ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΡΕΥΜΑΤΑ ΣΕ ΠΑΡΑΚΤΙΕΣ ΚΑΙ ΑΝΟΙΧΤΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΟΥ ΕΛΛΑΔΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ: ΠΡΟΣΦΕΡΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΝΤΛΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ;

Transcript

1 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΡΕΥΜΑΤΑ ΣΕ ΠΑΡΑΚΤΙΕΣ ΚΑΙ ΑΝΟΙΧΤΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΟΥ ΕΛΛΑΔΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ: ΠΡΟΣΦΕΡΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΝΤΛΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ; Χαρίλαος Κοντογιάννης 1, Βασίλειος Παπαδόπουλος 1, Τακβόρ Σουκισιάν 1 1 Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών. hk@ath.hcmr.gr Περίληψη Γίνεται μία ανασκόπηση βασικών προϋποθέσεων για άντληση υδροκινητικής ενέργειας από θαλάσσια ρεύματα και παρουσιάζονται στοιχεία που αφορούν τις ταχύτητες και τη μεταβλητότητα των ρευμάτων στις περιοχές της Κύμης στην Εύβοια και της βορειοδυτικής Κρήτης στο Στενό Αντικυθήρων. Στις συγκεκριμένες περιοχές υπάρχουν χρονικά σταθερές δομές κυκλοφορίας, το παράκτιο ρεύμα της Εύβοιας και κυκλώνας του Μυρτώου, ενώ παρατηρούνται επιφανειακά ρεύματα με ταχύτητα από ~20 cm/sec έως ένα κόμβο (~50 cm/sec) σε θέσεις βραχονησίδων (Πρασούδα στην Κύμη και Ποντικονήσι/Γκραμπούσα στην δυτική Κρήτη). Οι συγκεκριμένες βραχονησίδες είναι κοντά στην ακτή, και πιθανότατα προσφέρονται για εγκαταστάσεις επί του πυθμένα, όπως οι υδροστρόβιλοι, και μεταφορά ενέργειας στην ακτή με καλώδιο. Λέξεις Κλειδιά: θαλάσσια ρεύματα, θαλάσσια υδροκινητική ενέργεια, ανανεώσιμη ενέργεια, Αιγαίο Πέλαγος Abstract We discuss some basic prerequisites for extracting hydroenergy from ocean currents and present information relevant to current magnitude and variability in the offshore area of Kimi, at the eastern coast of Evia, and in the Antikithira Strait, near the northwest coast of Crete. In these areas there exist robust circulation features, the Evia coast jet and the Myrtoan anticyclone, while current speeds range from ~20 cm/sec to one knot (~50 cm.sec) near small isolated islands in the offshore vicinity. These islands can possibly be used for sea-bottom installations, such as hydroelectric turbines, and electric-energy transfer to the nearby coast via submarine cables. Keywords: ocean currents, ocean hydrokinetic energy, renewable energy, Aegean Sea. 1. Εισαγωγή Ένα είδος ωκεάνιας ενέργειας είναι η υδροκινητική ενέργεια που υπάρχει τα θαλάσσια ρεύματα, ανεξάρτητα από τα αίτια τα οποία δημιουργούν αυτές της μεγάλης κλίμακας ροές θαλασσινού νερού. Είναι γνωστό ότι στις τελευταίες δεκαετίες η προστασία του περιβάλλοντος αλλά και οι επαναλαμβανόμενες πετρελαϊκές κρίσεις έχουν στρέψει το ανθρώπινο ενδιαφέρον στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπου το ενδιαφέρον ξεκίνησε από την αιολική ενέργεια. Σαν αποτέλεσμα η άντληση ανανεώσιμης ενέργειας από τη θάλασσα ήρθε σε δεύτερη προτεραιότητα και τα πρώτα βήματα σε αυτή την κατεύθυνση άρχισαν να γίνονται πριν από περίπου χρόνια. Το αρχικό ενδιαφέρον στην ωκεάνια ενέργεια αφορούσε την κυματική ενέργεια, δηλαδή την ενέργεια από την κυματική ανύψωση της στάθμης της θάλασσας. Οι προσπάθειες στην εκμετάλλευση της υδροκινητικής ενέργειας των ρευμάτων άρχισαν ακόμα πιο πρόσφατα, όπου το βασικό εργαλείο στις περισσότερες εφαρμογές είναι ο υδροστρόβιλος, ή ένα δίκτυο βυθισμένων υδροστροβίλων αγκυρωμένων στο βυθό σε κατάλληλο βάθος. Οι στρόβιλοι είναι εξοπλισμένοι με γεννήτρια για τη μετατροπή της περιστροφικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια καθώς και με τον

