Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σπουδαστές: Μαυρουδής Π. Αθανάσιος Καραμάνης Σ. Χρυσόστομος Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα Μάιος 2009

2 Μαυρουδής Αθανάσιος Αφιερώνεται στους αγαπημένους μου γονείς και αδέρφια, που μου δίνουν κουράγιο και δύναμη να προχωρώ στη ζωή. Καραμάνης Χρυσόστομος Αφιερώνεται στους αγαπημένους μου γονείς και αδερφό.

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η Εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μας Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μας στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε το Δεκέμβριο του 2008 και ολοκληρώθηκε το Μάιο του 2009, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα Εργασία, είχε ως σκοπό τη διερεύνηση και την ανάλυση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των σύγχρονων διατάξεων αξιοποίησης της Θαλάσσιας Ενέργειας. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανό να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική ευρεία αξιοποίηση της Θαλάσσιας Ενέργειας. Αισθανόμαστε την υποχρέωση να ευχαριστήσουμε θερμά την Καθηγήτρια κα Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μας παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική.

4 Ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μας και στα αδέρφια μας, για την εμπιστοσύνη τους στις δυνάμεις μας, για τη συνεχή συμπαράσταση και υποστήριξη που είχαμε από μέρους τους καθώς και για την υπομονή και κατανόηση που μας έδειξαν ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των σπουδών μας. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μας να μην αναφερθούμε στους Καθηγητές και στους συμφοιτητές μας, για την προθυμία με την οποία μας παρείχαν τη βοήθειά τους, όποτε τη χρειαστήκαμε, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μας περιβάλλον, οι οποίοι μας συμπαραστάθηκαν και μας ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μας. Καβάλα, Μάιος 2009

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή... 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Πρώτος Μεγάλος Σταθμός Κυματικής Ενέργειας (Πλήμνη Κυμάτων) Γενικά Εισαγωγή Περιγραφή του Συστήματος Δυνατότητες της Πλήμνης Κυμάτων Διατάξεις Κυματικής Ενέργειας που Μπορούν να Συνδεθούν με την Πλήμνη Κυμάτων Προβλεπόμενες Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις Προβλεπόμενα Πλεονεκτήματα της Πλήμνης Κυμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ενέργεια των Κυμάτων Αρχή στην οποία βασίζεται η Αξιοποίηση της Ενέργειας των Κυμάτων Συστήματα Κυματικής Ενέργειας Ενέργεια Θαλάσσιου Κυματισμού Αρχές Λειτουργίας των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων... 16

6 3.4.1 Παλλόμενη Στήλη Νερού Υπερκαλυπτόμενη Διάταξη Σημειακός Αποροφητήρας Πλωτό Αρθρωτό Σύστημα Τεχνολογίες Αξιοποίησης του Θαλάσσιου Κυματισμού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Η Ενέργεια των Παλιρροιών Παλιρροιακή Ενέργεια Αρχή Λειτουργίας Διατάξεις Αξιοποίησης των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Διατάξεις Παλιρροιακών Ρευμάτων (Tidal Stream) Παλιρροιακής Διακύμανσης (Tidal Range) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ενέργεια του Θερμοκλινούς των Ωκεανών Γενικά Βασικοί Τύποι Διεργασιών OTEC ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ενέργεια λόγω της Βαθμίδας Αλατότητας της Θάλασσας... 39

7 6.1 Γενικά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων Στάδιο Κατασκευής Στάδιο Λειτουργίας και Συντήρησης Οικολογία των Οικοσυστημάτων Γήινο και Θαλάσσιο Τοπίο Θόρυβος (Αερομεταφερόμενος και Υποβρύχιος) Θαλάσσιος Βυθός, Φερτές Ύλες και Ρεύματα Ποιότητα Νερού Αναψυχή και Τουρισμός Αλιεία Ναυσιπλοΐα Στάδιο Παροπλισμού Γενικότερες Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις Σχεδιασμός και Μέτρα Απάλυνσης των Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων... 50

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας του Θερμοκλινούς των Ωκεανών Γενικά Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις της OTEC Διατύπωση Συμπερασμάτων για της Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις της OTEC ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας λόγω της Βαθμίδας Αλατότητας της Θάλασσας Γενικά Πιθανές Αρνητικές Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 60

9 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ Μία Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας, η οποία μέχρι σήμερα ελάχιστα έχει αξιοποιηθεί, είναι η Θάλασσα. Οι Θαλάσσιες μάζες καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του Πλανήτη μας και μπορούν να θεωρηθούν ένα κολοσσιαίο, «Παγκόσμιο» Ενεργειακό ρεζερβουάρ. Η Θαλάσσια επιφάνεια απορροφά τεράστιες ποσότητες Ηλιακής και Αιολικής Ενέργειας, η οποία εμφανίζεται στη Θάλασσα σε διάφορες μορφές, όπως Κύματα ή Ρεύματα. Επιπλέον, το Θαλάσσιο σύστημα επηρεάζεται από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις του Πλανήτη μας με τον Ήλιο και τη Σελήνη. Ο μηχανισμός αυτός, αργά αλλά ρυθμικά, κινητοποιεί ασύλληπτες ποσότητες ύδατος, δημιουργώντας το φαινόμενο της παλίρροιας. Διάφορες άλλες μορφές Ενέργειας, που προέρχονται από το Θαλάσσιο περιβάλλον, είναι η Ενέργεια που οφείλεται στο Θερμοκλινές των Ωκεανών, δηλαδή στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ανώτερων και των κατώτερων ψυχρότερων Θαλάσσιων στρωμάτων, καθώς και η Ενέργεια που οφείλεται στις διαφορετικές πυκνότητες των Θαλάσσιων στρωμάτων διαφορετικής αλατότητας. Η παραγωγή Ενέργειας από τη Θάλασσα ενδιαφέρει άμεσα τη χώρα μας, με το μεγάλο αριθμό νησιών, αλλά και την τεράστια ακτογραμμή της (περίπου km), η οποία είναι η μακρύτερη στην Ε.Ε. Το Αιγαίο Πέλαγος διαθέτει αξιοποιήσιμο Θαλάσσιο Ενεργειακό Δυναμικό, το υψηλότερο της Μεσογείου, με την εκμετάλλευση του οποίου θα μπορούσε να καλυφθεί σημαντικό ποσοστό των Ενεργειακών αναγκών μας. Σελίδα 1

10 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή Στην πραγματικότητα τα ορυκτά καύσιμα δεν έχουν να κάνουν μόνο με τον κίνδυνο εξάντλησης, ούτε με την ανησυχία της ανασφάλειας του ανεφοδιασμού, αλλά υπάρχουν και άλλοι λόγοι, κυρίως περιβαλλοντικοί, που ωθούν στην ανάπτυξη των Α.Π.Ε. τον 21 ο αιώνα. Οι υψηλές τιμές του πετρελαίου, η μείωση της προσφοράς καυσίμων και οι αυξανόμενες πιέσεις για τον έλεγχο του φαινόμενου του θερμοκηπίου καθιστούν ιδιαίτερα δημοφιλή την προοπτική της Θαλάσσιας Ενέργειας τόσο στις Εθνικές Κυβερνήσεις όσο και στις Εταιρείες παροχής υπηρεσιών κοινής ωφέλειας. Η πρόκληση σήμερα έγκειται στην επιτυχή εκμετάλλευση της συσσωρεμένης πλέον γνώσης, η οποία δεν κατέστη εφικτή τα προηγούμενα χρόνια. Ουδείς υποστηρίζει ότι η εκμετάλλευση της κίνησης των Κυμάτων για την παραγωγή Ενέργειας δεν αποτελεί μια καλή ιδέα. Στο κάτω κάτω, το «καύσιμο» αυτό θα παράγεται δωρεάν και συνεχώς, ενώ η διαδικασία της παραγωγής δεν είναι ρυπογόνος. Σχήμα 1.1 Αυξανόμενη Ανάπτυξη της Τεχνολογίας Σελίδα 2

11 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή Η Ενέργεια από τη Θάλασσα είναι προφανώς αξιοπρόσεκτη, αλλά είναι αρκετά διασκορπισμένη και επομένως πολύ δύσκολη ως προς τη συλλογή της. Επίσης βρίσκεται συνήθως μακριά από τους τόπους κατανάλωσης. Η μόνη μορφή που έχει ως τώρα αποτελέσματα και είναι συγκεντρωμένη σε ορισμένες περιοχές της Γης, είναι η Ενέργεια των Παλιρροιών. Άλλες μορφές οι οποίες βρίσκονται σε πλήρη εξέλιξη και εφαρμόζονται σήμερα σε μικρή κλίμακα, αλλά έχουν μεγάλες προοπτικές εξέλιξης, είναι η Ενέργεια των Κυμάτων, η Θερμική Ενέργεια των Ωκεανών και η Ενέργεια λόγω της Διαφοράς Αλατότητας του γλυκού από το Θαλασσινό νερό. Σχήμα 1.2 Παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των Τεχνολογιών Θαλάσσιας Ενέργειας (Ιανουάριος 2008) Στο σχήμα 1.1 φαίνεται η αυξανόμενη ανάπτυξη της Τεχνολογίας για την αξιοποίηση της Ενέργειας της Θάλασσας ενώ στο σχήμα 1.2 φαίνεται η Παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των Τεχνολογιών Θαλάσσιας Ενέργειας Τα ποσά Ενέργειας που εμπεριέχονται στη Θάλασσα είναι τεράστια. Η δυσκολία έγκειται στο πώς να τα ανακτήσουμε. Σελίδα 3

