Energie nesoucí se na mořské vlně

ABSTRACT: The use of “blue” energy, i.e. tidal and wave energy, is entering its initial realisation phase. The projects look promising, but the main obstacle to their massive deployment is their high cost.

„MODRÁ“ ENERGIE

Energie vln je velmi slibným zdrojem obnovitelné energie, která by mohla významně přispět ke snížení naší závislosti na fosilních palivech a zmírnění dopadů změny klimatu. Využívat energii vln není nový nápad, ale stále se jej nedaří efektivně realizovat. Jednou z hlavních překážek jsou vysoké náklady. Vývoj a nasazení konvertorů energie vln jsou nákladné. A relativně malý trh pro energii vln příliš neláká investory. Očekává se však, že s technologickým pokrokem budou tyto náklady klesat.

Další výzvou je vliv instalací energie z vln na životní prostředí. Zatímco energie vln je čistým zdrojem energie, instalace konvertorů energie vln může mít dopad na mořské ekosystémy. Je proto klíčové vyvíjet technologie šetrné k životnímu prostředí a pečlivě plánovat instalaci měničů energie vln, aby se minimalizoval jejich dopad na životní prostředí.

Navzdory těmto problémům se budoucnost energie z vln jeví slibně. Vlády a soukromé společnosti už investují do výzkumu a vývoje energie vln a několik pilotních projektů ukázalo slibné výsledky. Například ve Spojeném království se u pobřeží Cornwallu buduje největší vlnová farma na světě, od které se očekává, že vyrobí dostatek elektřiny pro napájení asi 6 000 domácností.

Každý rok by vlny u pobřeží Spojených států mohly poskytnout odhadem 2,64 tisíce TWh elektřiny, uvádí Americký úřad pro energetické informace. Podle odhadů Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie (NREL) v Coloradu by čerpání této energie mohlo představovat 60 procent roční spotřeby elektřiny v Kalifornii a zásobovat elektřinou 18 milionů domácností. Tato takzvaná modrá síla je zvláště hojná podél pacifického severozápadu, Aljašky a východního pobřeží. NREL zkoumá řadu návrhů budoucích zařízení, která zachycují energii z vln.

Konvertor společnosti CalWave byl oceněn cenou amerického Ministerstva energetiky Wave Energy Prize.

Zdroj: CalWave

ATRAKTIVNÍ PROJEKTY

O využívání energie přílivu a odlivu se v San Francisku mluví více než století. Na začátku tohoto století se objevil velice atraktivní nápad: pod proslulý most Golden Gate lze umístit zařízení podobné větrnému mlýnu, jehož lopatky by byly otáčeny vodou a generovaly by energii. Ale Ministerstvo životního prostředí v San Francisku, které se v roce 2008 zabývalo tímto přílivovým projektem, rozhodlo, že projekt není komerčně proveditelný.

„Přílivová energie je špičkový zdroj – generuje se pouze během přílivu. Přílivová energie je velmi drahá, zvláště ve srovnání s jinými typy obnovitelné energie“, napsalo ministerstvo. „Aby bylo možné provést přílivovou energii v proudu, náklady na technologii a její instalaci musí výrazně klesnout.“ Studie zjistila, že každá turbína by stála až 15 milionů dolarů a údržba by stála 750 000 dolarů ročně.

Kalifornie usiluje o to, aby do roku 2045 využívala na 100 % čistou energii, ale k dosažení tohoto cíle vede ještě dlouhá cesta. Stav v roce 2021 vykazoval jen 37 % obnovitelných zdrojů energie (OZE), hlavně z větru a slunce.

Energie oceánů je celkově předvídatelnější a spolehlivější než vítr. Voda je zhruba 830krát hustší než vzduch a pohybující se voda obsahuje obrovskou energii. A asi polovina světové populace žije do 200 kilometrů od pobřeží. Což by usnadnilo distribuci. Nyní se energie vln a energie přílivu a odlivu liší a obě mají určité výhody. Příliv a odliv je cyklus dvakrát denně, poháněný vzestupem a pádem vody způsobeným gravitační přitažlivostí Slunce a Měsíce.

Současná americká administrativa si stanovila cíl „odpovědně pokročit v komercializaci technologií mořské energie, které přeměňují energii z vln, přílivu a odlivu, proudů a dalších zdrojů oceánu“. A kalifornský státní zákon, SB 605, by mohl nařídit státním agenturám, aby prozkoumaly proveditelnost a potenciál rozvoje energie z vln a přílivu v Kalifornii. Opatření SB 605 nařizuje Kalifornské energetické komisi, aby spolupracovala s příslušnými státními úřady na prozkoumání proveditelnosti a potenciálu rozvoje vlnové a přílivové energie v Kalifornii.

PRVOTNÍ REALIZACE

Kalifornská společnost CalWave Power Technologies je jednou z několika firem, které se snaží přeměnit vlny na elektřinu. Umístila své testovací zařízení u pobřeží San Diega na jihu Kalifornie jako součást pilotního programu přeměny energie vln na elektřinu. Nyní uzavřela svůj úspěšný projekt po 10 měsících nepřetržitého provozu.

Na základě dosavadních slibných výsledků přidělilo americké Ministerstvo energetiky 25 milionů dolarů na podporu nového testovacího místa pro vlnovou energii, které se buduje u přístavu Newport v Oregonu. Důvod je jasný. Technologie vlnové energie mohou překlenout kritickou mezeru v přechodu na bezuhlíkovou elektrickou síť. Měniče energie, které zachycují a převádějí energii z vln na bezuhlíkovou elektřinu, vyžadují testování v realistických podmínkách, aby mohly být nasazeny ve velkém měřítku.

