Dinamička tehnologija energije plime i oseke

Kees Hulsbergen predaje o DTP-u na Sveučilištu Tsinghua u Pekingu.

Dinamička tehnologija plime i oseke (eng. Dynamic tidal power, u daljnjem teksu DTP) još je neisprobana, ali obećavajuća, tehnologija za dobivanje energije iz plime i oseke. Zamišljena je tako da se napravi dugačka (preko 30 km) struktura nalik brani okomito na obalu s barijerom na kraju koja bi bila paralelna obali, tvoreći tako „T“ oblik. Ova T-brana iskorištavala bi hidrodinamiku valova paralelnih s obalom i uzrokovanih plimom/osekom, stvarajući razliku u visini na suprotnim stranama barijere. Takvi oscilirajući valovi česti su u npr. Kini, Koreji i Ujedinjenom Kraljevstvu.

Tehnologiju su 1997. god. osmislili i patentirali danski inženjeri Kees Hulsbergen i Rob Steijn.

Opis

DTP je 30 km ili više dugačka brana građena okomito na obalu, pružajući se ravno u more, bez da zatvara ikakvu površinu. Na mnogim obalama na svijetu glavna gibanja mora uslijed morskih mijena paralelna su s obalom. Cijela masa ubrzava u jednom smjeru, a kasnije istog dana u suprotnom. DTP brana dovoljno je dugačka da ima utjecaj na horizontalno kretanje mora te tako stvara razliku u visini površine vode (eng. „head“). Ta se razlika (računa se na pad od 1 m do 3 m, ali uz jako veliki protok) može iskoristiti za dobivanje snage uz pomoć turbina ugrađenih u branu.

Razlika visine

Pogled na branu od gore. Crvena boja označava više razine vode, a plava niže.

Procjene najvećih razlika (snaga je izravno proporcionalna razlici visine) baziraju se na analitičkim i numeričkim modelima. Informacije i podaci o razlici visine uslijed prirodnih prepreka također ukazuju na dobar potencijal za izgradnju DTP-a. Razlike mogu biti i do nekoliko metara, zbog nekonstantnog strujanja, puno više nego što bi bilo kod npr. rijeka koje struje konstantno.

Prednosti

Velika snaga 

Procjene su da bi najveće elektrane ovoga tipa mogle imati snagu i do 15 GW (to je nekakav maksimum, u realnosti bi imale manje). Jedna prosječna DTP elektrana opskrbljivala bi 3 milijuna Europljana. Usporedbe radi, 2009. godine Kanada je proizvela 575 teravatsati električne energije, a to znači da bi jedna jedina elektrana ovakve vrste od 9 GW snage mogla generirati oko 4% ukupne potrebne energije, tj. oko 24 teravatsata godišnje.

Sigurna snaga 

Snaga plime i oseke vrlo je predvidljiva zbog determinističke pirode samog procesa koji je uz to i neovisan o vremenu (meteorološkom) ili klimi. Izlazna snaga, dakako, ovisi o trenutnoj fazi (plima/oseka; jake/mrtve mijene), ali problem se može izbjeći izgradnjom 2 brana na međusobnoj udaljenosti od oko 150 km do 250 km. Tako, dok jedna daje maksimalnu snagu, druga daje minimalnu, i obrnuto. To pruža predvidljivu i prilično stabilnu opskrbu mreže.

Velika dostupnost  

DTP ne zahtijeva veliku prirodnu razliku visine između plime i oseke, nego otvorenu obalu gdje se plimno širenje odvija uz, tj. paralelno s obalom. Takvih mjesta na svijetu ima dosta, što znači da je potencijal iznimno velik. Ukupna dostupna snaga uz kinesku obalu procjenjuje se na između 80 i 150 GW.

Potencijal za druge funkcije 

Takve bi strukture mogle poslužiti i za druge stvari kao što su zaštita obale od tsunamija i velikih valova, LNG (ukapljeni zemni plin) terminale, centre za akvakulturu ili čak kao veza između otoka i kopna. To bi uvelike smanjilo troškove, ne ukupne, ali različite industrije bi ulagale te bi pojedine tako bile uvelike financijski rasterećene.