12 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Ο ΠΡΩΤΟΣ ΜΕΓΑΛΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΠΛΗΜΝΗ ΚΥΜΑΤΩΝ) 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Η Πλήμνη Κυμάτων (σχήμα 2.1) είναι σα μια γιγαντιαία ηλεκτρική πρίζα στο βυθό της Θάλασσας η οποία τροφοδοτείται από διάφορες διατάξεις αξιοποίησης της Θαλάσσιας Ενέργειας κι έχει εγκατασταθεί στην Κορνουάλη της Μεγάλης Βρετανίας. Θα αρχίσει να λειτουργεί το 2009, θα παράγει 20 MW και θα τροφοδοτεί επτά χιλιάδες πεντακόσια (7500) σπίτια. Με τον τρόπο αυτό θα αποφευχθεί η εκπομπή τριακοσίων χιλιάδων (300000) τόνων διοξειδίου του άνθρακα και θα δημιουργηθούν χίλιες οκτακόσιες (1800) νέες θέσεις εργασίας. 2.2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ιδέα της Πλήμνης Κυμάτων είναι να εγκατασταθεί μια ηλεκτρική σύνδεση δικτύου σε απόσταση km από την ακτή στην οποία μπορούν να συνδεθούν διατάξεις Κυματικής Ενέργειας. Θα παρέχει μια σαφώς καθορισμένη και διοικούμενη περιοχή με ηλεκτρική σύνδεση, στο χερσαίο ηλεκτρικό δίκτυο και θα απλοποιεί και θα συντομεύει πάρα πολύ τις διαδικασίες συγκατάθεσης για ανάπτυξη. Η αρχική πρόβλεψη για να τεθεί σε λειτουργία ήταν το 2006, όμως αναμένεται να είναι έτοιμο για παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας από το Η χρηματοδότηση του έργου, που περιγράφεται ως μια γιγαντιαία ηλεκτρική πρίζα στο βυθό της θάλασσας, έχει ήδη εγκριθεί από την Σελίδα 4

13 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Επιτροπή Περιφερειακής Ανάπτυξης της ΝΔ Βρετανίας (RDA). Ο Σταθμός Κυματικής Ενέργειας, που ήταν υπό σχεδιασμό εδώ και τέσσερα χρόνια, θα δώσει ώθηση στον κλάδο αυτόν Παγκοσμίως και θα αποτελέσει κέντρο έρευνας. Σχήμα 2.1 Κορνουάλλη Μεγάλης Βρετανίας Σχήμα 2.2 Πλήμνη Κυμάτων Σελίδα 5

14 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Η Ενέργεια που θα παράγεται από παραγωγούς Κυματικής Ενέργειας, που θα συνδέονται με την υποδομή της Πλήμνης Κυμάτων, θα καλύπτει τις ανάγκες ηλεκτρικής Ενέργειας επτά χιλιάδων πεντακοσίων (7500) σπιτιών, αποφεύγοντας την εκπομπή τριακοσίων χιλιάδων (300000) τόνων διοξειδίου του άνθρακα για τα επόμενα είκοσι πέντε (25) χρόνια. Ο σταθμός θα συνεισφέρει στο στόχο της ΝΔ Αγγλίας να παράγει 15% της Ενέργειάς της από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας μέχρι το Η Πλήμνη Κυμάτων θα δημιουργήσει χίλιες οκτακόσιες (1800) θέσεις εργασίας και θα συμβάλει θετικά στη Βρετανική Οικονομία στην περίοδο των είκοσι πέντε (25) ετών λειτουργίας της, σύμφωνα με μια ανεξάρτητη οικονομική αξιολόγηση των επιπτώσεών της, που ανατέθηκε από το RDA. 2.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Το έργο θα περιλαμβάνει ένα χερσαίο υποσταθμό που θα συνδέεται με τον ηλεκτρικό εξοπλισμό στο βυθό, δέκα (10) μίλια από το Hayle, μέσω ενός υποθαλάσσιου καλωδίου. Οι Επιχειρήσεις που αναπτύσσουν την Ενεργειακή Τεχνολογία εκμετάλλευσης των Κυμάτων, θα είναι σε θέση να συνδεθούν με την Πλήμνη Κυμάτων για να δοκιμάσουν το δικό τους εξοπλισμό παραγωγής Ενέργειας από την Κυματική Ενέργεια, σε μια κλίμακα που δεν έχει προηγούμενο ως σήμερα. Τέσσερις Επιχειρήσεις έχουν ήδη επιλεγεί για να χρησιμοποιήσουν το σύστημα. Ο Jason Clark, εκπρόσωπος της Εταιρείας της Πλήμνης Κυμάτων, είπε: «Είναι μάλλον σα μια μπαλαντέζα μήκους δέκα μιλίων που συνδέεται με το Εθνικό Δίκτυο. Έτσι αν και θα παρέχουμε Ενέργεια στα ΝΔ, το πραγματικό πλεονέκτημα αυτού του έργου είναι ότι θα επιτρέψει σε άλλους ειδικούς να συνδέσουν τον εξοπλισμό τους για να διερευνήσουν εάν μπορεί να αναπτυχθεί εμπορικά». Το έργο της Πλήμνης Κυμάτων θα καλύψει μια Θαλάσσια περιοχή εμβαδού περίπου εννέα (9) τετραγωνικών χιλιομέτρων και σε κάθε ενδιαφερόμενη για σύνδεση Εταιρεία θα χορηγηθεί μίσθωση πέντε έως δέκα ετών για μια περιοχή τριών τετραγωνικών χιλιομέτρων. Μέχρι και τριάντα (30) Ενεργειακές μονάδες εκμετάλλευσης Κυμάτων αναμένονται να λειτουργούν στην επιφάνεια της Θάλασσας επάνω από την Πλήμνη Κυμάτων. Σελίδα 6

15 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Σχήμα 2.3 Η Πλήμνη Κυμάτων όπως τη φαντάστηκε ένας καλλιτέχνης. Δεξιά του παραπάνω σχήματος φαίνεται η διάταξη μετατροπής Κυματικής Ενέργειας του Plymouth, ORECon και αριστερά το «Πηλαμύς» από την Εταιρία Διανομής Ωκεάνιας Ισχύος (Ocean Power Delivery) του Edinburgh Οι μηχανικοί της Εταιρείας Ocean Power Delivery πρόσφατα κατασκεύασαν ένα μικρότερο έργο εκμετάλλευσης Κυμάτων στις Πορτογαλικές Ακτές μετά τη λειτουργία ενός πρωτότυπου, στα νησιά Orkneys. Η Κυματική Ενέργεια δεν έχει αποδειχθεί τόσο δημοφιλής όσο η Αιολική και η Ηλιακή λόγω των αυξημένων δαπανών εξοπλισμού και εγκατάστασης. Οι οικολόγοι όμως επισημαίνουν ότι και η Αιολική Ενέργεια ήταν ακριβή στο ξεκίνημά της, αλλά έχει μειωθεί το κόστος της κατά 80% από τα πρώτα εμπορικά έργα που κατασκευάστηκαν πριν από δέκα έξι (16) χρόνια. 2.4 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΠΛΗΜΝΗΣ ΚΥΜΑΤΩΝ Αρχικά εξετάστηκαν τέσσερις δυνατότητες οι οποίες φαίνονται στα παρακάτω σχήματα με τα αντίστοιχα σκαριφήματα. Σελίδα 7

16 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Σχήμα 2.4 Δυνατότητα 1. Χερσαία βάση με πολλαπλές γραμμές καλωδίων που εκτείνονται σε κάθε Κυματική Διάταξη Σχήμα 2.5 Δυνατότητα 2. Υποθαλάσσιοι μετασχηματιστές, απλός αγωγός μεταφοράς στην ακτή, δευτερεύοντες αγωγοί στις κυματικές διατάξεις Ο αρχικός σχεδιασμός και οι μελέτες κόστους κατέληξαν στο ότι οι δυνατότητες δυο και τέσσερα θα είναι οι πλέον δελεαστικές από τεχνικής πλευράς. Είναι δυνατόν ένας υβριδικός σχεδιασμός, που θα συνδυάζει αυτές τις δυο δυνατότητες, να ταιριάζει απόλυτα με τις απαιτήσεις της μελέτης. Προτιμώμενη δυνατότητα θα είναι εκείνη που θα είναι τεχνικά έγκυρη και κατορθωτή, θα έχει ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, θα είναι οικονομικά συμφέρουσα και δε θα δημιουργεί σημαντικά θέματα ασφάλειας και χρήσης. Σελίδα 8

