Transcript Ocean kao izvor energije Roko Grubišić Ivan Buljan

Ocean kao izvor
energije
Roko Grubišić
Ivan Buljan
Željko Baškarić
Sunce – Izvor energije

Sva energija na Zemlji potječe od Sunca
Oceani – Energetski kolektori



Preko 70% površine
Zemlje prekriveno je
vodom
Procjenjuje se da oceani
dnevno upiju količinu
energije ekvivalentnu 250
milijardi barela nafte
Manje od 1% te energije
bi moglo zadovoljiti sve
energetske potrebe
svijeta
Korištenje energije oceana



Svjetska potražnja za energijom se svakodnevno
povećava
Budući da oceani upijaju ogromnu količinu
energije, čini se logičnim tražiti načine kako tu
energiju pretvoriti u neki koristan oblik poput
električne energije
Iz tog razloga razvijene su brojne tehnologije
korištenja energije oceana
Načini pretvorbe energije oceana u
električnu energiju

Tehnologije koje koriste mehaničku energiju
Energija plime i oseke
 Energija valova


Tehnologije koje koriste toplinsku energiju


Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)
Ostale tehnologije

Proizvodnja metana pomoću morskih bakterija
Energija plime i oseke


Glavni uzrok izmjene
plime i oseke je
gravitacijska privlačnost
Mjeseca
Već su u 11. stoljeću
britanski mlinari počeli
koristiti visinsku razliku
plime i oseke za
pokretanje svojih
mlinova - vodenica
Energija plime i oseke



Da bi se energija plime i oseke mogla koristiti za
proizvodnju električne energije, potrebna je
dovoljna razlika visine plime i visine oseke
Minimumom za uspješnu proizvodnju smatra se
visina od 5 metara
Procjenjuje se da na svijetu postoji oko 40
lokacija pogodnih za instalaciju plimnih
elektrana
Energija plime i oseke

Podjela plimnih elektrana:
Konvencionalne (nalik na hidroelektrane na
rijekama)
 Tidal Fence (plimna ograda)
 Tidal Turbine (plimna turbina)

Konvencionalne plimne elektrane




Za njihovo funkcioniranje potrebna je brana koja
služi za nakupljanje vodene mase za vrijeme plime
Brane se grade na ulazu u zaljev ili estuarij
Kada se stvori dovoljna visinska razlika vode,
zaklopna vrata se otvaraju i voda struji kroz
turbine i pokreće generator
Jedina komercijalna elektrana koja koristi energiju
plime i oseke, elektrana La Rance u Francuskoj
(snage 210 MW), je ovog tipa
Konvencionalne plimne elektrane
Za i protiv

Za:
Jeftina, čista i obnovljiva energija
 Postoji komercijalna elektrana ovog tipa što dokazuje
da je takva proizvodnja energije moguća i
komercijalno isplativa


Protiv:
Brane priječe migracijske puteve riba i prirodnu
izmjenu tvari čime se uništavaju staništa
 Visoka početna cijena izgradnje
 Mali broj lokacija pogodih za izgradnju takvih
postrojenja

Slika i tehnološki presjek
konvencionalne plimne elektrane
Tidal Fence i Tidal Turbine



Rad nekonvencionalnih plimnih elektrana
zasniva se na činjenici da je voda fluid poput
zraka, ali puno veće gustoće
Snažne morske struje brzine 5 – 8 čvorova
prenose jednaku količinu energije kao i vjetrovi
puno veće brzine
Kako se energija vjetra može koristiti
vjetrenjačama, tako se i energija morskih struja
može koristiti posebnim postrojenjima
Tidal Fence



Tehnologija slična klasičnim hidroelektranama,
ali bez brane
Morska voda nošena plimom i morskim
strujama slobodno teče kroz niz postrojenja s
turbinama postavljenih poput ograde između
malih otoka ili preko tjesnaca
Ne postoje izgrađena komercijalna postrojenja
ovog tipa
Tidal Turbine




Tehnologija slična vjetrenjačama na kopnu
Plimna turbina promjera 15 metara generira količinu
energije ekvivalentnu onoj 60-metarske vjetrenjače
Polja ovakvih plimnih turbina grade se na morskom
dnu na dubini od 20-30 metara na mjestima snažnih
struja
Iako je ovakav način korištenja energije plime i oseke
ekološki najprihvatljiviji jer osigurava slobodan prolaz
morskih životinja i hranjivih tvari, trenutno ne postoji
niti jedno operativno postrojenje ovog tipa
Energija valova


Valovi su jedna od
najsnažnijih i
najdestruktivnijih
oceanskih sila
Analitičari vjeruju da
valovi oceana posjeduju
dovoljno energije za
proizvodnju do 2 TW
električne energije
Energija valova


Za korištenje energije valova moramo odabrati
lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i
dovoljne snage
Najperspektivnija područja za korištenje energije
valova su Škotska, Kanada, južna Afrika,
Australija i sjeverne obale SAD-a
Energija valova

Vrste postrojenja:
Slobodni (offshore) sustavi
 Obalni (onshore) sustavi




Dobra strana korištenja energije valova je potpuna
ekološka prihvatljivost svih vrsta postrojenja
Loša strana je prvenstveno nepredvidljivost valova i
količine tako proizvedene energije
U slučaju povoljnog smještaja elektrane ovakav
način korištenja inače destruktivne energije valova
definitivno ima potencijala
Slobodni sustavi

Neke od korištenih tehnologija:
Postrojenja nalik na pumpe koje pokreću valovi
 Postrojenja nalik na splavi povezane s morskim
dnom posebnim cijevima koje se stežu i rastežu time
stvarajući razliku tlakova potrebnu za pokretanje
turbina
 Posebno izgrađeni brodovi s ugrađenim turbinama
 Posebne plutače koje stvaraju električnu energiju (do
20 kW) kada ih se deformira nailaskom vala

