Energia apei (I). Energia valurilor şi mareelor

Apa este un purtător de energie din care se poate obţine energie electrică – în centrale hidroelectrice, energie calorică – din energia geotermală şi energie mecanică – prin punerea în mişcare a unui tambur cu ax (moara de apă).

Energia apei în mişcare poate fi transformată în energie mecanică, iar aceasta este transformată în energie electrică în centralele hidroelectrice. O metodă de utilizare a energiei apei este utilizarea energiei potenţiale a apei aflate pe un nivel superior. De acolo, prin curgerea apei, ea se transformă în energie cinetică utilizată pentru punerea în mişcare a unei turbine. Evaporarea şi ploaia duc apa la un nivel superior (râu montan, vale superioară, lacuri de munte). De acolo ea este captată, canalizată şi utilizată în centralele hidroelectrice.

Energia apei face parte din sursele de energii regenerabile. Centralele hidro-electrice produc aproximativ 3,5% din totalul energiei electrice produsă în toată lumea. Reprezintă 18% din totalul energiilor regenerabile care ne stau la dispoziţie şi este aproximativ egală cu totalul energiei produse în centralele nucleare.Energia electrică produsă de centralele hidro-electrice este cea mai importantă sursă de energie regenerabilă care alimentează în momentul de faţă populaţia lumii. Celelalte surse de energie regenerabile sunt: soarele, vântul, bio-masa şi energia geo-termică, care contribuie cu 2,1% din totalul energiei produse.

1. Producţia de energie electrică poate fi adaptată la necesități prin punerea în funcţiune sau oprirea producţiei în funcţie de consum.

2. La hidrocentralele care funcţionează cu apa colectată într-un bazin de acumulare, energia apei colectate poate fi stocată pentru timp lung.

3. Nu utilizează combustibil şi nu produc emisii dăunătoare mediului.

4. Energia este mai ieftină ca cea produsă cu combustibili fosili sau cu centralele nucleare.

Energia valurilor intră în categoria energiilor regenerabile şi rezultă din mişcarea continuă a valurilor mărilor şi oceanelor.

Potenţialul energetic al mişcării valurilor se estimează la 15-30 kW/metru de coastă marină. Conform estimărilor Consiliului Mondial al Energiei, energia furnizată de centralele electrice care funcţionează pe baza energiei valurilor şi a mareelor ar putea acoperi 15% din consumul mondial de curent electric – și au fost luate în considerare numai coastele marine aflate în apropierea localităţilor. Dintre coastele europene, cele mai potrivite pentru utilizarea acestei forme de energie sunt cele ale Angliei, Franţei, Spaniei, Portugaliei, Irlandei şi Norvegiei. În Scoţia s-ar putea atinge o producţie de curent electric care să acopere 40% din consumul total.

Preţul actual al curentului electric obținut din energia valurilor este de cca. 10 cenţi/kWh, sau dublu față de cel produs de centralele eoliene. Se preconizează că în următorii zece ani preţul să scadă la 5 cenţi/kWh, devenind competitiv cu cel produs de centralele cu gaz sau cărbune. Câteva firme au deja o tehnologie înaltă în producţia de serie a acestor centrale electrice și ele consideră că prețul curentului electric produs pe această cale va scădea până la 3 cenţi/kWh.

Principiul de funcţionare al centralelor electrice care utilizează energia valurilor este prezentat schematic în figura de mai jos. În acest tip de centrală, apa intră într-un sistem de conducte de beton și apoi iese din nou. În partea superioară, conductele sunt conectate la turbină. În camera pneumatică, apa urcă și coboară în funcţie de presiunea valurilor şi comprimă sau aspiră aerul de deasupra. Rezultă un flux rapid de aer care acţionează o turbină eoliană. Prima centrală electrică construită pe principiul OWC (Oscillating Water Column) funcționează deja din 2001, pe ţărmul insulei scoţiene Islay. Ea a fost construită de Firma Voith Siemens Hydro Power.

Un alt principiu care transformă mișcarea valurilor în curent electric utilizează mişcarea relativă a unuia sau a mai multor plutitori („şerpi de mare”) față de un nivel de referinţă. Mişcările plutitorilor sunt transmise prin sisteme hidraulice la ţărm, unde sunt transformate într-o mişcare de rotaţie care acţionează un generator electric.