17 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Σχήμα 2.6 Δυνατότητα 3. Επιπλέουσα διάταξη (σκάφος ή σημαδούρα) που θα περιέχει μετασχηματιστές και εξοπλισμό διανομής μεγάλων ηλεκτρικών φορτίων, που θα είναι αγκυροβολημένη στον πυθμένα. Απλός αγωγός μεταφοράς στην ακτή, δευτερεύοντες αγωγοί στις Κυματικές Διατάξεις Σχήμα 2.7 Δυνατότητα 4. Σταθερή διάταξη (πλατφόρμα) που περιέχει μετασχηματιστές και εξοπλισμό διανομής μεγάλων ηλεκτρικών φορτίων, στερεωμένη στον πυθμένα. Απλός αγωγός μεταφοράς στην ακτή, δευτερεύοντες αγωγοί στις Κυματικές Διατάξεις 2.5 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΟΥ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΣΥΝΔΕΘΟΥΝ ΜΕ ΤΗΝ ΠΛΗΜΝΗ ΚΥΜΑΤΩΝ Μερικά παραδείγματα Διατάξεων Αξιοποίησης της Κυματικής Ενέργειας φαίνονται στις εικόνες 2.1, 2.2, 2.3 και 2.4. Αυτές οι διατάξεις γενικά συγκεντρώνουν την Κυματική Ενέργεια και τη χρησιμοποιούν για να θέσουν σε κίνηση τους στροβίλους Σελίδα 9

18 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων παραγωγής ικανοποιητικού ποσού ηλεκτρικής Ενέργειας. Η ηλεκτρική Ενέργεια που παράγεται μεταφέρεται στην ακτή και στο Διεθνές Δίκτυο δια μέσου ενός θαμμένου αγωγού. Εικόνα 2.1 Κυματική Διάταξη Pelamis Εικόνα 2.2 Κυματική Διάταξη Wave Dragon Υπάρχουν πολλές πρόσφατες Διατάξεις Κυματικής Ενέργειας που αναπτύσσονται από μια ποικιλία Βιομηχανικών και Μηχανικών Εταιριών στην Αγγλία και στο εξωτερικό. Σελίδα 10

19 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Είναι γενικά παραδεκτό ότι η Αγγλία έχει μια πρωτοπορία στην ανάπτυξη αυτών των Τεχνολογιών αλλά και οι υπόλοιπες χώρες καλύπτουν ταχύτατα τη διαφορά. Εικόνα 2.3 Κυματική Διάταξη ORECon Εικόνα 2.4 Κυματική Διάταξη OceanLinx 2.6 ΠΡΟΒΛΕΠΟΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Οι εκβολές του ποταμού στο Hayle είναι Διεθνώς αναγνωρισμένες για τη μεγάλη αξία της βιοποικιλότητας καθώς είναι το πλέον Νότιο Δυτικό Δέλτα της Μεγάλης Σελίδα 11

20 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Βρετανίας. Οι ενδοπαλιρροιακοί κάτοικοι και οι κάτοικοι των αλμυρών βάλτων, παρέχουν σημαντική τροφή και περιοχές ανάπαυσης για τα πουλιά που μεταναστεύουν. Η ενδοχώρα είναι μια πλούσια Βιοκοινότητα. Η περιοχή είναι επίσης δημοφιλής στους τουρίστες με ένα πλήθος θέρετρα και πάρκα με τροχόσπιτα που βρίσκονται στους λόφους. Τα ενδοπαλιρροιακά και Θαλάσσια ύδατα του Hayle είναι μεγάλης διατηρητικής και οικονομικής αξίας, είναι τμήμα της γνωστής St Ives Special Marine Area (SMA), και το δέλτα υποστηρίζει εμπορικές ιχθυοκαλλιέργειες αστακού, οστρακόδερμων, ποταμοκαραβίδων και καβουριών, όπως επίσης είναι δημοφιλές για αναψυχή. Τις ακτές της Κορνουάλης επισκέπτονται επίσης ένα πλήθος Θαλάσσιων ειδών συμπεριλαμβανομένων των υπερωόδων δελφινιών, των Θαλάσσιων χελωνών και των καρχαριών του είδους κητορίνος ο μέγιστος. Οι πραγματοποιούμενες περιβαλλοντικές μελέτες θα περιέχουν μια ανάλυση των πιθανών επιπτώσεων σε όλους τους περιβαλλοντικούς αποδέκτες. Θα περιλαμβάνουν τις επιπτώσεις από την τοποθέτηση του ηλεκτρικού αγωγού, το μεγαλύτερο μέρος του οποίου θα είναι υπεράκτιο και τις επιπτώσεις των πιθανών σειρών Κυματικής Ενέργειας στη Θαλάσσια οικολογία, στους ψαρότοπους και στη ναυσιπλοΐα. Θα υπάρχει πολύ μικρή χερσαία κατοχή με ένα μόνο αγωγό να έρχεται στην ξηρά για τις πλείστες των προαναφερθεισών δυνατοτήτων. 2.7 ΠΡΟΒΛΕΠΟΜΕΝΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΠΛΗΜΝΗΣ ΚΥΜΑΤΩΝ Η κατασκευή της Πλήμνης Κυμάτων θα μπορούσε να έχει πολλά άμεσα και έμμεσα πλεονεκτήματα: Θα επιτρέπει στους κατασκευαστές των διατάξεων να εγκαταστήσουν συσκευές μεγέθους επίδειξης και να γεφυρώσουν το χάσμα που έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει από διάφορες μελέτες ανάμεσα στις πειραματικές διατάξεις και στους εμπορικούς σταθμούς. Θα προωθεί το θέμα Κυματική Ενέργεια ώστε να αποκτήσει μεγάλη αξία για μελλοντικούς οικονομικούς και εμπορικούς σκοπούς. Η παραγωγή ενός σημαντικού ποσού Καθαρής Ανανεώσιμης Ενέργειας στη Νότιο Δυτική περιοχή της ακτής, εκτιμάται MW, θα ανταποκριθεί στους στόχους της Κυβέρνησης. Σελίδα 12

21 Κεφάλαιο 2 ο : Πλήμνη Κυμάτων Θα υπάρξει αναγνώριση της Νότιο Δυτικής Περιοχής σαν κυρίαρχης στο πεδίο παραγωγής ηλεκτρικής Κυματικής Ενέργειας. Θα δημιουργηθεί ένας αριθμός νέων θέσεων εργασίας. Θα δημιουργηθεί μια καινούρια Βιομηχανία και μια επέκταση της υπάρχουσας Βιομηχανίας ώστε να είναι ικανή να κατασκευάζει, να αναπτύσσει, να συντηρεί, να επιθεωρεί, να επισκευάζει και να παροπλίζει την προβλεπόμενη ευρεία κλίμακα διατάξεων. Θα προκαλέσει αναγνώριση του Θαλάσσιου Ενεργειακού Κέντρου της Μεγάλης Βρετανίας και της ίδιας της Μεγάλης Βρετανίας, σαν Παγκόσμιο Οδηγό στη Θαλάσσια Ενέργεια. Θα παρέχει μια πηγή στην υποστήριξη του νέου προγράμματος σπουδών των συνδυασμένων Πανεπιστημίων της Κορνουάλης, για τη δημιουργία ενός κέντρου μόρφωσης και εκπαίδευσης σε Τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Σελίδα 13

22 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ 3.1 ΑΡΧΗ ΣΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΒΑΣΙΖΕΤΑΙ Η ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Η κίνηση του Κύματος μετασχηματίζεται σε μια μηχανική ή μια υδραυλική δύναμη. Ένας σύνδεσμος μεταδίδει τη δύναμη σε ένα σύστημα μετατροπής ισχύος που παράγει ηλεκτρική Ενέργεια. Το ποσόν της παραγόμενης ισχύος εξαρτάται από το ύψος του κύματος και από τη φύση του συστήματος μετατροπής. H Ενέργεια των Κυμάτων παράγεται από την κίνηση των Κυμάτων στη Θαλάσσια επιφάνεια που προκαλείται από τους κατά τόπους ανέμους, ουσιαστικά είναι Ενέργεια που προέρχεται από τον άνεμο. Οι πλέον ευνοϊκές τοποθεσίες για να συλλεχθεί η Ενέργεια των Κυμάτων είναι συγχρόνως οι τοποθεσίες όπου ο άνεμος είναι πολύ ισχυρός (ανάμεσα 40 ο και 60 ο Γεωγραφικού Πλάτους) και οι τοποθεσίες όπου η επιφάνεια του Ωκεανού είναι αχανής. Οι Δυτικές Ακτές των απέραντων Ωκεανών Ατλαντικού και Ειρηνικού είναι σίγουρα προνομιούχες. Η Ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε ένα Κύμα είναι ανάλογη με το ύψος του Κύματος. Η Ενέργεια μετασχηματίζεται μηχανικά σε ηλεκτρική Ενέργεια με την έννοια των συστημάτων Κυματικής Ενέργειας. 3.2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ένα σύστημα Κυματικής Ενέργειας μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο στον Ωκεανό και να παράγει Ενέργεια, μπορεί να είναι αγκυροβολημένο στον πυθμένα ή Σελίδα 14

