Plūdmaiņu straumu enerģija — definīcija un darbības princips

Plūdmaiņu straumu enerģija: kā plūdmaiņu ģeneratori izmanto ūdens straumes efektīvi un ilgtspējīgi — darbības princips, priekšrocības un pielietojums.

Plūdmaiņu strūklu enerģija ir elektroenerģija, ko iegūst, izmantojot ūdens plūdmaiņu kustību. Plūdmaiņu plūsmas ģenerators ir iekārta, kas iegūst enerģiju no plūdmaiņu laikā kustīgā ūdens. Plūdmaiņu ģeneratori iegūst enerģiju no ūdens straumēm līdzīgi kā vēja turbīnas iegūst enerģiju no gaisa straumēm.

Plūdmaiņu enerģijas ražošana ir lētākais un ekoloģiski vismazāk kaitīgais no trim galvenajiem plūdmaiņu enerģijas ražošanas veidiem.

Plūdmaiņu enerģija ir salīdzinoši jauna tehnoloģija. Pirmo reizi tā tika iecerēta pagājušā gadsimta 70. gados naftas krīzes laikā.

Atsevišķas plūdmaiņu turbīnas enerģijas ražošanas potenciāls var būt lielāks nekā līdzīga izmēra vēja turbīnas. Ūdens blīvums ir aptuveni 800 reižu lielāks par gaisa blīvumu. Tādējādi ūdens, spiežot uz turbīnu, var nodrošināt daudz lielāku jaudu nekā gaiss, spiežot uz līdzīgu turbīnu ar tādu pašu ātrumu. Turklāt zemākais ūdens ātrums, kas nepieciešams ekonomiskam elektroenerģijas projektam, ir mazāks nekā vēja ātrums, kas nepieciešams vēja turbīnas projektam. Praksē plūdmaiņai jābūt vismaz 2 mezglu (1 m/s) ātrumam pat tuvu paisuma un bēguma periodam, lai tā būtu enerģijas avots.

Tāpat kā vēja enerģijas gadījumā, arī plūdmaiņu turbīnas atrašanās vietas izvēle ir ļoti svarīga. Plūdmaiņu sistēmas jāizvieto vietās ar straujām straumēm, kur dabiskās plūsmas koncentrējas starp šķēršļiem, piemēram, līču un upju ieejās, ap akmeņainiem punktiem, zemesragiem vai starp salām vai citām sauszemes masām.

Darbības princips

Plūdmaiņu strūklu (tidal stream) iekārtas izmanto kustīgu jūras ūdeni, lai grieztu turbīnu rotoru, kas savukārt griež ģeneratoru un ražo elektroenerģiju. Fizikāli iegūstamā jauda ir atkarīga no ūdens blīvuma, plūsmas ātruma, rotora šķērsgriezuma laukuma un turbīnas efektivitātes. Vienkāršs izteiciens, kas palīdz saprast atkarību no ātruma, ir tāds: jauda proporcionāla v^3 — jeb nedaudz palielinot plūsmas ātrumu, jauda pieaug strauji.

Pastāv vairākas tehnoloģijas plūdmaiņu strūklu izmantošanai:

• Horizontālās ass turbīnas — līdzīgas parastajām vēja turbīnām, bieži uzstādītas uz jūras grunts vai pamatnēm.
• Vertikālās ass turbīnas — var darboties no dažādiem virzieniem un ir vienkāršākas ekspluatācijā noteiktos apstākļos.
• Pagriežamas vai kustīgas platformas, kas seko plūsmai vai maina novietojumu, lai optimizētu enerģijas ieguvi.
• Jaunākas pieejas, piemēram, “tidal kites” (plūdmaiņu partraucēji) un oscilējošas hidrofīlas ierīces, kas var efektīvāk izmantot zemākas plūsmas ātrumus.

