Ocean kao izvor energije

1
Ocean kao izvor energije

• Roko Grubišic
• Ivan Buljan
• Željko Baškaric

2
Sunce Izvor energije

• Sva energija na Zemlji potjece od Sunca

3
Oceani Energetski kolektori

• Preko 70 površine Zemlje prekriveno je vodom
• Procjenjuje se da oceani dnevno upiju kolicinu
  energije ekvivalentnu 250 milijardi barela nafte
• Manje od 1 te energije bi moglo zadovoljiti sve
  energetske potrebe svijeta

4
Korištenje energije oceana

• Svjetska potražnja za energijom se svakodnevno
  povecava
• Buduci da oceani upijaju ogromnu kolicinu
  energije, cini se logicnim tražiti nacine kako tu
  energiju pretvoriti u neki koristan oblik poput
  elektricne energije
• Iz tog razloga razvijene su brojne tehnologije
  korištenja energije oceana

5
Nacini pretvorbe energije oceana u elektricnu
energiju

• Tehnologije koje koriste mehanicku energiju
• Energija plime i oseke
• Energija valova
• Tehnologije koje koriste toplinsku energiju
• Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)
• Ostale tehnologije
• Proizvodnja metana pomocu morskih bakterija

6
Energija plime i oseke

• Glavni uzrok izmjene plime i oseke je
  gravitacijska privlacnost Mjeseca
• Vec su u 11. stoljecu britanski mlinari poceli
  koristiti visinsku razliku plime i oseke za
  pokretanje svojih mlinova - vodenica

7
Energija plime i oseke

• Da bi se energija plime i oseke mogla koristiti
  za proizvodnju elektricne energije, potrebna je
  dovoljna razlika visine plime i visine oseke
• Minimumom za uspješnu proizvodnju smatra se
  visina od 5 metara
• Procjenjuje se da na svijetu postoji oko 40
  lokacija pogodnih za instalaciju plimnih elektrana

8
Energija plime i oseke

• Podjela plimnih elektrana
• Konvencionalne (nalik na hidroelektrane na
  rijekama)
• Tidal Fence (plimna ograda)
• Tidal Turbine (plimna turbina)

9
Konvencionalne plimne elektrane

• Za njihovo funkcioniranje potrebna je brana koja
  služi za nakupljanje vodene mase za vrijeme plime
• Brane se grade na ulazu u zaljev ili estuarij
• Kada se stvori dovoljna visinska razlika vode,
  zaklopna vrata se otvaraju i voda struji kroz
  turbine i pokrece generator
• Jedina komercijalna elektrana koja koristi
  energiju plime i oseke, elektrana La Rance u
  Francuskoj (snage 210 MW), je ovog tipa

10
Konvencionalne plimne elektrane Za i protiv

• Za
• Jeftina, cista i obnovljiva energija
• Postoji komercijalna elektrana ovog tipa što
  dokazuje da je takva proizvodnja energije moguca
  i komercijalno isplativa
• Protiv
• Brane prijece migracijske puteve riba i prirodnu
  izmjenu tvari cime se uništavaju staništa
• Visoka pocetna cijena izgradnje
• Mali broj lokacija pogodih za izgradnju takvih
  postrojenja

11
Slika i tehnološki presjek konvencionalne plimne
elektrane
12
Tidal Fence i Tidal Turbine

• Rad nekonvencionalnih plimnih elektrana zasniva
  se na cinjenici da je voda fluid poput zraka, ali
  puno vece gustoce
• Snažne morske struje brzine 5 8 cvorova
  prenose jednaku kolicinu energije kao i vjetrovi
  puno vece brzine
• Kako se energija vjetra može koristiti
  vjetrenjacama, tako se i energija morskih struja
  može koristiti posebnim postrojenjima

13
Tidal Fence

• Tehnologija slicna klasicnim hidroelektranama,
  ali bez brane
• Morska voda nošena plimom i morskim strujama
  slobodno tece kroz niz postrojenja s turbinama
  postavljenih poput ograde izmedu malih otoka ili
  preko tjesnaca
• Ne postoje izgradena komercijalna postrojenja
  ovog tipa