23 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων πλωτό ανοιχτά της Θάλασσας, ή σύστημα εγκατεστημένο στα παράλια ή στα ρηχά νερά. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί επίσης να είναι ολικά βυθισμένο στο νερό η να είναι τοποθετημένο πάνω από τη Θαλάσσια επιφάνεια σε μια πλωτή πλατφόρμα. Εικόνα 3.1 Θαλάσσια Κύματα 3.3 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Η Ενέργεια του Θαλάσσιου Κυματισμού είναι, όπως όλες οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, ανεξάντλητη. Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση του 1% του Κυματικού Δυναμικού του Πλανήτη μας θα κάλυπτε στο τετραπλάσιο την Παγκόσμια Ενεργειακή ζήτηση. Παρουσιάζει μεταξύ των Ανανεώσιμων την υψηλότερη Ενεργειακή Πυκνότητα. Για παράδειγμα, σε ημερήσια βάση, η Ενέργεια Κυματισμού ύψους 1 m μπορεί - σε μέτωπο πλάτους μόλις ενός μέτρου - να ξεπεράσει τις 300 kwh. Από την Eνέργεια αυτή θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό τουλάχιστον το 5 10%, δηλαδή περίπου kwh ημερησίως. Συγκριτικά αναφέρουμε ότι μία τετραμελής οικογένεια καταναλώνει κατά μέσον όρο περίπου 10 kwh ημερησίως. Μεταξύ των διάφορων μορφών Κυματισμού, ο ανεμογενής Κυματισμός παρουσιάζει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον, για Ενεργειακή εκμετάλλευση. Τα ανεμογενή Κύματα δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση του ανέμου με τη Θαλάσσια επιφάνεια. Εφόσον δημιουργηθεί ο ανεμογενής Κυματισμός, μπορεί να «ταξιδέψει» χιλιάδες χιλιόμετρα, με ελάχιστες απώλειες. Σελίδα 15

24 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Τα υψηλότερα επίπεδα Κυματικής Ενέργειας στον Πλανήτη μας, εμφανίζονται μεταξύ του 30 ου και 60 ου παράλληλου και στα δύο ημισφαίρια. Κινητήρια δύναμη είναι οι προεξέχοντες Δυτικοί Άνεμοι που πνέουν σε αυτές τις περιοχές της Yδρογείου. Έτσι, στις Δυτικοευρωπαϊκές Ακτές επικρατεί ιδιαίτερα ισχυρός Κυματισμός με μέση ισχύ της τάξης των kw ανά μέτρο μετώπου Κύματος. Το Κυματικό Δυναμικό της χώρας μας είναι το υψηλότερο της Μεσογείου, με μέση ισχύ η οποία, σε ορισμένες περιοχές του Αιγαίου, ξεπερνάει τα 15 kw/m. Η τεχνικά εκμεταλλεύσιμη Ενέργεια από τα κύματα για τα κράτη της Ε.Ε. υπολογίζεται συνολικά σε TWh/έτος, από τα οποία περίπου 5 TWh/έτος αντιστοιχούν στις Ελληνικές Θάλασσες. Το ποσό αυτό αντιστοιχεί περίπου στο 10% της κατανάλωσης ηλεκτρισμού στη χώρα μας. Η ιδέα για την εκμετάλλευση του Θαλάσσιου Κυματισμού δεν είναι νέα. Η πρώτη ευρεσιτεχνία χρονολογείται στα 1799, ενώ πλήθος άλλων Τεχνολογιών επινοήθηκαν και λειτούργησαν σε μικρή κλίμακα μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα. Η συντονισμένη όμως έρευνα στον τομέα αυτό ξεκίνησε στη δεκαετία του 1970, μετά τη μεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Αν και η συστηματική έρευνα στην εκμετάλλευση της Κυματικής Ενέργειας έχει ξεκινήσει από δεκαετίες, οι σχετικές Τεχνολογίες δεν έχουν περιέλθει ακόμη σε στάδιο εμπορικής εκμετάλλευσης. Ο κύριος λόγος είναι το αντίξοο περιβάλλον, το οποίο συντελεί ανασταλτικά και έχει επιβραδύνει την ανάπτυξη στον τομέα αυτό. Ωστόσο, οι προσπάθειες των προηγούμενων δεκαετιών έχουν αρχίσει να αποδίδουν καρπούς. 3.4 ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Υπάρχουν ουσιαστικά τέσσερις βασικοί τύποι μηχανισμών που έχουν δοκιμαστεί πειραματικά για τη σύλληψη της Ενέργειας των Κυμάτων. Τα συστήματα αυτά Κυματικής Ενέργειας βασίζονται στις εξής αρχές λειτουργίας: ΠΑΛΛΟΜΕΝΗ ΣΤΗΛΗ ΝΕΡΟΥ Στην απλούστερή του μορφή το σύστημα αυτό είναι μια στήλη με τη μια έδρα μέσα στο νερό και την άλλη έδρα ανοιχτή στον αέρα. Όταν η στάθμη του νερού μετατοπίζεται, τότε και η στήλη του αέρα μετατοπίζεται επίσης. Η παλινδρομική κίνηση Σελίδα 16

25 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων της Θαλάσσιας επιφάνειας προκαλεί ρυθμική συμπίεση - αποσυμπίεση της αέριας μάζας μέσα στο θάλαμο, η οποία χρησιμοποιείται για την κίνηση αεροστρόβιλου. Εάν τοποθετηθεί ένας αεροστρόβιλος στην ανοιχτή πλευρά της στήλης, η ροή του αέρα θα παράγει ισχύ. Οι λεγόμενοι στρόβιλοι Wells κατέχουν την ικανότητα να περιστρέφονται μονίμως κατά την ίδια κατεύθυνση, όποια και αν είναι η φορά του ρεύματος του αέρα μέσω του στροβίλου. Μια τέτοια στήλη μπορεί να τοποθετηθεί είτε παράκτια είτε υπεράκτια. Σχήμα 3.1 Καθώς η στάθμη του νερού ανεβοκατεβαίνει, μια στήλη αέρα συμπιέζεται και αποσυμπιέζεται, θέτοντας σε κίνηση ένα στρόβιλο Εικόνα 3.2 Η Διάταξη LIMPET 500 Σελίδα 17

26 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Στην κατηγορία αυτή ανήκει η Κυματική Διάταξη LIMPET. Τα αρχικά της λέξης LIMPET σημαίνουν Land - Installed Marine - Powered Energy Transformer δηλαδή Μετασχηματιστής Ενέργειας Εγκατεστημένος στην Ξηρά τροφοδοτούμενος από τη Θάλασσα. Στην εικόνα 3.2 φαίνεται η διάταξη LIMPET 500. Η κατασκευή της ξεκίνησε το 2000 από τη Βρετανική Εταιρεία Wavegen και είναι εγκατεστημένη στο νησί Islay της Σκωτίας. Η μέγιστη παραγόμενη ηλεκτρική Ενέργεια ανά έτος είναι: kwh. Η Κυματική Διάταξη LIMPET Βρίσκεται ήδη εν λειτουργία, τροφοδοτεί τριακόσια (300) σπίτια και το λεωφορείο του νησιού, από το Εικόνα 3.3 Η Διάταξη Oceanlinx Ένα παράδειγμα υπεράκτιας διάταξης αυτής της κατηγορίας είναι η Κυματική Διάταξη Ocaenlinx. Η διάταξη Oceanlinx unit άρχισε να κατασκευάζεται στην Αυστραλία από την Εταιρεία Oceanlinx το Τρεις πλωτές διατάξεις θα παρέχουν 2,7 MW ηλεκτρικής Eνέργειας στην περιοχή Pauwela Point του Maui, των νησιών της Χαβάης (Η συμφωνία υπογράφηκε στις 5 Φεβρουαρίου 2008). Σελίδα 18

27 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Η διάταξη θα τροφοδοτεί τέσσερις χιλιάδες (4000) σπίτια και με τη χρήση της θα αποφεύγεται η εκπομπή εννέα χιλιάδων (9000) τόνων CO 2. Υπολογίζεται ότι θα αρχίσει να λειτουργεί το τέλος του Η Χαβάη άλλωστε έχει σα στόχο μέχρι το 2020 το 20% της Ενέργειας που χρησιμοποιεί, να προέρχεται από Ήπιες Μορφές Ενέργειας και μέχρι το 2030 το ποσοστό αυτό να φτάσει το 70% ΥΠΕΡΚΑΛΥΠΤΟΜΕΝΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Σε αυτόν τον τύπο το νερό κυλά υπεράνω μιας κεκλιμένης επιφάνειας και γεμίζει μια τεχνητή δεξαμενή. Το αποθηκεμένο νερό στη συνέχεια διοχετεύεται μέσω ενός σωλήνα διαμέσου ενός υδροστροβίλου για την παραγωγή ηλεκτρικής Ενέργειας. Σχήμα 3.2 Συλλέγοντας νερό από τα κύματα σε μια δεξαμενή, αυτή η διάταξη θέτει σε κίνηση ένα στρόβιλο καθώς το συγκεντρωμένο νερό αποστραγγίζει Εικόνα 3.4 Η Κυματική Διάταξη Wave Dragon Σελίδα 19

