Jít na vyhledávání

Mořské elektrárny

Jak fungují

Na moři můžeme energeticky využít příliv, příboj, vlnění, mořské proudy nebo rozdíl teplot mořské vody. Mnoho mořských elektráren zatím ještě nepracuje a jsou spíše ve stadiu zkoušek a výzkumů, ale i tak se pojďme na každou z variant podívat podrobněji.

Energie přílivu

Celkový pohled na přílivovou elektrárnu přehrazující záliv u francouzského Saint Malo (Zdroj: © antoine2k / stock.adobe.com)

Celkový pohled na přílivovou elektrárnu přehrazující záliv u francouzského Saint Malo

S energetickým využitím přílivu nám pomůže Měsíc! Přitažlivost Měsíce a částečně i Slunce způsobuje na Zemi tzv. slapové síly. Projevují se tak, jako by Měsíc svou přitažlivostí chtěl vytáhnout od Země vodní, ale i vzdušné masy, a chtěl si je přitáhnout k sobě. Přitažlivost Země si ale svou vodu i atmosféru drží a Měsíc přepere. Hladina největších moří a oceánů se vzedme, když Měsíc stojí nad ní, ale protože se Země otáčí, zase klesne, když se Měsíc schová. Vzniká tak příliv a odliv, které se dvakrát denně opakují. Na výšku přílivu má rozhodující vliv tvar pobřeží. V severozápadní Francii například může rozdíl dosáhnout až 13 metrů – to už se vyplatí postavit přílivovou elektrárnu. Už ve 13. století tu stály přílivové mlýny. Největší rozdíl mezi přílivem a odlivem ve světě je na východním pobřeží Kanady v Bay of Fundy. Naměřili tam 16,3 metru – to je jako, kdybychom 5 pater v domě za šest hodin zaplavili vodou a, za dalších šest zase vypustili. To je docela fofr.

Barevně jsou označena pobřeží, kde bývá energeticky využitelný příliv

Barevně jsou označena pobřeží, kde bývá energeticky využitelný příliv

Nejstarší přílivovou elektrárnou je Dee Hydro Station v Cheshire v Anglii s výkonem 635 kW z roku 1913.

Moderní přílivová elektrárna byla postavena v ústí řeky La Rance v Bretani. Příliv tu dosahuje 8,4 m. Elektrárna má celkový instalovaný výkon 240 MW (to je výkon asi jako dvě naše elektrárny Lipno I). Má celkem 24 reverzních turbín, které se otáčejí jak při přílivu, tak i opačným směrem při odlivu.

Zatím největší přílivová elektrárna, která byla uvedena do provozu v roku 2012, je Sihwa Lake na severozápadním pobřeží Jižní Koreje. Využila umělé jezero s hrází dlouhou 12,7 km postavenou pro zmírnění povodní. Má deset 25,4MW turbín, čili celkový výkon o trochu větší, než La Rance – 254 MW. Turbíny zabudované do dna mají průměr 7,5 m (to je o půl metru víc, než měl největší lodní šroub Titaniku) a otáčejí se rychlostí 64,3 otáček za minutu. Ročně vyrábí 500 GWh, elektřinu vyrábějí pouze při přílivu, který tu bývá vysoký až 5,6 m. Pracovní oblast nádrže je 30 km2, to je 10krát jihočeský rybník Velký Tisý. Celá elektrárna je kompromisem mezi ekologií oblasti, zemědělským a energetickým využitím.

Příčný řez tělesem přílivové elektrárny La Rance

Příčný řez tělesem přílivové elektrárny La Rance

Nevýhodou přílivových elektráren je, že je málo vhodných míst pro jejich postavení, někdy jsou daleko od místa spotřeby, a jejich pracovní doba většinou nesouhlasí s energetickou špičkou, kdy je elektřina nejvíc potřeba.

Energie vlnění

Zkušební elektrárna Pelamis u skotských Orknejí (Zdroj: Wikipedia.org)

Zkušební elektrárna Pelamis u skotských Orknejí

Vlnění hladiny moře způsobuje vítr. Energeticky je využitelné jen pravidelné vlnění. Vlny cunami, vzniklé při podmořských zemětřeseních, nikdo energeticky využívat nebude, už proto, že se těžko předvídá, kdy nastanou.

Projekt trojdílných pontonů (tzv. Cockerellovy rafty) navrhuje spojené plováky ukotvené do dna a volně se houpající na vlnách. Houpavý pohyb by se mechanicky či hydraulicky převáděl na vodní motor.

Elektrárna Kalimai v Japonsku má podobu cisternové lodi rozdělené na systém komor. Mořské vlny stlačují v komorách vzduch a pohánějí tak turbíny s generátory o výkonu 200 kW.

Schéma principu elektrárny využívající vlnění

Schéma principu elektrárny využívající vlnění

Schéma vlnové elektrárny firmy Lockheed Dam Atoll

Schéma vlnové elektrárny firmy Lockheed Dam Atoll

První elektrárnou využívající energie mořských vln byla Pelamis. Prototypy se zkoušely ve Skotsku a u pobřeží Portugalska. Zařízení mělo tvar válců o průměru 4 m spojených závěsnými spoji do pětidílného hada dlouhého 180 m o hmotnosti přibližně 1 350 tun. Představte si nákladní vlak o deseti vagónech, jak se válí v mořských vlnách. Vlnový pohyb jednotlivých úseků se hydraulicky převáděl na motor pohánějící elektrický generátor. Stroj reagoval spíše na tvar a zakřivení vln než na jejich výšku. V roce 2014 společnost provozující Pelamis zanikla.