14
Tidal Turbine

• Tehnologija slicna vjetrenjacama na kopnu
• Plimna turbina promjera 15 metara generira
  kolicinu energije ekvivalentnu onoj 60-metarske
  vjetrenjace
• Polja ovakvih plimnih turbina grade se na morskom
  dnu na dubini od 20-30 metara na mjestima snažnih
  struja
• Iako je ovakav nacin korištenja energije plime i
  oseke ekološki najprihvatljiviji jer osigurava
  slobodan prolaz morskih životinja i hranjivih
  tvari, trenutno ne postoji niti jedno operativno
  postrojenje ovog tipa

15
Energija valova

• Valovi su jedna od najsnažnijih i
  najdestruktivnijih oceanskih sila
• Analiticari vjeruju da valovi oceana posjeduju
  dovoljno energije za proizvodnju do 2 TW
  elektricne energije

16
Energija valova

• Za korištenje energije valova moramo odabrati
  lokaciju na kojoj su valovi dovoljno cesti i
  dovoljne snage
• Najperspektivnija podrucja za korištenje energije
  valova su Škotska, Kanada, južna Afrika,
  Australija i sjeverne obale SAD-a

17
Energija valova

• Vrste postrojenja
• Slobodni (offshore) sustavi
• Obalni (onshore) sustavi
• Dobra strana korištenja energije valova je
  potpuna ekološka prihvatljivost svih vrsta
  postrojenja
• Loša strana je prvenstveno nepredvidljivost
  valova i kolicine tako proizvedene energije
• U slucaju povoljnog smještaja elektrane ovakav
  nacin korištenja inace destruktivne energije
  valova definitivno ima potencijala

18
Slobodni sustavi

• Neke od korištenih tehnologija
• Postrojenja nalik na pumpe koje pokrecu valovi
• Postrojenja nalik na splavi povezane s morskim
  dnom posebnim cijevima koje se stežu i rastežu
  time stvarajuci razliku tlakova potrebnu za
  pokretanje turbina
• Posebno izgradeni brodovi s ugradenim turbinama
• Posebne plutace koje stvaraju elektricnu energiju
  (do 20 kW) kada ih se deformira nailaskom vala

19
Obalni sustavi

• Najcešce je korištena tehnologija Oscillatting
  water column (oscilirajuci stupac vode)
• Nailaskom vala voda ulazi u otvor iznad morske
  površine što komprimira zrak u spremniku, a taj
  proces pokrece turbinu
• Dobra strana ovih postrojenja je što ih se može
  ugraditi i u postojece lukobrane
• Prva komercijalna elektrana ovog tipa, Limpit u
  Škotskoj (500 kW), pocela je s radom 2000. godine

20
Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

• Ideja pretvorbe toplinske energije oceana u
  elektricnu energiju je jednostavna - princip
  toplinskog stroja
• Topla voda na morskoj površini predstavlja
  spremnik više temperature, a hladna voda u
  morskim dubinama spremnik niže temperature

21
Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

• Ideja OTEC-a nije nova - francuski fizicar Arsene
  dArsonval je predložio korištenje toplinske
  energije oceana vec davne 1881. godine
• Da bi se stvorila dovoljna razlika temperature
  vode na površini i one u dubinama, hladna voda se
  danas pumpama dovodi s dubine od oko 1000 m
• OTEC postrojenja najbolje funkcioniraju kada je
  razlika temperature toplog i hladnog spremnika
  oko 20C, što je tipicna razlika temperature vode
  na površini i one na dubini od 1000 m u tropskim
  obalnim podrucjima

22
Razlike temperature mora na površini i u dubinama
23
Vrste OTEC postrojenja

• Podjela po smještaju postrojenja
• Obalna postrojenja
• Postrojenja-brodovi
• Podjela po nacinu izgradnje toplinskog stroja
• Otvoreni ciklus (open-cycle)
• Zatvoreni ciklus (closed-cycle)
• Mješoviti ciklus (hybrid-cycle)