Izazovi 

Financijski

Najveći izazov je taj da se funkcionalnost DTP-a ne može dokazati drukčije, nego da se stvarno izgradi i pusti u pogon. Pratkički je beskorisno testirati ovu tehnologiju na umanjenim modelima, snaga koju daju suviše je mala. Čak ni brana od 1 km ne bi bila mjerodavna jer tehnologija radi na principu kod kojega se snaga povećava kvadratično kako se povećava duljina brane (i razlika visine i volumen se povećaju više-manje linearno s duljinom brane, što rezultira kvadratičnim povećanjem snage). Za ekonomsku isplativost brana bi trebala biti dugačka barem 30 km, što iziskuje puno novca, a upitno je isplati li se riskirati.

Ekološki

Nažalost, područja koja dolaze u obzir za izgradnju neki su od najgušće naseljenih ekosustava, bilo životinjskim, bilo biljnim svijetom. Promjene u razini vode mogu ga ugroziti te može doći do promjene sastava morske vode. Postoji i opasnost da bi ribe mogle uplivati u turbine. Ako se smanji broj živih organizama u moru, uglavnom odlaze i okolne ptice. Čitav ekosustav bi se mogao promijeniti.

Demonstracija

Demonstracija zamišljena u Kini ne bi uključivala izgradnju brane, već bi se probio uzak kanal kroz duguljasti poluotok. Kanal bi stvarao razliku svega 1 do 2 m i bio opremljen turbinama sličnim kakve bi bile u pravoj brani, ali, naravno, manjima.

Trenutno stanje razvoja 

Nijedna DTP brana nikada nije izgrađena iako postoje sve mogućnosti za to. Raznim matematičkim i fizikalnim metodama može se predvijeti razlika visine površine vode između jedne i druge strane. Slične interakcije mora sa zaprekama promatrane su na drugim objektima poput projekata Delta Works i Afsluitdijk u Nizozemskoj. Također se dobro poznaje i interakcija mora, uslijed dizanja/spuštanja, s prirodnim poluotocima te se to znanje može primijeniti i na ovakve brane. Razlike u visini dobivene promatranjem relativno su bliske onima dobivenim matematičkim i fizikalnim modelima.

Najbitniji elementi ovakvog sustava:

• dvosmjerne turbine primjerene za velike volumene vode

• dobro osmišljene metode za izgradnju same brane (moguće je npr. uz pomoć kesona, komora za izgradnju pod vodom)

• prikladna lokacija

Nedavna događanja 

Krajem 2011. nizozemsko Ministarstvo Gospodarstva, Poljoprivrede i Inovacija novčano je potaknulo tvrtke Strukton i ARCADIS za izgratdnju DTP-a s oko 930000 eura, koliko otprilike ulažu i ostali partneri. Plan je da se provede detaljna analiza opće isplativosti izgradnje DTP-a u Kini, uz pomoć kineske vlade. Najbitnije su stvari o kojima se raspravljalo lokacija, a zatim i potvrda mogućnosti izgradnje jedne ili dvaju tzv. „pilot“ elektrana (prvih ikad napravljenih te vrste) negdje u Kini te nakon toga, ukoliko se pokaže mogućim i prave, u punoj veličini.

Tijekom 2012. i 2013. Kina i Danska u mnogo su navrata razgovarale o ovakvoj tehnologiji dobivanja energije, ali nikada ništa nije ostvareno, barem ne u smislu izgradnje.

Dakako, od DTP-a se nije odustalo. Uz veliku potporu kineske vlade, uglavnom danski i kineski znastvenici i inženjeri, ali i ekonomisti i dalje rade na slučaju. Sve stranke iznijele su svoje rezultate na velikom tehničkom seminaru 3.-4. travnja 2014. u Hangzhou. Manji sastanak održan je nedugo nakon toga, a na njemu se raspravljalo o rezultatima testiranja turbina. Na Tidal Summitu u Londonu, 2014., raspravljalo se i o ekonomiji mogućeg projekta.

Europska komisija navelike ulaže u nove tehnologije pod okriljem programa HORIZON 2020, a to naravno uključuje i DTP.

Zaključak

Najveći je problem DTP-a veličinu tehnologije pretvoriti u prednost. Ako se DTP brana može iskoristiti kao npr. zaštita od poplava ili mjesto za postavljanje vjetroagregata, rješava se problem troška proizvodnje energije. Osim toga, ovaj projekt pomogao je u razumijevanju načina na koji se giba more tokom plime i oseke te je potaknuo daljnji razvoj turbina za male padove.

Povezani Članci 

Elektrane i elektroenergetske mreže

Obnovljiva energija

Obnovljivi izvori energije

Hidroelektrana

Vanjski izvori

www.Obnovljivi.com

www.renewableenergyworld.com

www.europeancomission-horizon2020.com