28 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Στην κατηγορία αυτή ανήκει η Κυματική Διάταξη Wave Dragon (εικόνα 3.4). Ένα πρότυπο αυτής της διάταξης, μερικής κλίμακας 1:4,5, κατασκευάστηκε στην πόλη Nissum Bredning της Δανίας, το Σε πλήρη κλίμακα θα παρέχει 4-7 MW. Μια τέτοια διάταξη πλήρους κλίμακας έχει εγκατασταθεί στην Ουαλία (Wales) το 2007, σαν τμήμα μιας εγκατάστασης 77MW ΣΗΜΕΙΑΚΟΣ ΑΠΟΡΟΦΗΤΗΡΑΣ Σε αυτόν τον τύπο ένα «σημείο», όπως ένας επιπλέων σημαντήρας, ο οποίος είναι αγκυρωμένος στο Θαλάσσιο πυθμένα, ανταποκρίνεται στην κατακόρυφη κίνηση της επιφάνειας της Θάλασσας. Η παλινδρομική κίνηση του πλωτήρα μετατρέπεται μέσω μηχανικών ή υδραυλικών συστημάτων σε περιστροφική κίνηση, για την κίνηση ηλεκτρογεννήτριας. Σχήμα3.3 Αυτός ο πλωτήρας απορροφά Κυματική Ενέργεια από όλες τις κατευθύνσεις καθώς κινείται παλινδρομικά πάνω και κάτω Στην κατηγορία αυτή ανήκει η Κυματική Διάταξη Aqua Buoy 2.0 (εικόνα 3.5). Η διάταξη αυτή κατασκευάστηκε από την Εταιρεία Finavera Renewables και εγκαταστάθηκε στην πόλη Portland της Βόρειας Αμερικής. Προβλέπεται να εγκατασταθεί η διάταξη αυτή σε Πάρκο Κυμάτων των 250 MW. Εμπορεύσιμη παραγωγή ηλεκτρικής Ενέργειας προβλέπεται για το Στην κατηγορία αυτή επίσης ανήκει η διάταξη Power Buoy (εικόνα 3.6), της Εταιρείας Ocean Power Technologies. Η διάταξη αυτή προβλέπεται να εγκατασταθεί στην Αυστραλία. Η ισχύς της μονάδας είναι 40 kw. Θα αρχίσει να λειτουργεί το Ένας σταθμός παραγωγής ισχύος των 10 MW της OPT, θα κατελάμβανε μόνο περίπου 30 acres (0,125 km 2 ) Θαλάσσιας έκτασης. Σελίδα 20

29 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Εικόνα 3.5 Η Κυματική Διάταξη Aqua Buoy 2.0 Εικόνα 3.6 Η Κυματική Διάταξη Power Buoy Σελίδα 21

30 3.4.4 ΠΛΩΤΟ ΑΡΘΡΩΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Το σύστημα αυτό φέρει αντλίες στις αρθρώσεις. Με τις κινήσεις του Κυματισμού οι αντλίες συμπιέζουν υδραυλικό υγρό και δίνουν κίνηση σε υδραυλικούς κινητήρες. Σχήμα 3.4 Αυτή η επιπλέουσα διάταξη δαμάζει αποτελεσματικά τα Κύματα, ελισσόμενη στην κίνησή τους καθώς περνούν Στην κατηγορία αυτή ανήκει η Κυματική Διάταξη Pelamis. Η ισχύς της μονάδας είναι 750 kw. Υπολογίζεται ότι από τη στιγμή που θα εγκατασταθεί η διάταξη αυτή θα είναι σε θέση να παράγει συνεχώς ένα ποσοστό 25-40% της ισχύος των 750 kw. Εικόνα 3.7 Η Κυματική Διάταξη Pelamis Σελίδα 22

31 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων Μέχρι το τέλος του 2008 λειτουργούσαν τρία Πάρκα Κυμάτων που βρίσκονται το ένα στην Acucadoura της Πορτογαλίας, με ισχύ 2,25 MW που προέρχεται από τρία (3) Pelamis), το άλλο στο Orkney της Σκωτίας, με ισχύ 3 MW από τέσσερα (4) Pelamis και το τρίτο Πάρκο Κυμάτων σε απόσταση 15 km από το Hayle κοντά στην Κορνουάλη του Ηνωμένου Βασιλείου, με ισχύ 5,25 MWαπό επτά (7) Pelamis. Όλα αυτά τα Πάρκα Κυμάτων λειτουργούν με προοπτικές επέκτασης εφόσον οι δοκιμές πετύχουν. Μέχρι το τέλος του 2008 προβλέπεται παραγωγή εμπορεύσιμης ηλεκτρικής Ενέργειας. Έχει υπολογιστεί ότι, με χρήση της διάταξης Pelamis θα μπορούσε να αξιοποιηθεί τόση κυματική ισχύς, ώστε να καλύπτεται το 15-25% των παρόντων Ενεργειακών απαιτήσεων του Ηνωμένου Βασιλείου. Εικόνα 3.8 Πάρκο Κυμάτων με Διατάξεις Pelamis 3.5 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΚΥΜΑ- ΤΙΣΜΟΥ Οι Τεχνολογίες που αναφέρονται πιο πάνω έχουν φτάσει σήμερα σε τέτοιο στάδιο τεχνικής «ωρίμανσης», ώστε βραχυπρόθεσμα θα μπορούσε να ξεκινήσει η μαζική τους Σελίδα 23

32 Κεφάλαιο 3 ο : Ενέργεια των Κυμάτων εγκατάσταση για ηλεκτροδότηση παράκτιων περιοχών, νησιών κ.λ.π. Οι Τεχνολογίες αυτές έχουν ήδη αποδείξει την αξιοπιστία τους στην ανοικτή Θάλασσα. Το ηλεκτροπαραγωγικό κόστος παραμένει συγκριτικά υψηλό (8-10 ceuro/kwh), ωστόσο η περαιτέρω Τεχνολογική εξέλιξη αναμένεται να οδηγήσει στη μείωσή του. Για το λόγο αυτό, η εμπορική εκμετάλλευση της Ενέργειας του Θαλάσσιου Κυματισμού στο κοντινό μέλλον, θεωρείται πλέον εφικτή. Σελίδα 24

33 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΑ- ΛΙΡΡΟΙΩΝ 4.1 Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΠΑΛΙΡΡΟΙΩΝ Παλίρροια ονομάζεται η ανύψωση και η πτώση της στάθμης της Θάλασσας δύο φορές την ημέρα. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στην έλξη που ασκούν στην υδρόσφαιρα, η Σελήνη και ο Ήλιος η Σελήνη λόγω της μικρής της απόστασης από τη Γη και ο Ήλιος λόγω της μεγάλης μάζας του. Η ανύψωση της στάθμης της θάλασσας λέγεται πλημμυρίδα ενώ η πτώση της άμπωτης. Η διαφορά επιπέδων πλημμυρίδας και άμπωτης ονομάζεται πλάτος της παλίρροιας και παίζει σημαντικό ρόλο στη παραγωγή Ενέργειας. Οι πιο αξιοσημείωτες τοποθεσίες Παλιρροιών στον κόσμο είναι: α) Ο κόλπος του Fundy (Καναδάς), με πλάτος 15,4 m, β) ο κόλπος του San Jose (Αργεντινή), με πλάτος 14 m, γ) ο κόλπος του Lavern (Aνατολικά της Μεγάλης Βρετανίας), με πλάτος 13,8 m, δ) ο κόλπος του Mont Saint - Michel (Γαλλία) με πλάτος 12,4 m και ε) η εκβολή του France (Γαλλία) με πλάτος 11,4 m. Παλιρροιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, στηρίζονται στη Δυναμική Ενέργεια που μπορεί να αποθηκευθεί λόγω διαφοράς ύψους του νερού, ανάμεσα σέ ένα υψηλό και ένα χαμηλό επίπεδο. Όπως συμβαίνει και στα ποτάμια, είναι αναγκαίο να τοποθετηθεί ένα φράγμα για να δημιουργεί αυτή τη διαφορά ύψους. Φράζουμε την εκβολή ή τον κόλπο, δημιουργώντας μια λεκάνη της οποίας το επίπεδο διαφέρει από αυτό της Θάλασσας. Το φράγμα είναι εφοδιασμένο με «θυρίδες» (από όπου περνάει το νερό). Όταν έχουμε Σελίδα 25

34 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών πλημμυρίδα οι θυρίδες είναι ανοιχτές, οπότε το νερό καταλαμβάνει τη λεκάνη και η στάθμη του νερού στη λεκάνη ανεβαίνει. Όταν η στάθμη της θάλασσας ξανακατεβαίνει, ασφαλίζουμε τις θυρίδες και το επίπεδο της λεκάνης βρίσκεται ψηλά σε σχέση με το επίπεδο της θάλασσας. Μόλις η διαφορά ύψους ανάμεσα στο επίπεδο της λεκάνης και το επίπεδο της θάλασσας είναι επαρκής μπορούμε να ελευθερώσουμε το νερό της λεκάνης κατευθύνοντάς το στους στροβίλους, οι οποίοι περιστρεφόμενοι, παράγουν ηλεκτρισμό, όπως στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια. Σχήμα 4.1 Παλιρροιακό Φράγμα στη λίμνη Sihwa, στη Νότια Κορέα Σχήμα 4.2 Παλιρροιακό Φράγμα στη λίμνη Sihwa, στη Νότια Κορέα Σελίδα 26