2 κατάλληλο εξοπλισμό για τη μεταφορά του ηλεκτρικού ρεύματος στην ακτή ( Είναι κατά συνέπεια εμφανές ότι βασική προϋπόθεση για τη χρήση υδροστρόβιλου είναι η δυνατότητα αγκύρωσης/εγκατάστασης στο βυθό, δηλαδή βάθη έως ~40-60 m, σε μία περιοχή όπου η θαλάσσια ροή χαρακτηρίζεται από δυνατά ρεύματα αλλά ταυτόχρονα δεν απέχει πολύ από την πλησιέστερη ακτογραμμή ώστε να απλοποιείται η μεταφορά της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Εφόσον αυτή η προϋπόθεση ικανοποιείται, η χρήση των υδροστροβίλων μπορεί να αποδώσει όλα τα υπάρχοντα προτερήματα που είναι: 1) μεγάλη πυκνότητα ισχύος P (P=ρ Α V 3, όπου ρ είναι η πυκνότητα του νερού ή του αέρα στην περίπτωση της ανεμογεννήτριας, Α το εμβαδόν διατομής του υδροστρόβιλου ή της ανεμογεννήτριας και V η ταχύτητα του ρεύματος ή του αέρα) σε σχέση με τις ανεμογεννήτριες δεδομένου ότι η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 835 φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα του αέρα, 2) προβλεψιμότητα της αποδιδόμενης ισχύος σε σχέση με την ηλιακή, την κυματική ή την αιολική ενέργεια, 3) μηδενική οπτική και ηχητική ρύπανση και 4) μικρός κίνδυνος για τη θαλάσσια ζωή. Τα ερωτήματα που τίθενται σχετικά με την εκμετάλλευση της θαλάσσιας υδροκινητικής ενέργειας στη Ελλάδα με χρήση υδροστροβίλων είτε άλλων συστοιχιών, όπως αυτές που στηρίζονται στο Vortex Induced Vibration (Bernitsas et al., 2006; που απαιτούν κάποιο είδος εγκατάστασης στο βυθό μέσα σε πεδίο θαλάσσιας ροής, αφορούν 1) τις τιμές της ταχύτητας ροής, 2) τη μεταβλητότητα αυτών των ροών και 3) την καταλληλότητα των θέσεων όπου εμφανίζεται υψηλή υδροκινητική ενέργεια, δηλαδή τα προσιτά βάθη αγκύρωσης, τη γειτνίαση με στεριά και τη μη παρεμπόδιση από άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες. 2. Αποτελέσματα Με βάση τα ανωτέρω ερωτήματα και κάποια αποτελέσματα καταγραφής ρευμάτων από ερευνητικά προγράμματα που ολοκληρώθηκαν στο παρελθόν και αφορούσαν την ευρύτερη περιοχή του Αιγαίου, παρουσιάζονται δύο γεωγραφικές θέσεις που πιθανόν να είναι κατάλληλες για πιλοτικές εγκαταστάσεις άντλησης θαλάσσιας υδροκινητικής ενέργειας. Τα ισχυρότερα ρεύματα που εμφανίζονται στις Ελληνικές θάλασσες είναι τα παλιρροιακά ρεύματα του πορθμού του Ευρίπου, με ταχύτητες που φτάνουν τα cm/sec, στη θέση της παλαιάς γέφυρας στη Χαλκίδα, όπου όμως ο χώρος εγκατάστασης υδροστροβίλου είναι μικρός και υπάρχει μεγάλη κίνηση από διερχόμενα σκάφη και μικρά εμπορικά πλοία. Για το ενεργειακό δυναμικό στη θέση αυτή υπάρχει λεπτομερής εργασία στα πρακτικά του παρόντος συνεδρίου. Η μεγαλύτερης έκτασης καταγραφή των ρευμάτων στο Αιγαίο που υπάρχει στη μέχρι σήμερα βιβλιογραφία είναι για τα επιφανειακά ρεύματα και βασίζεται σε μετρήσεις από 45 παρασυρόμενους επιφανειακούς πλωτήρες/υδραετούς του Πανεπιστημίου του Miami που ποντίστηκαν στο Αιγαίο το 2002 και 2003 (Olson et al., 2006). Οι πλωτήρες αυτοί κάλυψαν σχεδόν ολόκληρο το Αιγαίο εκτός από τις περιοχές του Ικάριου, των Κρητικών Στενών και του ανατολικού Κρητικού γιατί ποτέ δεν ποντίστηκαν ή δεν έφθασαν σε αυτές τις περιοχές. Ωστόσο στη γενική επιφανειακή κυκλοφορία που παρουσιάζεται στη συγκεκριμένη εργασία,

