Potężne fale, pływy sięgające nawet kilkunastu metrów wysokości, czy wiatry hulające prawie przez cały rok nad powierzchnią wody. W morzach i oceanach drzemią potężne zasoby energii, którą można wykorzystać do ekologicznej produkcji prądu.
Przypływy i odpływy wód morskich to efekt grawitacyjnego oddziaływania słońca i księżyca na naszą planetę. Najbardziej widoczne są one w zatokach, fiordach i u ujścia rzek do oceanów. Rekord pod tym względem zanotowany został w kanadyjskiej Zatoce Fundy u wybrzeża Oceanu Atlantyckiego, gdzie najwyższa wysokość pływu wynosiła prawie 20 metrów. Niewiele mniejsze rekordowe wahania poziomu oceanicznych wód występują też u ujścia argetyńskiej rzeki Gallegos (18 m), w kanadyjskiej Zatoce Frobishera (17,4 m), u ujścia angielskiej rzeki Severn (16,8 m) czy we francuskim Port Granville w Kanale La Manche (16,1 m). Chociaż na co dzień pływy są tam o kilka metrów mniejsze, przemieszczanie się tak wielkich mas wody w górę i w dół jest potencjalnym źródłem olbrzymich energii.
Przypływ mocy
Jednak uzyskiwanie prądu z elektrowni pływowych nie jest proste. Przede wszystkim znaleźć trzeba odpowiednie miejsce, np. stosunkowo wąską zatokę lub ujście rzeki, gdzie można zbudować specjalne zapory, które w określonych miejscach umożliwiają duże spadki wody. Umieszcza się tam specjalne łopaty, które napędzają turbiny przekazujące swoją energię prądnicy wytwarzającej energię elektryczną. Z pozoru wydaje się to proste, ale wymaga budowy olbrzymich konstrukcji hydrotechnicznych i wiąże się z dużymi kosztami. Pojawia się też problem przerw w wytwarzaniu prądu, kiedy zrównują się poziomy wody w morzu i zbiorniku za zaporą. W praktyce więc prąd jest w nich wytwarzany tylko przez kilka godzin dwa razy na dobę, gdy woda wpływa albo wypływa ze zbiornika.
Pierwsza i do dziś największa elektrownia tego typu została zbudowana w latach 60. nad rzeką Rance w Saint-Malo we Francji. Ma 24 turbiny o łącznej mocy 240 megawatów, czyli jest znacznie mniejsza od przeciętnej elektrowni węglowej. Dla porównania, Elektrownia Bełchatów, największy na świecie zakład wytwarzający prąd z węgla brunatnego, ma łączną moc 5420 megawatów. Francuska elektrownia pracuje od 4 do 8 godzin w ciągu doby. Zakłady tego typu powstały też w Wielkiej Brytanii, Chinach i Rosji, ale podobnie jak we Francji mają one znikomy udział w dostawach energii w tych krajach.
Testowane są też rozwiązania oparte na potężnych młynach wodnych, które są powoli obracane przez przypływy i odpływy morskie. Zaletą takich konstrukcji jest fakt, że mogą one pracować przez całą dobę, gdyż kierunek ich obrotu zmienia się wraz z przemieszczaniem się mas wody w obie strony. Niestety koszt ich budowy jest wysoki, co podwyższa cenę produkowanego przez nie prądu.
Energetyczne falowanie
Jedno spojrzenie na wzburzone morze wystarczy, żeby przekonać się, jak potężne energie drzemią w falach morskich. Ludzie próbują wykorzystać ich energię przynajmniej od końca XVIII wieku, ale wciąż borykają się ze sporymi problemami technicznymi. W tej chwili testowanych jest kilka rodzajów elektrowni falowych. W pierwszych, tzw. hydraulicznych stosuje się turbiny wodne. Morska woda jest w nich wpychana przez fale specjalnym, zwężającym się kanałem do zamontowanego na pewnej wysokości zbiornika. Gdy napełni się on, woda przelewa się i ścieka w dół napędzając turbinę połączoną z generatorem prądu. Taką konstrukcję w 1986 r. uruchomiono na norweskiej wyspie Toftestallen niedaleko Bergen. Osiąga ona moc 350 kilowatów.