35 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Οι υδροηλεκτρικοί παλιρροιακοί σταθμοί είναι Τεχνολογικά σχετικά πρόσφατοι και χρονολογούνται από το Το πρώτο Παλιρροιακό εργοστάσιο στον κόσμο χτίστηκε στη Γαλλία το 1966, στην εκβολή της Rance. Η εγκατεστημένη ισχύς του είναι στα 240 MW και η σημερινή μέση παραγωγή του είναι περίπου 0,5 TWh. Ο σταθμός της Rance παραμένει έως σήμερα, ο πιο σημαντικός στον κόσμο, πριν από αυτόν είναι του κόλπου του Fundy, στον Καναδά, του οποίου η ισχύς είναι μόνο 18 MW. Το ρεκόρ όμως θα καταρριφθεί το 2009 από ένα φράγμα στα 260 MW στη Νότια Κορέα, στη λίμνη Sihwa (σχήματα 4.1 και 4.2). 4.2 ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Οι Τεχνολογίες Παλιρροιακής Ενέργειας αξιοποιούν την αυξομείωση της Θαλάσσιας στάθμης κατά την Παλίρροια. Οι Παλίρροιες προκαλούνται κατά κύριο λόγο από την επίδραση των βαρυτικών πεδίων του Ήλιου και της Σελήνης. Έχουν σταθερές περιόδους, περίπου δωδεκάμισι (12,5) και εικοσιτεσσέρων (24) ωρών και για το λόγο αυτό είναι προβλέψιμες. Σε ορισμένες περιοχές του Πλανήτη, όπου το φαινόμενο ενισχύεται λόγω της ιδιαίτερης μορφολογίας του πυθμένα, η αυξομείωση της Θαλάσσιας στάθμης, παλίρροια εμφανίζεται δύο φορές το μήνα, όταν η Σελήνη ευθυγραμμίζεται με τη Γη και τον Ήλιο, οπότε οι δυνάμεις βαρύτητας του Ήλιου και της Σελήνης δρουν σε παράλληλους άξονες. Ελάχιστη Παλίρροια εμφανίζει δυνάμεις που δρουν σε ορθή γωνία μεταξύ τους. Οι αυξομειώσεις της Θαλάσσιας στάθμης κατά την Παλίρροια είναι συνυφασμένες με «Παλιρροιακά Ρεύματα», οριζόντιες μετατοπίσεις Θαλάσσιας μάζας, οι οποίες έχουν περίπου την ίδια περιοδικότητα. Τα Ρεύματα είναι ισχυρά, και θεωρούνται ιδιαίτερα κατάλληλα για Ενεργειακή αξιοποίηση, επειδή εμφανίζονται σε σχετικά μικρά βάθη. Σε μέγιστη Παλίρροια, η ταχύτητα του Παλιρροιακού Ρεύματος μπορεί να ξεπεράσει τα 3-4 m/s. Διακρίνουμε λοιπόν, μεταξύ των Τεχνολογιών τις Τεχνολογίες «Παλιρροιακής Στάθμης», οι οποίες αξιοποιούν τη «Δυναμική» Ενέργεια της Παλίρροιας και τις Τεχνολογίες «Παλιρροιακών Ρευμάτων», οι οποίες αξιοποιούν την «Κινητική» Ενέργεια της Παλίρροιας. Η εκμετάλλευση της Δυναμικής Ενέργειας της Παλίρροιας θεωρείται οικονομικά αποδοτική για μέση Παλιρροιακή Στάθμη τουλάχιστον 5-6 m. Έτσι, οι περιοχές με Σελίδα 27

36 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών αξιοποιήσιμο δυναμικό περιορίζονται σε λίγα σημεία του Πλανήτη. Επιπλέον, έργα τόσο μεγάλης κλίμακας έχουν σημαντικές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις αφενός και υψηλό κατασκευαστικό κόστος αφετέρου. Για τους λόγους αυτούς οι προοπτικές εμπορικής αξιοποίησης αυτής της μορφής Ενέργειας είναι μάλλον περιορισμένες. Αντίθετα, τα Παλιρροιακά Ρεύματα θεωρούνται ιδιαίτερα αποδοτική πηγή Ενέργειας. Την τελευταία δεκαετία, πολλοί Ευρωπαϊκοί Οργανισμοί και Τεχνικές Εταιρείες, έχουν εστιάσει τις δραστηριότητές τους σε αυτόν τον τομέα. Οι Τεχνολογίες είναι παρόμοιες προς αυτές της Αιολικής Ενέργειας, χρησιμοποιούν δηλαδή στροβίλους οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα, πλωτούς ή πακτωμένους στο Θαλάσσιο πυθμένα. Λόγω της πολύ μεγαλύτερης πυκνότητας του ύδατος, το μέγεθος ενός στροβίλου Παλιρροιακού Ρεύματος μπορεί να είναι πολύ μικρότερο, περίπου το 1/4, από αυτό μίας ανεμογεννήτριας της ίδιας ηλεκτρικής ισχύος. Επιπλέον, η οπτική και ακουστική όχληση από στροβίλους παλιρροιακών ρευμάτων είναι μηδαμινή. Στην Ευρώπη, αξιοποιήσιμα παλιρροιακά ρεύματα εντοπίζονται στα Στενά της Μάγχης και στη Νότια Ιρλανδία. Επίσης σημαντικά ρεύματα απαντώνται στην περιοχή της Μεσσίνας στην Ιταλία, καθώς και στο Αιγαίο Πέλαγος, με γνωστότερο το ρεύμα του Ευρίπου. Αν και η συστηματική έρευνα στον τομέα αυτόν ξεκίνησε την τελευταία δεκαετία, ήδη στην Ευρώπη έχουν εγκατασταθεί και λειτουργούν με επιτυχία, αρκετοί πιλοτικοί σταθμοί, ισχύος μέχρι 300 kw. Οι γνωστότεροι είναι ο πλωτός σταθμός Kobold στη Μεσσίνα της Ιταλίας, ονομαστικής ισχύος 80 kw και ο σταθμός Seaflow στη Μ. Βρετανία, ονομαστικής ισχύος 300 kw. Και οι δύο αυτοί σταθμοί, λειτουργούν από διετία περίπου, σε διασύνδεση με τα τοπικά δίκτυα, ενώ για το κοντινό μέλλον προγραμματίζονται μεγαλεγκαταστάσεις ισχύος αρκετών MW. Έτσι, θεωρείται εφικτό, σύντομα να αρχίσει η εμπορική αξιοποίηση και αυτής της μορφής Θαλάσσιας Ενέργειας. 4.3 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Η Αρχή Λειτουργίας των διατάξεων αξιοποίησης της Ενέργειας των Ρευμάτων (σχήματα 4.3, 4.4) είναι η εξής: Τα Ρεύματα του Ωκεανού είναι σαν υποθαλάσσιοι άνεμοι και μπορούν να παράγουν ηλεκτρική Ενέργεια κινώντας ένα συνηθισμένο περιστρεφόμενο στοιχείο. Το Σελίδα 28

37 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών ποσόν της παραγόμενης ισχύος εξαρτάται από την ταχύτητα του Ρεύματος και από τη διάμετρο του ρότορα. Εικόνα 4.1 Παλίρροια Σχήμα 4.3 Είσοδος Παλίρροιας Σελίδα 29

38 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Σχήμα 4.4 Έξοδος Παλίρροιας 4.4 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑ- ΤΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΑΛΙΡΡΟΙΩΝ Υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανισμών που δοκιμάζονται για τη σύλληψη της Ενέργειας των Ρευμάτων. Τα συστήματα αυτά Θαλάσσιας Ενέργειας βασίζονται στις εξής Αρχές Λειτουργίας: ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ (TIDAL STREAM) Οι διατάξεις αυτές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της Ενέργειας των Παλιρροιακών Ρευμάτων σε ηλεκτρική Ενέργεια, αναγκάζοντας το νερό να περάσει διαμέσου των στροβίλων. Οι στρόβιλοι περιστρέφουν μια γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή η Τεχνολογία αντιμετωπίζεται ευνοϊκά γιατί έχει χαμηλότερα κόστη κεφαλαίου και εκτιμάται ότι έχει λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τα παλιρροιακά συστήματα διακύμανσης. Κατηγορίες τέτοιων διατάξεων είναι: α) Στρόβιλοι Παλιρροιακών Ρευμάτων (οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα). Βασίζονται στην ίδια αρχή λειτουργίας με τις ανεμογεννήτριες και στην πραγματικότητα έχουν και ακριβώς την ίδια εμφάνιση. Χρησιμοποιούν την Ενέργεια ενός Ρεύματος που Σελίδα 30

39 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών ρέει με μεγάλη ταχύτητα για την περιστροφή των πτερυγίων στροβίλων, με τον ίδιο τρόπο όπως ο άνεμος περιστρέφει τους αεροστρόβιλους στην ξηρά (σχήμα 4.5). Σχήμα 4.5 Έκφραση ζωγράφου, στρόβιλοι Παλιρροιακών Ρευμάτων, κατακόρυφου άξονα (7 kw - 12 MW) β) Εμβολοφόρες ταλαντευόμενες Διατάξεις Παλιρροιακών Ρευμάτων. Έχουν υδρολισθητήρες που κινούνται πίσω - μπρος, σε ένα επίπεδο, στρωτά με το παλιρροιακό ρεύμα, αντί περιστρεφόμενα πτερύγια. Ένα σχέδιο χρησιμοποιεί υδραυλικά έμβολα, για την τροφοδοσία ενός υδραυλικού κυκλώματος, που περιστρέφει έναν υδραυλικό κινητήρα και γεννήτρια, για την παραγωγή ισχύος (σχήμα 4.6). Σχήμα 4.6 Η Διάταξη Stingray της Εταιρείας The Engineering Business, 150 kw, 2002 γ) Διατάξεις Παλιρροιακών Ρευμάτων που λειτουργούν με αγωγό Venturi. Σε αυτές η Παλιρροιακή Ροή κατευθύνεται διαμέσου ενός αγωγού, που συγκεντρώνει τη ροή, Σελίδα 31