3 αποκαλύπτεται για πρώτη φορά μία οργανωμένη ροή κατά μήκος της Ανατολικής Εύβοιας, το λεγόμενο παράκτιο ρεύμα της Εύβοιας (Evοia coastal jet). Το ρεύμα της Εύβοιας ισχυροποιείται στην περιοχή του ακρωτηρίου της Κύμης, όπου το νερό φαίνεται σαν να συσσωρεύεται πάνω στην ακτή στα ανάντη (βόρεια) από το ακρωτήριο της Κύμης ενώ η ακτή στη συγκεκριμένη θέση το αναγκάζει να κινηθεί σχεδόν ανατολικά. Η ροή επιταχύνεται και συνεχίζει νότια, αφού περάσει το ακρωτήριο της Κύμης. Παρόμοια συμπεριφορά ροής παρουσιάζεται και στο Στενό Κρήτης Αντικυθήρων (Kontoyiannis et al., 2005) όπου υπάρχει ένας σχηματισμός αριστερόστροφης (κυκλωνικής) ροής που στρέφει τη ροή από τα νοτιοδυτικά του Στενού προς τα ανατολικά-βορειοανατολικά πάνω στην ακτή της Κρήτης. Η συγκεκριμένη δομή κυκλοφορίας οφείλεται στον Κυκλώνα του Μυρτώου (Theocharis et al., 1999). Η ροή ισχυροποιείται και τελικά στρέφεται βόρεια παράλληλα και κοντά στη βορειοδυτική δυτική ακτή της Κρήτης. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται πληροφορίες που αφορούν την κατακόρυφη δομή και τη χρονική μεταβλητότητα του ρεύματος στις περιοχές της Κύμης και της βορειοδυτικής Κρήτης. Οι συγκεκριμένες περιοχές, εκτός από το ισχυρό ρεύμα για τα ελληνικά δεδομένα, φαίνεται να ικανοποιούν και την προϋπόθεση ως προς την καταλληλότητα της θέσης για άντληση υδροκινητικής ενέργειας διότι και στις δύο περιοχές υπάρχουν βραχονησίδες κοντά στην ακτή και κοντά στον πυρήνα της ισχυρής ροής που ίσως παρέχουν τη δυνατότητα αγκύρωσης υδροστροβίλων είτε άλλων συστοιχιών, χωρίς ωστόσο να έχει γίνει λεπτομερής αποτύπωση του πυθμένα γύρω από αυτές τις βραχονησίδες. Πρόκειται για απομονωμένα κομμάτια στεριάς μέσα στο πέλαγος που είναι η Πρασούδα, έξω από την Κύμη, και το Ποντικονήσι μαζί με τη Γκραμπούσα, στη δυτική Κρήτη. Στην Εικόνα 1 παρουσιάζονται ταχύτητες ρευμάτων στο Στενό των Αντικυθήρων που είχαν καταγραφεί στα 15 m και στα 50 m το 1997 και το Οι ταχύτητες στο βορειδυτικό άκρο της Κρήτης τον Ιούνιο του 1997 και τον Ιανουάριο του 1998 πλησίαζαν τα ~50 cm/s (1 knot)