Priekšrocības

• Prognozējamība: Paisumi un bēgumi ir ļoti paredzami, kas ļauj precīzi plānot elektroenerģijas ražošanu un tīkla integrāciju.
• Liela enerģijas blīvuma priekšrocība: ūdens ir daudz blīvāks par gaisu, tāpēc pie vienādiem apstākļiem plūdmaiņu turbīna ražo vairāk jaudas nekā vēja turbīna.
• Augstāks efektīvais izmantošanas laiks: plūdmaiņu iekārtas bieži nodrošina lielāku kapacitātes faktoru nekā vēja turbīnas, jo plūsmas regulāri mainās, bet nav tik mainīgas kā vējš.
• Ilgtermiņa potenciāls: pareizi izvietotas sistēmas var dot stabilu vietējo elektroenerģijas avotu ar salīdzinoši ilgu ekspluatācijas laiku.

Izaicinājumi un trūkumi

• Ieguldījumu izmaksas: augstas sākotnējās kapitālizmaksas, jo ir nepieciešamas robustas konstrukcijas, korozijizturīgi materiāli un sarežģīta uzstādīšana jūrā.
• Tehniskās problēmas: korozija, bioapaugums, mehāniskā nodiluma risks un grūtības piekļūt iekārtām uzturēšanai.
• Vides ietekme: potenciāla ietekme uz straumju ģeometriju, sedimentu pārvietošanos, jūras dzīvotni un kuģošanas maršrutiem — nepieciešama rūpīga vidējo novērtējumu un mitigācija.
• Vietas ierobežojumi: piemērotu vietu skaits ar pietiekami spēcīgām un koncentrētām plūsmām ir ierobežots.

Vidēja un ilgtermiņa perspektīvas

Tehnoloģijas attīstība (uzlaboti rotori, materiāli, zemūdens pamatnes un attālināta monitoringa sistēmas) samazina izmaksas un palielina uzticamību. Lieli demonstrācijas projekti Eiropā, piemēram, La Rance aizsprosts Francijā (paisuma enerģija) un strūklu projekti Skotijā (piemēram, MeyGen), rāda, ka gan range-type, gan stream-type risinājumi var strādāt komerciālā mērogā.

Kur jāizvieto iekārtas

Vietas izvēli nosaka plūsmas ātrums, plūdmaiņu amplitūda, jūras dziļums, dibena topogrāfija, kuģošanas ceļi un vides jautājumi. Ideālās vietas:

• sausu zemes masām tuvumā, kur plūsmas koncentrējas (kanāli, līču ieejas, starp salām);
• vietas ar stabilām, spēcīgām straumēm vismaz ~1 m/s (bieži vērtē kā 1–2 m/s un vairāk komerciālai dzīvotspējai);
• teritorijas, kur ietekme uz zveju un ekosistēmām ir minimāla vai to var samazināt ar konkrētiem pasākumiem.

Secinājums

Plūdmaiņu strūklu enerģija ir perspektīva un prognozējama atjaunojamās enerģijas forma ar augstu enerģijas blīvumu un labu potenciālu vietēja, stabila elektroapgādes nodrošināšanai. Lai gan joprojām pastāv tehniskas, izmaksu un vides izaicinājumi, tehnoloģiju un pieredzes attīstība padara šo nozari arvien konkurētspējīgāku. Pareiza projektu izvērtēšana, inženiertehniskie risinājumi un vides uzraudzība ir būtiski, lai nodrošinātu ilgtspējīgu un efektīvu plūdmaiņu enerģijas izmantošanu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir plūdmaiņu spēks?

J: Kas ir plūdmaiņu ģenerators?

J: Kā plūdmaiņu ģeneratori iegūst enerģiju no ūdens straumēm?

J: Kādēļ plūdmaiņu straumes enerģija ir lētāks un videi mazāk kaitīgs enerģijas ražošanas avots?

J: Kad pirmo reizi tika iecerēta plūdmaiņu enerģijas izmantošana?

J: Kāpēc atsevišķa plūdmaiņu turbīna var ražot vairāk enerģijas nekā līdzīga izmēra vēja turbīna?

J: Kur būtu jāizvieto plūdmaiņu sistēmas?

Meklēt pēc burta