40 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών και δημιουργεί μια διαφορά πίεσης. Αυτό προκαλεί μια δευτερεύουσα ροή ρευστού διαμέσου ενός στροβίλου (σχήμα 4.7). Σχήμα 4.7 Η Διάταξη Ducted Propeller,Οριζοντίου Άξονα της Εταιρίας Lunar Energy, 2 kw ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ (TIDAL RANGE) Εκμεταλλεύονται τη Δυναμική Ενέργεια λόγω της διαφοράς ύψους μεταξύ των υψηλών και των χαμηλών Παλιρροιών, που είναι γνωστή σαν Παλιρροιακή Διακύμανση. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται οι παρακάτω διατάξεις: α) Παλιρροιακά Φράγματα. Η εκμετάλλευση της Δυναμικής Ενέργειας της Παλίρροιας γίνεται με την κατασκευή ενός φράγματος στην είσοδο ενός κόλπου ή Θαλάσσιου διαύλου, δημιουργώντας έτσι μία φυσική δεξαμενή. Κατά την άνοδο της Παλίρροιας το νερό εισέρχεται στη φυσική αυτή δεξαμενή μέσα από υδατοφράκτες, οι οποίοι κλείνουν όταν η Παλίρροια φτάσει στο ζενίθ. Οι Σελίδα 32

41 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών υδατοφράκτες ανοίγουν πάλι στο ναδίρ της Παλίρροιας, επιτρέποντας την έξοδο του νερού διά μέσου υδροστροβίλων. Σχήμα 4.8 Παλιρροιακή Διακύμανση Σχήμα 4.9 Σχηματική παράσταση της λειτουργίας ενός Παλιρροιακού Φράγματος Η Τεχνολογία αυτή μπορεί να θεωρηθεί «ώριμη». Ωστόσο, λίγοι σταθμοί αυτού του τύπου έχουν κατασκευασθεί ανά τον κόσμο - ο μεγαλύτερος, συνολικής ισχύος 240 MW, κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1960 στη Γαλλική πόλη La Rance (εικόνα 4.2) και λειτουργεί από τότε με επιτυχία. β) Παλιρροιακές Λιμνοθάλασσες (σχήμα 4.10). Λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με τα Παλιρροιακά Φράγματα όμως χρησιμοποιούν μια κατασκευή εγκλωβισμού αντί ένα φράγμα. Σελίδα 33

42 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Εικόνα 4.2 Παλιρροιακό Φράγμα La Rance, Γαλλία Σχήμα 4.10 Παλιρροιακή Λιμνοθάλασσα Σελίδα 34

43 Κεφάλαιο 4 ο : Ενέργεια των Ρευμάτων και των Παλιρροιών Η υπεράκτια κατασκευή εγκλωβισμού μοιάζει με ένα βραχώδες νησί. Η κατασκευή αυτή προσαρμόζεται σε μια συμβατική διάταξη υδροηλεκτρικής παραγωγής και παράγει προβλέψιμη ηλεκτρική ισχύ. γ) Παλιρροιακές Φραγές. Οι παλιρροιακές φραγές μοιάζουν με γιγαντιαίες περιστρεφόμενες πύλες. Μπορούν να τοποθετηθούν στα κανάλια ανάμεσα σε μικρά νησιά ή σε στενά μεταξύ της ηπειρωτικής χώρας και ενός νησιού. Οι περιστρεφόμενες πύλες περιστρέφονται με τη βοήθεια των Παλιρροιακών Ρευμάτων που είναι χαρακτηριστικά των παράκτιων υδάτων. Μερικά από αυτά τα Ρεύματα κινούνται με ταχύτητα 5-8 κόμβους (5,6-9 μίλια ανά ώρα) και παράγουν τόση Ενέργεια όση και άνεμοι πολύ υψηλότερης ταχύτητας. Σχήμα 4.11 Παλιρροιακή Φραγή Σελίδα 35

44 Κεφάλαιο 5 ο : Ενέργεια του Θερμοκλινούς των Ωκεανών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΛΙΝΟΥΣ ΤΩΝ ΩΚΕΑ- ΝΩΝ 5.1 ΓΕΝΙΚΑ Η Εταιρεία OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion, Μετασχηματισμός της Ωκεάνιας Θερμικής Ενέργειας) χρησιμοποιεί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του κρύου, βαθιού νερού και του θερμού, ρηχού νερού της Θάλασσας, για την τροφοδότηση ενός θερμοδυναμικού κύκλου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παράγει ηλεκτρική Ενέργεια. Βασίζεται στους κύκλους Claude ή Rankine. Απαιτείται ελάχιστη διαφορά θερμοκρασίας γύρω στους 20 0 C (κατά προτίμηση 24 0 C) για οικονομική βιωσιμότητα. 5.2 ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ OTEC Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι διεργασιών OTEC: α) Κλειστού Κύκλου (Closed - Cycle). Στο σύστημα Κλειστού Κύκλου, η θερμότητα μεταφέρεται από το θερμό επιφανειακό νερό προκαλώντας την εξάτμιση ενός πρότυπου αερίου (όπως η αμμωνία που βράζει περίπου σε θερμοκρασία F σε ατμοσφαιρική πίεση). Ο εκτονούμενος ατμός κινεί ένα στρόβιλο που συνδέεται με μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Το ψυχρό Θαλασσινό νερό καθώς περνά διαμέσου ενός συμπυκνωτή που περιέχει το εξατμισμένο βασικό ρευστό το ξαναμετατρέπει σε υγρό το οποίο στη συνέχεια ανακυκλώνεται μέσω του συστήματος. Σελίδα 36

45 Κεφάλαιο 5 ο : Ενέργεια του Θερμοκλινούς των Ωκεανών Σχήμα 5.1 OTEC Κλειστού Κύκλου Σχήμα 5.2 OTEC Ανοικτού Κύκλου β) Ανοικτού Κύκλου (Open - Cycle). Το σύστημα Ανοικτού Κύκλου χρησιμοποιεί το ίδιο το επιφανειακό Θερμό νερό σα βασικό ρευστό. Το νερό εξατμίζεται σε σχεδόν κενό στις θερμοκρασίες του επιφανειακού νερού. Ο εκτονούμενος ατμός κινεί ένα χαμηλής πίεσης στρόβιλο που συνδέεται με μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική Ενέργεια. Ο ατμός, που έχει αφαλατωθεί και είναι σχεδόν καθαρό γλυκό νερό, συμπυκνώνεται εκ νέου σε υγρό με έκθεση στις κρύες θερμοκρασίες από το νερό του βαθιού Ωκεανού. Αν ο συμπυκνωτής διατηρεί το νερό από την απευθείας επαφή με το Θαλασσινό νερό, το συμπυκνωμένο νερό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σαν πόσιμο νερό, για άρδευση ή για υδατοκαλλιέργεια. Ένας συμπυκνωτής «απευθείας επαφής» παράγει περισσότερη ηλεκτρική Ενέργεια, αλλά ο ατμός αναμιγνύεται με το ψυχρό Σελίδα 37

46 Κεφάλαιο 5 ο : Ενέργεια του Θερμοκλινούς των Ωκεανών Θαλασσινό νερό και το εξερχόμενο νερό είναι αλμυρό. Αυτό το μίγμα επιστρέφεται στον Ωκεανό. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται με μια συνεχή παροχή Θερμού επιφανειακού Θαλασσινού νερού. γ) Υβριδικού Κύκλου (Hybrid - Cycle). Τα υβριδικά συστήματα χρησιμοποιούν τμήματα των συστημάτων και Ανοικτού και Κλειστού Κύκλου για να βελτιστοποιήσουν την παραγωγή ηλεκτρικής Ενέργειας και γλυκού νερού. Εικόνα 5.1 Υβριδικό Σύστημα Σελίδα 38

47 Κεφάλαιο 6 ο : Ενέργεια λόγω της Βαθμίδας Αλατότητας της Θάλασσας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 6.1 ΓΕΝΙΚΑ Σημαντική έρευνα έλαβε χώρα από το 1975 ως το 1985 και μικρής κλίμακας προσπάθειες παραγωγής Ενέργειας έγιναν στην Ιαπωνία, στο Ισραήλ και στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η αρχή στην οποία βασίζεται η παραγωγή Ενέργειας λόγω της βαθμίδας αλατότητας είναι η εκμετάλλευση της εντροπίας της ανάμιξης γλυκού νερού με αλμυρό νερό. Η διαφορά στην αλατότητα μεταξύ του νερού της Θάλασσας και του γλυκού νερού δημιουργεί μια διαφορά πίεσης. Εάν στο όριο μεταξύ του νερού της Θάλασσας και του γλυκού νερού τοποθετηθεί μια ημιπερατή μεμβράνη, το γλυκό νερό θα διαπεράσει αργά διαμέσου της εξαιτίας της όσμωσης. Μπορεί να εξαχθεί Ενέργεια με την εκμετάλλευση της διαφοράς πίεσης. Το ποσό Ενέργειας που εξάγεται είναι ανάλογο προς αυτήν τη διαφορά πίεσης. Αυτή η πηγή Ενέργειας δεν είναι εύκολο να γίνει κατανοητή γιατί δε γίνεται απευθείας αισθητή στη φύση με τη μορφή θερμότητας, καταρρακτών, ανέμου, κυμάτων ή ακτινοβολίας. Η Ενέργεια λόγω της βαθμίδας αλατότητας είναι από τις μεγαλύτερες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας η οποία είναι ακόμη ανεκμετάλλευτη. Η εκμεταλλεύσιμη Ενέργεια είναι μεγάλη και αντιστοιχεί σε 2,6 MW για κάθε m 3 /s γλυκού νερού που αναμιγνύεται με Θαλασσινό νερό. Σελίδα 39