4 Εικόνα 1: Ταχύτητες ροής στα 15 μέτρα και στα 50 μέτρα στο Στενό των Αντικυθήρων. Το Ποντικονήσι είναι στη θέση ~35.6 ο Β και 23.5 ο Α. Η Γραμβούσα είναι στην άκρη του ακρωτηρίου στη βορειοδυτική Κρήτη (36.65 ο Β ο Α) Τον Μάιο του 1998 το ρεύμα εξασθενεί αλλά παραμένει κοντά στα ~20 cm/sec. Η Εικόνα 2 παρουσιάζει τις κατακόρυφες κατανομές των ταχυτήτων στην τομή από Αντικύθηρα μέχρι την άκρη του ακρωτηρίου στη βορειοδυτική Κρήτη στις ανωτέρω εποχές. Σε απόσταση περίπου 3 km

5 Εικόνα 2. Κατακόρυφες κατανομές της ταχύτητας του ρεύματος (απόλυτες τιμές) στα πάνω 200 μέτρα στην τομή από Αντικύθηρα μέχρι Κρήτη. από το βορειοδυτικό άκρο της Κρήτης και σε βάθος ~20 m εμφανίζεται το ισχυρό τμήμα του ρεύματος, δηλαδή ο πυρήνας της βόρειας ροής, με ταχύτητες που φτάνουν τα cm/sec τον Ιούνιο 1997 και Ιανουάριο 1998 και παραμένουν κοντά στα cm/sec τον Μάιο του Πιθανότατα το Ποντικονήσι είναι πολύ κοντά στον πυρήνα της ροής σε όλες τις εποχές.

6 Η Εικόνα 3 παρουσιάζει τα ρεύματα στην επιφάνεια και στα 50 m στην ευρύτερη περιοχή της Κύμης σε τρεις περιόδους μέσα στο Οι μέγιστες τιμές ταχύτητας ρεύματος κοντά στην βραχονησίδα Πρασούδα εμφανίζονται τον Μάρτιο του 2011 και είναι ~50 cm/sec Εικόνα 3: Ταχύτητες ροής στα 6 m (αριστερά) και στα 50 m (δεξιά) στην Ανατολική Εύβοια στην ευρύτερη περιοχή της Κύμης κατά το Μάρτιο 2011 (πάνω), Ιούνιο 2011 (μέση) και Οκτώβριο 2011 (κάτω). Η βραχονησίς Πρασούδα είναι στη θέση ~38.67 ο Β και ~24.25 ο Α. στην επιφάνεια και ~40 cm/sec στα 50 m. Κατόπιν η όλη δομή του ρεύματος της Εύβοιας, όπως και ο πυρήνας του, μεταφέρονται βορειοανατολικά και οι μέγιστες ταχύτητες απομακρύνονται από την ακτή. Οι ταχύτητες στην περιοχή της Πρασούδας μειώνονται σε περίπου ~15-20 cm/sec. Η Εικόνα 4 δείχνει την κατακόρυφη κατανομή των ταχυτήτων στο ρεύμα της Εύβοιας τον Ιούνιο του 2011 κατά μήκος της τομής που σημειώνεται με την διακεκομμένη γραμμή στην Εικόνα 3. Οι μέγιστες ταχύτητες είναι περίπου 50 cm/sec και ευρίσκονται σε βάθος ~10 m στο βορειοανατολικό άκρο της τομής.