Drugi sposób na ujarzmienie energii morskich fal to turbiny powietrzne. Przy brzegu morza buduje się wtedy platformę z umieszczonym na niej zbiornikiem. Fale wlewają się na jej podstawę i wpychają powietrze do zbiornika. Napędza ono turbiny wytwarzające prąd. Elektrownia działająca na tej zasadzie powstała także na wyspie Toftestallen. Podobny zakład działa również na wyspie Yslay niedaleko szkockiego wybrzeża.
W elektrowniach falowych stosuje się również specjalne pływaki, które są wypierane przez fale w górę i w dół obracając wirnik połączony z prądnicą. Wszystkie te konstrukcje mają jednak przede wszystkim charakter prototypów, a wykorzystanie energii falowania na przemysłową skalę wciąż pozostaje kwestią przyszłości. Problemem jest tu przede wszystkim niewielka wydajność tego typu konstrukcji.
Od dawna ludzkość łakomym okiem spogląda też na prądy morskie. Istnieje wiele pomysłów wykorzystania energii olbrzymich mas wody przemieszczającej się w morzach i oceanach. Jak dotychczas nie wyszły one jednak poza fazę koncepcji. Pojawiły się też poważne obawy o to, że takie konstrukcje mogłyby zakłócić przepływ prądów morskich na oceanach i spowodować trudne do przewidzenia zmiany klimatu oraz katastrofy pogodowe w różnych częściach globu.
Potęga morskich wiatrów
Energię wiatrów wiejących nad morzami człowiek wykorzystuje od wieków, m.in. do napędzania statków i łodzi żaglowych. Od dawna myślano też o jej zamianie na prąd elektryczny. Pierwsza morska farma wiatrowa została uruchomiona w 1991 r. w ramach duńskiego projektu Videby. Do dziś kraj ten jest liderem w rozwoju tego typu energetyki. Stawia na nią też Wielka Brytania, gdzie w 2020 r. z tego źródła ma pochodzić aż 17 proc. produkowanej energii.
O powstaniu tego typu farm myśli się także przy polskim wybrzeżu. Uczestnicy zeszłorocznego 3. Międzynarodowego Kongresu Morskiego w Szczecinie oceniali, że najwcześniej będzie to możliwe po 2020 r. Wymagać będzie inwestycji liczonych w miliardach euro, ale w zamian możemy uzyskać stałe źródło niedrogiej, ekologicznej energii.
Zasada działania morskich turbin wiatrowych jest podobna do ich lądowych odpowiedników. Zbudowany z wielkich łopat wirnik jest umieszczony na wysokiej wieży. Wiatr obraca nim, a energia tych obrotów jest przenoszona do generatora, który przekształca ją w prąd elektryczny. Podstawowa różnica tkwi w fundamentach, które umożliwiają stabilne postawienie wiatrowej turbiny na morskim dnie. Budową fundamentów dla morskich turbin wiatrowych zajmuje się niedawno wybudowana na Ostrowie Grabowskim w Szczecinie fabryka Bilfinger Mars Offshorte. Powstające tu fundamenty tzw. jednopalowe oraz kratownicowe mogą mieć do 80 metrów wysokości. Zapewniają one stabilną podstawę dla turbin nawet na stosunkowo głębokich wodach przybrzeżnych. Fabryka wytwarza też inne elementy tego typu konstrukcji, m.in. platformy i pomosty dla łodzi przybijających do turbiny.
Energię wytwarzaną z morza uważa się za ekologiczną. Dodatkowo duże konstrukcje hydrotechniczne, jak elektrownie pływowe czy falowe, mogą wzmacniać morskie brzegi i chronić je przed erozją. Nie brakuje jednak też obaw o ich niekorzystny wpływ na środowisko naturalne, m.in. przez odcinanie dróg wędrówek ryb morskich czy wzbudzanie niekorzystnych dla nich drgań pod powierzchnią wody. Ucierpieć może też estetyka morskich wybrzeży. W sumie jednak bilans ekologiczny wydaje się wychodzić na plus morskich elektrowni, a ich ewentualne niekorzystne oddziaływanie na środowisko znacznie mniejsze niż np. elektrowni węglowych.
Marcin KUBERA