Za zařízení xWave™ Wave Energy Converter (WEC) byla společnost CalWave oceněna cenou amerického Ministerstva energetiky za rok 2016 Wave Energy Prize. Řešení vyniká vysokou účinností. Architektura xWave™ dosahuje nejvyšší účinnosti tím, že pracuje zcela autonomně a v případě potřeby zcela ponořená, což umožňuje ochranu před agresivními vlnami a bouřemi. Test potvrdil, že systém xWave™ může přežít 50letou bouři, aniž by se zvýšily strukturální náklady systému.

Nyní se právě toto zařízení o výkonu 200 MW instaluje v rámci projektu PacWave u pobřeží v Oregonu.

JAKO PLOVOUCÍ KOBEREC

Originální řešení testuje britsko-kyperská společnost SWEL (Sea Wave Energy). Po téměř dvou desetiletích výzkumu vyvinuli konvertor WEC s názvem „magnet vlnové čáry“ (WLM). Zařízení o výkonu 200 MW může napájet vzdálené ostrovy a také se hodí pro masivní výrobu vodíku. Vlnová elektrárna leží na mořské hladině jako jakýsi koberec. Vlny pak uvádějí konstrukci do konstantního pohybu nahoru a dolů. Ten se přenáší na ramena, která jsou připojena ke generátoru.

Tímto způsobem lze energii vln přeměnit na elektřinu, aniž by bylo nutné instalovat turbínu. Celá tato konstrukce může být navíc postavena z materiálů, které jsou již známé a snadno dostupné.

Nejdůležitějším požadavkem je samozřejmě to, aby vyrobená zelená elektřina byla konkurenceschopná i cenově. První testy v této souvislosti byly docela úspěšné. Samotná společnost proto hovoří o „dostupné“ formě výroby elektřiny. Technologie by se podle toho měla cenově vyrovnat fosilním palivům. V zásadě má ale umístění na vodě tu výhodu, že údržbu a opravy lze provádět poměrně snadno. Než se však vlnová elektrárna ve tvaru koberce skutečně dostane do sériové výroby, jsou plánovány další testy.

SWEL navrhuje různé velikosti plovoucích převodníků. Menší verze pro klidnější moře – jako je Středozemní – by měla šířku osm metrů na sto metrů délky a oceánská verze by měla šířku 24 metrů na 600 metrů délky. 

V závislosti na aplikaci se mění umístění převodníků. Na řeckých ostrovech, které potřebují odsolenou vodu, by byly umístěny možná kilometr od pobřeží. Zatímco v případě rozsáhlejších systémů pro hromadnou výrobu elektřiny by byly instalovány od pobřeží čtyři nebo pět kilometrů nebo dokonce více, v závislosti na lokalitě a vlastnostech. 

Systémy společnosti SWEL mohou být ukotveny v oceánu a vyrábět i skladovat vodík ve speciálních kontejnerech daleko od obydlených oblastí. V kombinaci s technologií pro stlačování a skladování mohou pak lodě naložit vodík i daleko od pobřeží a dopravit ho podle potřeby.

SWEL začne komercializací menší verze svého konvertoru s výkonem 200 kW. Projekce naznačují, že tento systém bude také schopen vyrobit mezi deseti a padesáti tunami odsolené vody za třetinové náklady proti konvenčním systémům. 

Společnost doufá, že se na trh dostane do dvou let. „Bylo by to, jako bychom znovu objevili jadernou energii, ne-li lepší,“ říká generální ředitel společnosti SWEL.

Tento konvertor připomíná plovoucí koberec.

Zdroj: SWEL

Čtyřvlnné energetické konvertory, které přeměňují energii z vln oceánu na elektrickou energii, jsou navrženy pro testování ve vodě. Jsou připojené k síti na testovacím místě PacWave South, které je v současné době ve výstavbě u pobřeží Oregonu.

Zdroj: CalWave

PŘÍKLAD Z IZRAELE

Letos v polovině srpna připojila společnost Eco Wave Power svou elektrárnu na výrobu energie z vln k izraelské národní elektrické síti. Projekt „EWP-EDF One“ se nachází v přístavu Jaffa u Tel Avivu. Elektrárna „EWP-EDF One“ byla postavena ve spolupráci s francouzskou společností EDF Renewables IL a izraelským Ministerstvem energetiky a za jejich spolufinancování.

Elektrárna s 10 plováky instalovanými podél již existujícího vlnolamu v přístavu Jaffa má instalovaný výkon 100 kW, takže vyrobí dostatek energie pro napájení přibližně 100 domácností.

Zdá se, že je to začátek vyžívání vlnové energie v průmyslovém měřítku a provozovatelé jsou nadšeni, že tato stanice bude sloužit jako urychlovač pro mnoho dalších projektů po celém světě. Švédsko-izraelská společnost Eco Wave Power totiž získala grant od EU. A první projekty se rozbíhají. Elektrárna o výkonu až 77 MW založená na konceptu společnosti Eco Wave Power s pevným vlnolamem bude vybudována v tureckém přístavu Ordu. Projekt si vyžádá 150 milionů dolarů.

Projekt v přístavu Jaffa u Tel Avivu

Zdroj: EWP