48 Κεφάλαιο 6 ο : Ενέργεια λόγω της Βαθμίδας Αλατότητας της Θάλασσας Σχήμα 6.1 Αρχή Λειτουργίας Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας λόγω Βαθμίδας Αλατότητας Σχήμα 6.2 Χερσαίες Εγκαταστάσεις Αξιοποίησης της Ενέργειας λόγω Βαθμίδας Αλατότητας, όπως τις φαντάστηκε ο ζωγράφος Σελίδα 40

49 Κεφάλαιο 6 ο : Ενέργεια λόγω της Βαθμίδας Αλατότητας της Θάλασσας Υπολογίζεται ότι η εκμετάλλευση της Ενέργειας αυτής σε Παγκόσμια Κλίμακα θα έδινε 2000 TWh/y. Το κόστος εκμετάλλευσης της Ενέργειας από αυτήν την πηγή είναι υψηλότερο από την πλέον παραδοσιακή υδροηλεκτρική πηγή ισχύος, αλλά είναι συγκρίσιμο με άλλες μορφές Ανανεώσιμης Ενέργειας που ήδη παράγονται σε εγκαταστάσεις πλήρους κλίμακας. Έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι για την εξαγωγή αυτής της Ενέργειας. Η πλέον υποσχόμενη μέθοδος είναι η χρήση ημιπερατών μεμβρανών. Σελίδα 41

50 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑ- ΞΕΩΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΚΥ- ΜΑΤΩΝ, ΤΩΝ ΠΑΛΙΡΡΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑ- ΤΩΝ 7.1 ΣΤΑΔΙΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Στο στάδιο κατασκευής των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων οι Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις αναφέρονται στις γεωτρήσεις που πραγματοποιούνται για την εγκατάσταση των διατάξεων, στο στοίβαγμα των μπαζών που προκύπτουν από τις γεωτρήσεις, στις αυξημένες στάθμες θορύβου λόγω των πραγματοποιούμενων εργασιών, στον αυξημένο κίνδυνο ρύπανσης λόγω των κατασκευαστικών σκαφών και των δραστηριοτήτων στην περιοχή. Μέγιστες είναι επίσης οι επιδράσεις στο βυθό λόγω της εγκατάστασης των διατάξεων και των καλωδίων. 7.2 ΣΤΑΔΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Παρακάτω αναλύονται οι Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των διατάξεων αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων, σε διάφορους τομείς, στο στάδιο λειτουργίας και συντήρησης. Σελίδα 42

51 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Η οικολογία των οικοσυστημάτων διαταράσσεται με την επίδραση στις φυσικές κατοικίες και στα είδη, όπως στα πουλιά, στα ψάρια, στα Θαλάσσια θηλαστικά, στο πλαγκτόν και στις βενθικές κοινότητες στο βυθό. Οι γήινες φυσικές κατοικίες μπορεί επίσης να επηρεαστούν από έργα υποδομής που πραγματοποιούνται για τη διευκόλυνση της χερσαίας μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον φαίνονται στο σχήμα 7.1. Είναι δυνατόν να προκύψει αλλαγή του χαρακτήρα των Θαλάσσιων κοινοτήτων καθώς και μετακίνηση των ειδών από τις περιοχές σίτισης και αναπαραγωγής τους. Τα ψάρια και τα Θαλάσσια θηλαστικά πιθανό να επηρεάζονται ιδιαίτερα από τη δημιουργία υποβρύχιου θορύβου, ηλεκτρομαγνητικών πεδίων από τους υποθαλάσσιους αγωγούς μεταφοράς. Τα ψάρια και τα Θαλάσσια θηλαστικά επίσης αντιμετωπίζουν κίνδυνο πρόσκρουσης στις εγκατεστημένες διατάξεις. Αν και ο κίνδυνος από τους στροβίλους που περιστρέφονται αργά υποβρυχίως, λογικά είναι μικρός, αυτός ο κίνδυνος και η πιθανή αλλαγή της συμπεριφοράς αυτών των ειδών, πρέπει να εκτιμάται με προσοχή και πρέπει να ελέγχεται η εγκατάσταση των πειραματικών διατάξεων. Σχήμα 7.1 Επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον Εκτός από τις βλαβερές συνέπειες της λειτουργίας των διατάξεων αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Ρευμάτων και των Παλιρροιών, φαίνεται να υπάρχουν και πιθανές θετικές επιδράσεις της εξέλιξης της αξιοποίησης της Θαλάσσιας Ενέργειας για Σελίδα 43

52 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων οικολογική προστασία. Τεχνητές κατασκευές, για παράδειγμα, πάνω από την επιφάνεια της Θάλασσας, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για κατοικία για φώκιες και για Θαλάσσια λιοντάρια ή για να κατασκευάσουν τα πουλιά φωλιές. Οι εγκατεστημένες διατάξεις, επίσης, μπορούν να παίξουν το ρόλο καταφύγιου για τους πληθυσμούς των ψαριών, λόγω της μειωμένης αλιείας, εξαιτίας της δημιουργίας ζωνών που απαγορεύεται το ψάρεμα. Γενικότερα, τα πιθανά ευεργετήματα από αυτό θα εξαρτηθούν από τις ιδιαίτερες επιπτώσεις της κάθε διάταξης, από την κλίμακα ανάπτυξής της και από τη μελέτη των εκδοχών απόσυρσης, αλλά αυτό μπορεί να προσφέρει μια ευκαιρία σε ολοκληρωμένη παραγωγή Ανανεώσιμης Ενέργειας και μια εμπορεύσιμη δραστηριότητα με αντικειμενικό στόχο την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος ΓΗΙΝΟ ΚΑΙ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΤΟΠΙΟ Πολλές παράκτιες περιοχές είναι σημαντικά κέντρα αναψυχής με πολύτιμη φυσική κληρονομιά για τις κοινότητες, τους επισκέπτες και τους παραθεριστές. Εικόνα 7.1 Θέα του Wave Dragon όπως φαίνεται από εκατό (100) πόδια πάνω από την επιφάνεια της Θάλασσας και σε απόσταση τριών (3) μιλίων Σελίδα 44

53 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις των Διατάξεων Αξιοποίησης της Ενέργειας των Κυμάτων, των Παλιρροιών και των Ρευμάτων Η εγκατάσταση μιας διάταξης αξιοποίησης της Ενέργειας της Θάλασσας σε νερά κοντά στην ακτή, πιθανό να έχει επίδραση στο γήινο και στο Θαλάσσιο τοπίο της περιοχής, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για κατασκευές που διαπερνούν τη Θαλάσσια επιφάνεια. Το επίπεδο της επίπτωσης θα εξαρτηθεί από τα χαρακτηριστικά του γήινου τοπίου της παράκτιας περιοχής και από το είδος της διάταξης Θαλάσσιας Ενέργειας. Εικόνα 7.2 Θέα ενός Πάρκου Κυμάτων της Εταιρείας Ocean Power Technologies, το οποίο αποτελείται από δέκα διατάξεις Power Buoys, σε απόσταση 4 km από την ακτή Οι οπτικές επιδράσεις (εικόνες 7.1 και 7.2 και σχήμα 7.2) τόσο από την εμφάνιση της διάταξης όσο και από την ορατότητά της από την ξηρά ή από ένα πλοίο και οι επιδράσεις στο γήινο και στο Θαλάσσιο τοπίο, είναι συχνά το κύριο θέμα που απασχολεί τις τοπικές κοινωνίες και ως εκ τούτου πρέπει να μελετούνται ο σχεδιασμός και η επιλογή της τοποθεσίας. Φαίνεται ότι η εκμετάλλευση της Ενέργειας της Θάλασσας έχει λιγότερες Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις από την εκμετάλλευση της Αιολικής Ενέργειας. Θα πρέπει όμως οι ασχολούμενοι να πάρουν μαθήματα από τη Βιομηχανία Αιολικής Ενέργειας και να καταλάβουν το πόσο σημαντικό είναι να έρχονται έγκαιρα σε συνεννόηση με τις τοπικές κοινωνίες. Στην περίπτωση μιας Νέας Τεχνολογίας θα πρέπει να δίνονται καλές πληροφορίες για να φαίνεται η πολύ χαμηλή ορατότητα της διάταξης ή της εξέλιξής της. Οι οπτικές επιδράσεις της υποστηρικτικής υποδομής, όπως οι υποσταθμοί και οι πυλώνες, πρέπει επίσης να αποτελεί ένα υπό συζήτηση και μελέτη θέμα. Σελίδα 45