Obalni sustavi

Najčešće je korištena tehnologija Oscillatting
water column (oscilirajući stupac vode):
Nailaskom vala voda ulazi u otvor iznad morske
površine što komprimira zrak u spremniku, a taj
proces pokreće turbinu
 Dobra strana ovih postrojenja je što ih se može
ugraditi i u postojeće lukobrane
 Prva komercijalna elektrana ovog tipa, Limpit u
Škotskoj (500 kW), počela je s radom 2000. godine

Ocean Thermal Energy Conversion
(OTEC)


Ideja pretvorbe toplinske
energije oceana u
električnu energiju je
jednostavna - princip
toplinskog stroja
Topla voda na morskoj
površini predstavlja
spremnik više temperature,
a hladna voda u morskim
dubinama spremnik niže
temperature
Ocean Thermal Energy Conversion
(OTEC)



Ideja OTEC-a nije nova - francuski fizičar Arsene
d’Arsonval je predložio korištenje toplinske energije
oceana već davne 1881. godine
Da bi se stvorila dovoljna razlika temperature vode na
površini i one u dubinama, hladna voda se danas
pumpama dovodi s dubine od oko 1000 m
OTEC postrojenja najbolje funkcioniraju kada je razlika
temperature toplog i hladnog spremnika oko 20°C, što
je tipična razlika temperature vode na površini i one na
dubini od 1000 m u tropskim obalnim područjima
Razlike temperature mora na površini i u dubinama
Vrste OTEC postrojenja

Podjela po smještaju postrojenja
Obalna postrojenja
 Postrojenja-brodovi


Podjela po načinu izgradnje toplinskog stroja
Otvoreni ciklus (open-cycle)
 Zatvoreni ciklus (closed-cycle)
 Mješoviti ciklus (hybrid-cycle)

Closed-cycle OTEC





Za pokretanje turbine koristi se fluid s niskim
vrelištem (najčešće amonijak)
Fluid isparava u toplijem spremniku
Ekspanzija tako stvorene pare pokreće turbinu
Para se kondenzira u hladnijem spremniku
Kondenzirani fluid se pumpama vraća u prvi
spremnik gdje se ciklus ponavlja
Closed-cycle OTEC
Open-cycle OTEC



Topla morska voda isparava u podtlačnom
spremniku
Vodena para u ekspanziji pokeće niskotlačnu
turbinu i kondenzira se u spremniku koji hladi
voda iz dubine
Nakon kondenzacije dobijemo gotovo 100%
čistu vodu
Open-cycle OTEC
Pokusna postrojenja




Mini OTEC – 50 kW CC-OTEC plovilo
usidreno uz obalu Havaja (1979)
Pokusno OC-OTEC postrojenje snage 50 kW –
Havaji (1993)
Pokusno CC-OTEC postrojenje snage 250 kW –
Havaji (1999)
Pokusno OC-OTEC postrojenje snage 210 kW
– Havaji (1999)
Mane OTEC postrojenja



Skupa konstrukcija cijevi za dovod hladne vode
iz morskih dubina rezultira visokom početnom
cijenom izgradnje elektrana
Visoka cijena izgradnje elektrane povećava i
cijenu proizvedene energije
Gradnja postrojenja velike snage bi mogla
kompenzirati visoku početnu cijenu izgradnje i
time smanjiti cijenu energije
Procjene troškova
Mane OTEC postrojenja

Utjecaj na temperaturu mora


Smatra se da bi dobrim smještajem elektrana utjecaj
na temperaturu mora bio smanjen na prihvatljivi
minimum
Nepostojanje komercijalnih postrojenja
Dosad su građena samo pokusna postrojenja male
snage
 Povećanje financiranja istraživanja bi moglo
rezultirati unaprijeđenjem OTEC tehnologija i
gradnjom komercijalnih postrojenja

Prednosti OTEC postrojenja


Proizvodnja čiste i jeftine energije
Proizvodnja vode za piće i navodnjavanje


Chilled-soil agriculture


Postrojenje snage 2 MW bi u teoriji moglo proizvoditi
4 300 000 litara pitke vode dnevno
Uzgoj biljaka iz umjerenog pojasa u tropskom području na
tlu ohlađenom cijevima za dovod hladne vode
Marikultura

Npr. uzgoj jastoga, lososa, morskih algi i drugih organizama
koji žive u morskim dubinama
Prednosti OTEC postrojenja
Proizvodnja metana pomoću
morskih bakterija


Prilikom istraživanja
podvodnih vulkana u
Tihom oceanu 1983.
godine, znanstvenici su
otkrili iznimno
zanimljivu novu bakteriju
Bakterija je nazvana
Methanococus janaschii
Proizvodnja metana pomoću
morskih bakterija



Methanococus janaschii je specifična po tome
što proizvodi plin metan u velikim količinama
Metan je poznati energent za grijanje i sirovina
za dobivanje vodika koji se može koristiti i za
dobivanje električne energije
Znanstvenici vjeruju da bi genetskim
inženjeringom mogli izmijeniti M. janaschii za
komercijalnu proizvodnju metana, a time i
energije
Zaključak



Ocean ima nevjerojatni energetski potencijal koji
se danas premalo koristi
Izazov za budućnost je razvoj novih i
poboljšanje postojećih tehnologija za korištenje
energije oceana
Smanjenjem cijene izgradnje postrojenja i
povećanjem korisnosti, energija oceana će
postati konkurentna i bit će spremna zauzeti
ravnopravno mjesto među obnovljivim izvorima
energije
Literatura




www.wikipedija.com
www.eere.energy.gov
www.nrel.gov
www.kordi.re.kr