašios galios vėjo jėgainė?
A.: Atskiros potvynių ir atoslūgių turbinos energijos gamybos potencialas gali būti didesnis nei panašios galios vėjo turbinų, nes vandens tankis yra maždaug 800 kartų didesnis už oro tankį, todėl vanduo gali suteikti daugiau energijos nei oras, stumiamas panašaus greičio turbinos.
K: Kur turėtų būti įrengtos potvynių ir atoslūgių sistemos?
A.: Potvynių ir atoslūgių srovių sistemas reikia įrengti tose vietose, kur yra greitos srovės, kur natūralūs srautai koncentruojasi tarp kliūčių, pavyzdžiui, įlankų ir upių prieigose, aplink uolėtus taškus, kyšulius, tarp salų ar kitų sausumos masyvų.