Vlnová elektrárna firmy Lockheed Dam Atoll má být umělý kopulovitý ostrov o průměru 76 m, přivaděč vody by měl mít průměr 20 m a ve středu elektrárny by se vytvářel vír, který by otáčel lopatkami turbíny. Hydrogenerátor je plánován na výkon 1–2 MW. Zabrala by celý vnitřek kruhového objezdu na pražském Vítězném náměstí („Kulaťáku“).

Energie příboje

Projekt měl fungovat tak, že by proud vzduchu tlačený příbojem roztáčel turbínu při příchodu vlny a opačný proud vzduchu při ústupu vlny

Tady je pomocníkem kromě větru ještě tvar mořského dna. Narazí-li mořské vlny u pobřeží na dno, změní se jejich délka i výška. Příbojová elektrárna se s malým úspěchem zkoušela u pobřeží Bretaně a v Japonsku. Na obrázku je návrh příbojové elektrárny „Oscillating Water Column“, kde proud vzduchu roztáčí turbínu v úzkém potrubí při příchodu vlny, která stlačuje vzduch před sebou, i při jejím ústupu, kdy naopak vzduch nasává.

Energie mořských proudů

1,5MW turbína připravená ve Skotsku k instalaci pro využití přílivových proudů (Zdroj: © Arild / stock.adobe.com)

1,5MW turbína připravená ve Skotsku k instalaci pro využití přílivových proudů

Za tu může Slunce, které ohřívá vodní masy, a také otáčení Země, které proudy tvaruje. Mořské proudy jsou vlastně mohutné podmořské řeky. Existují projekty na podmořské turbíny ukotvené do mořského dna např. u pobřeží Skotska, v Kanálu La Manche nebo v Messinské úžině či mezi řeckými ostrovy.

Od roku 2014 je ve výstavbě podmořská elektrárna Meygen na nejsevernějším cípu Skotska. Bude využívat mořské proudění mezi Skotskem a Orknejemi, které je v těchto místech 5 m/s (3,6 km/h). Zatím je zde asi osm 1,5MW turbín, každá má v mořském dně svůj betonový základ o váze asi 300 tun a je spojená s dalšími šesti bloky o celkové váze 1 200 tun, které ji mají držet v horizontální poloze. To je krychle betonu o hraně 8,5 m. Turbíny vypadají jako malé větrné elektrárny pod vodou, od každé vede kabel na pobřeží. Po dokončení má mít na mořském dně 49 turbín s celkovým výkonem 398 MW.

Největší mořské proudy: červeně teplé povrchové, modře studené hlubinné

Největší mořské proudy: červeně teplé povrchové, modře studené hlubinné

Podmořské elektrárny využívající proudění pod hladinou moře budou vypadat jako malé větrníky (Zdroj: © Alexandr Mitiuc / stock.adobe.com)

Podmořské elektrárny využívající proudění pod hladinou moře budou vypadat jako malé větrníky

Další projekty na využití mořských proudů.

Např. rychlost Golfského proudu u Floridy je 3,2 km/h v hloubce a 8,8 km/h při povrchu. Každou sekundu proteče proudem širokým 100 km (to je jako z Prahy do Liberce) 70 milionů kubických metrů vody (to je jako 1 400 povodní, které se valily Prahou v roce 2002). Jen tři tisíciny jeho energie by mohly zásobovat elektřinou celou Floridu. Další využitelné proudy ve světě jsou třeba Kalifornský nebo Humboldtův nebo Kurošio apod.

Energie rozdílu teplot mořské vody

Princip fungování OTEC

Princip fungování OTEC

Pomocníkem je tu opět Slunce. Ohřívá povrchové vrstvy moře, do hloubky teplota vody klesá. Oceány jsou obrovským akumulátorem tepelné energie. U Havajských ostrovů se zkoušela malá elektrárna OTEC (z anglického Ocean Thermal Energy Conversion = Přeměna tepelné energie oceánu).

Tato malá 100kW demonstrační elektrárna, pracující na principu rozdílné teploty moře vznikla, jako první a zatím jediná na světě, v roce 2015. Může zásobovat 120 havajských domků elektřinou. Aby technologie OTEC mohla pracovat, potřebuje rozdíl teplot mezi hlubinnou chladnou a povrchovou teplou vodou alespoň 20 °C. Turbogenerátor sedí na vršku 12 metrů vysokého sloupu. Z hlubiny čerpá trubkou o průměru cca 125 cm přibližně 1 000 hektolitrů chladné vody za minutu, stejné množství teplé vody sbírá u povrchu. Dva tepelné výměníky jsou vysoké 8 m každý. V uzavřených okruzích koluje čpavek, který se v jednom výměníku ohřívá teplou vodou a mění se na čpavkové páry, které pohánějí turbínu a v druhém výměníku se páry hlubinnou vodou ochladí a zkondenzují zpět na kapalinu. Čili celé zařízení je velké jako třípatrový dům, do kterého vedou obrovská potrubí. A vyrobí jen maličko elektřiny. Plánuje se umístění druhého výkonnějšího zařízení na stejném principu, tentokrát přímo v moři.

Existují plány na tisícinásobnou OTEC elektrárnu plovoucí dále od pobřeží, ale její realizace je zatím ve hvězdách

Existují plány na tisícinásobnou OTEC elektrárnu plovoucí dále od pobřeží, ale její realizace je zatím ve hvězdách

Vrátit se nahoru
detail