7 Εικόνα 4. Κατακόρυφη κατανομή των ταχυτήτων του ρεύματος (απόλυτες τιμές) στα ανώτερα ~70 m πάνω στην τομή που σημειώνεται με διακεκομμένη γραμμή στην Εικόνα 3 κατά τον Ιούνιο Τέλος, αναφέρεται ότι μεγαλύτερες ταχύτητες ρευμάτων στην ανοιχτή θάλασσα, που πλησιάζουν τα cm/sec, έχουν παρατηρηθεί στο Στενό ανάμεσα Αντικύθηρα και Κύθηρα και στο Στενό ανάμεσα Ρόδο και Σύμη στα ανώτερα m (Kontoyiannis et al., 1999). Οι τιμές αυτές, ωστόσο, απαντώνται σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 10 km από την πλησιέστερη ακτή. 3. Συμπεράσματα Ανακεφαλαιώνοντας μπορούμε να αναφέρουμε ότι οι μέγιστες αναμενόμενες ταχύτητες όπου κάποιο σύστημα υδροστροβίλων θα μπορούσε λειτουργήσει είναι της τάξεως του ενός ναυτικού κόμβου, δηλαδή ~50 cm/sec. Σχετικά με την πιθανή αποδιδόμενη ανανεώσιμη ενέργεια χρειάζεται περαιτέρω διερεύνηση με περισσότερα στοιχεία για τη μεταβλητότητα των ροών σε πλήρη ετήσιο κύκλο με βάση χρονοσειρές ρευματομετρήσεων καθώς επίσης κρίνεται αναγκαία η λεπτομερής αποτύπωση της βαθυμετρίας και των ιδιοτήτων του βυθού σε σχέση με την πιθανή εγκατάσταση υδροστροβίλων στις περιοχές των βραχονησίδων Πρασούδα στην Κύμη και Ποντικονήσι, Γκραμπούσα στη βορειοδυτική Κρήτη.

8 4. Ευχαριστίες Τα δεδομένα ρευμάτων που παρουσιάζονται από την περιοχή της Κύμης έχουν συλλεχθεί στα πλαίσια της επιστημονικής μελέτης Το παράκτιο ρεύμα της Εύβοιας στην περιοχή της Κύμης που χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα John S. Latsis κατά το Τα στοιχεία για το Στενό των Αντικυθήρων είναι από το πρόγραμμα ΜΑΤΕR (contract MAS3-CT ) Ευρωπαϊκής χρηματοδότησης. Ευχαριστούμε τους τεχνικούς του ΕΛΚΕΘΕ, Π. Ρενιέρη και Α. Μόρφη, και τους αξιωματικούς και πλήρωμα του Ω/Κ ΑΙΓΑΙΟ. Οι μισθοί των συγγραφέων του άρθρου προέρχονται από τις Ελληνίδες και τους Έλληνες που πληρώνουν φόρους. 5. Βιβλιογραφία Bernitsas M.M., Raghavan K., Ben-Simon Y., Garcia E. M. H., VIVACE (Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy): A New Concept in Generation of Clean and Renewable Energy from Fluid Flow, OMAE 2006; and Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, ASME Transactions, Nov. 2008, Vol. 130, No. 4, pp Kontoyiannis, H., A. Theocharis, E. Balopoulos, S. Kioroglou, V. Papadopoulos, M. Collins, A. Velegrakis, A. Iona, Water fluxes through the Cretan Arc Straits, Eastern Mediterranean Sea: March 1994 to June Progress in Oceanography (44) Kontoyiannis, H., E. Balopoulos, O Gotsis-Skretas, A. Pavlidou, G. Assimakopoulou, E. Papageorgiou., The hydrology and biochemistrly of the Cretan Straits (Antikithira and Kassos Straits) revisited in the period June 1997 May Journal of Marine Systems, Olson D., V. Kourafaloy, W. Johns, G. Samuels and M. Veneziani, 2006, Aegean Surface Circulation from a Satellite- Tracked Drifter Array, Journal of Physical Oceanography, V Theocharis, A., E. Balopoulos, S. Kioroglou, H. Kontoyiannis, A. Iona, A synthesis of the circulation and hydrography of the South Aegean Sea and the Straits of the Cretan Arc (March January 1995). Progress in Oceanography, (44)