24
Closed-cycle OTEC

• Za pokretanje turbine koristi se fluid s niskim
  vrelištem (najcešce amonijak)
• Fluid isparava u toplijem spremniku
• Ekspanzija tako stvorene pare pokrece turbinu
• Para se kondenzira u hladnijem spremniku
• Kondenzirani fluid se pumpama vraca u prvi
  spremnik gdje se ciklus ponavlja

25
Closed-cycle OTEC
26
Open-cycle OTEC

• Topla morska voda isparava u podtlacnom spremniku
• Vodena para u ekspanziji pokece niskotlacnu
  turbinu i kondenzira se u spremniku koji hladi
  voda iz dubine
• Nakon kondenzacije dobijemo gotovo 100 cistu vodu

27
Open-cycle OTEC
28
Pokusna postrojenja

• Mini OTEC 50 kW CC-OTEC plovilo usidreno uz
  obalu Havaja (1979)
• Pokusno OC-OTEC postrojenje snage 50 kW Havaji
  (1993)
• Pokusno CC-OTEC postrojenje snage 250 kW Havaji
  (1999)
• Pokusno OC-OTEC postrojenje snage 210 kW Havaji
  (1999)

29
Mane OTEC postrojenja

• Skupa konstrukcija cijevi za dovod hladne vode iz
  morskih dubina rezultira visokom pocetnom cijenom
  izgradnje elektrana
• Visoka cijena izgradnje elektrane povecava i
  cijenu proizvedene energije
• Gradnja postrojenja velike snage bi mogla
  kompenzirati visoku pocetnu cijenu izgradnje i
  time smanjiti cijenu energije

30
Procjene troškova
31
Mane OTEC postrojenja

• Utjecaj na temperaturu mora
• Smatra se da bi dobrim smještajem elektrana
  utjecaj na temperaturu mora bio smanjen na
  prihvatljivi minimum
• Nepostojanje komercijalnih postrojenja
• Dosad su gradena samo pokusna postrojenja male
  snage
• Povecanje financiranja istraživanja bi moglo
  rezultirati unaprijedenjem OTEC tehnologija i
  gradnjom komercijalnih postrojenja

32
Prednosti OTEC postrojenja

• Proizvodnja ciste i jeftine energije
• Proizvodnja vode za pice i navodnjavanje
• Postrojenje snage 2 MW bi u teoriji moglo
  proizvoditi 4 300 000 litara pitke vode
  dnevno
• Chilled-soil agriculture
• Uzgoj biljaka iz umjerenog pojasa u tropskom
  podrucju na tlu ohladenom cijevima za dovod
  hladne vode
• Marikultura
• Npr. uzgoj jastoga, lososa, morskih algi i drugih
  organizama koji žive u morskim dubinama

33
Prednosti OTEC postrojenja
34
Proizvodnja metana pomocu morskih bakterija

• Prilikom istraživanja podvodnih vulkana u Tihom
  oceanu 1983. godine, znanstvenici su otkrili
  iznimno zanimljivu novu bakteriju
• Bakterija je nazvana Methanococus janaschii

35
Proizvodnja metana pomocu morskih bakterija

• Methanococus janaschii je specificna po tome što
  proizvodi plin metan u velikim kolicinama
• Metan je poznati energent za grijanje i sirovina
  za dobivanje vodika koji se može koristiti i za
  dobivanje elektricne energije
• Znanstvenici vjeruju da bi genetskim
  inženjeringom mogli izmijeniti M. janaschii za
  komercijalnu proizvodnju metana, a time i
  energije

36
Zakljucak

• Ocean ima nevjerojatni energetski potencijal koji
  se danas premalo koristi
• Izazov za buducnost je razvoj novih i poboljšanje
  postojecih tehnologija za korištenje energije
  oceana
• Smanjenjem cijene izgradnje postrojenja i
  povecanjem korisnosti, energija oceana ce postati
  konkurentna i bit ce spremna zauzeti ravnopravno
  mjesto medu obnovljivim izvorima energije

37
Literatura

• www.wikipedija.com
• www.eere.energy.gov
• www.nrel.gov
• www.kordi.re.kr