Acest sistem, format din elemente plutitoare pe suprafața mării (vezi imaginea de mai sus), legate între ele prin articulaţii mobile, permit captarea energiei de mişcare a valurilor pe o lungime mare a țărmului. În articulaţii se găsesc cilindri hidraulici. Energia lor este transmisă mai multor conducte cu apă. Aceasta comprimă şi aspiră un volum de aer, care la rândul ei acţionează câte o turbină. Puterea curentului produs este variabilă, dar datorită numărului mare de turbine din sistem, se ajunge la o valoare medie.

Proiectul Seaflow din figura de mai jos funcţionează pe baza energiei curenţilor de apă care se deplasează între fundul mării şi suprafaţă. În principiu acest tip de centrală electrică funcţionează la fel ca o centrală electrică eoliană, cu deosebirea că rotorul se găseşte sub apă. La suprafaţa mării se găseşte o platformă cu un sistem de colectare a datelor de funcţionare ale rotorului. Platforma permite și anumite lucrări de întreţinere a centralei.

La adâncimea unde curenţii marini au viteza maximă se află două perechi de rotoare cu palete, care sunt antrenate de curenţi. Ele sunt cuplate la generatoare electrice care transformă mişcarea de rotaţie în energie electrică. Aceasta este transportată prin cabluri subterane la ţărm şi cuplată la rețeaua naţională de energie.

Energia mareelor

După energia solară, cea mai mare sursă de energie de pe planetă este energia mărilor şi oceanelor, înmagazinată în energia valurilor şi a mareelor. Ambele surse de energie sunt inepuizabile. Mările şi oceanele au un potenţial energetic imens. Energia poate fi extrasă din mişcarea valurilor şi din mișcarea masei de apă datorită mareelor. Valurile marine sunt transportoare de energie şi de mai bine de 40 de ani inginerii caută soluţii de utilizare a acestui tip de energie regenerabilă pentru producerea curentului electric. Există două tipuri de valuri: cele provocate de vânt au o evoluţie regulată, cu propagare până la țărm, iar cele produse de maree au o evoluţie periodică.

Energia valurilor provocate de vânt depinde de intensitatea vântului, iar energia conţinută în valurile periodice (maree) depinde de diferenţa nivelului apei între flux şi reflux. Prin urmare nu orice loc este potrivit pentru construcţia unei centrale electrice bazate pe energia mareelor. O asemenea centrală utilizează energia potenţială (de înălţime) care apare prin modificarea nivelului mării şi care, prin deplasarea maselor de apă, se transformă în energie cinetică. Aceasta acţionează paletele unei turbine care roteşte un generator electric. Considerând întregul context energetic, o astfel de centrală captează o parte din energia de rotaţie a Pamântului, precum şi energia de atracţie a Lunii care pune în mişcare masele de apă, producând mareele. Datorită masei mari a Pământului şi energiei mari de rotaţie, această extracţie minimă de energie nu influenţează rotaţia Pământului, ea fiind în esență o energie regenerabilă.

Centralele electrice care utilizează energia mareelor funcţionează pe baza principiului barajului de acumulare şi sunt plasate în golfuri şi în estuare, unde apar diferențe mari de nivel ale apei între flux și reflux. Golful este închis cu un dig (stăvilar) în care sunt integrate turbinele puse în mişcare de curenţii de apă la flux și la reflux. Deci, turbinele acţionează în ambele sensuri. Aceasta se realizează prin rotirea turbinelor, astfel ca paletele rotorului să fie tot timpul perpendiculare pe direcţia de curgere a apei.

 

(Va urma)

Dr. Roman Baican

Offenbach am Main, 15 noiembrie 2021

Opiniile exprimate în textele publicate  nu reprezintă punctele de vedere ale editorilor, redactorilor sau ale membrilor colegiului redacţional. Autorii îşi asumă întreaga răspundere pentru conţinutul articolelor.

Comentariile cititorilor sunt moderate de către redacţie. Textele indecente şi atacurile la persoană se elimină. Revista Baabel este deschisă faţă de orice discuţie bazată pe principii şi schimbul de idei.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *