A megújuló energiák egyre nagyobb teret hódítanak a tiszta energia előállításában, és az egyik legígéretesebb az árapály energia, más néven óceáni hőenergia-átalakítás (CETO). Ez a rendszer a meleg felszíni vizek és a hideg mélyvizek közötti hőmérséklet-különbséget használja ki elektromos áram előállítására. Működési képessége A nap 24 órája Az óceánok hőmérsékletének stabilitásának köszönhetően egyértelmű előnyt jelent a naptól vagy széltől függő megújuló energiákkal szemben.
Ebben a cikkben részletezzük az árapályenergia főbb jellemzőit, működését, előnyeit, korlátait és jövőjét, valamint a megvalósítás legígéretesebb területeit.
Főbb jellemzők
Az árapály energia alapja a termodinamikai elv amely lehetővé teszi a hőmérséklet-különbségek hasznos munkává, jelen esetben elektromossággá alakítását. A tenger hatalmas hőenergia-forrásként működik, ahol a napsugárzás által felmelegített felső rétege kb. 25 és 30 Celsius fok, míg 1000 méteres mélységben a víz hőmérséklete elérheti a 2-5 Celsius fok.
A rendszer hatékony működéséhez szükséges, hogy legyen a minimális hőkülönbség 20 Celsius fok felszíni és mély vizek között. Ezáltal az Egyenlítőhöz közeli régiók a legkedvezőbbek ehhez a technológiához, mivel itt található a legnagyobb óceáni termikus gradiens. Ez a rendszer képes működni megszakítatlan, ami megkülönbözteti a nap- vagy szélenergiától.
Továbbá ennek az energiának a alacsony környezeti hatás a kibocsátás tekintetében, mivel nem termel mérgező hulladékot vagy üvegházhatású gázokat. A tengeri ökoszisztémákra gyakorolt hatásait azonban továbbra is értékelik.
Az árapály energia működtetése
Az árapályenergia-rendszer termodinamikai ciklust használ, általában a Rankine ciklus, hasonlóan a hagyományos hőerőművekben használthoz. Ez a folyamat magában foglalja a forró víz szivattyúzását az óceán felszínéről a hőcserélő, ahol elpárologtatják a munkafolyadék például az ammónia vagy a propán, amelyeket alacsony forráspontjuk alapján választanak ki.
A hőcsere által termelt gőz egy generátorhoz csatlakoztatott turbinát hajt meg, amely villamos energiát termel. A gőz ezután mély óceánvízzel hűtött kondenzátoron halad át, és visszaállítja folyékony állapotába, hogy újraindítsa a ciklust. Kialakításától függően a rendszer lehet zárt hurok (ahol a munkafolyadék nem szabadul fel) vagy onnan nyitott ciklus, ahol vízgőz szabadul fel.
Az árapály üzem sikere nagymértékben függ a nagy mennyiségű hideg és meleg víz rendelkezésre állásától. Ez megköveteli a nagy csövek építését, amelyeknek el kell érniük 1000 méter mély hideg víz kinyerésére. E rendszerek nyílt tengeren való használata logisztikai és technológiai kihívásokkal jár.
Az árapály-energiának leginkább megfelelő területek
Az árapály-erőmű optimális teljesítménye attól függ hőmérséklet különbség a felszíni és a mélyvízi rétegek között. Ez a jelenség hangsúlyosabb a trópusi területeken, ahol az állandó napsugárzás felmelegíti a felszíni vizet.
Az óceánokban három fő réteg van, amelyek kulcsfontosságúak ehhez a folyamathoz:
- Felületi réteg: Legfeljebb 200 méter mélyen található, hőmérséklete 25 és 30 Celsius fok között van.
- Középső réteg: 200-400 méteres mélységben, ahol a hőmérséklet jelentősen csökken.
- Mély réteg: amely több mint 1000 méter mélyen található, 2 és 5 Celsius fok közötti hőmérséklettel.
Az árapály hőerőművek telepítésének legkedvezőbb területei a közelében található régiók Ecuador, mint például a Csendes-óceán, Közép-Amerika keleti és nyugati része, valamint Florida keleti partvidéke.
Az árapály-energia kihívásai és előnyei
Az ilyen típusú energia ígéretei ellenére nagyszabású megvalósítása továbbra is kihívásokat jelent. Az egyik fő kihívás az az infrastruktúra magas költsége nagy tengeri üzemek építésére. Ezenkívül szükséges a megtermelt energia szárazföldre szállítása tenger alatti kábelek, melynek ellenállónak kell lennie a korrózióval és a mélység szélsőséges nyomásával szemben.
Legfőbb előnye azonban, hogy képes folyamatosan és megszakítás nélkül energiát termelni, ellentétben a többi, időjárástól függő megújuló energiával. Az egyik legfigyelemreméltóbb kezdeményezés Kínában és Ausztráliában van, ahol a cégek szeretik Lockheed Martin feltárták ennek a technológiának a kereskedelmi életképességét.
Továbbá az árapály-energiának van a alacsony környezeti hatás az üvegházhatású gázok kibocsátása tekintetében, ami vonzó lehetőséget kínál a tiszta energiára való átálláshoz.
A következő években a technológiai fejlődéssel és a termelési költségek csökkenésével az árapály-energia jelentős szerepet játszhat a megújuló energia jövőjében, különösen azokban a trópusi régiókban, amelyek hozzáférnek a szükséges termikus gradiensekhez.
Végül, bár a nagyszabású kísérletek még nem vezettek kereskedelmi üzemek tömeges kifejlesztéséhez, az árapály-energia korlátlan potenciál a világ számos területén. A jelenlegi kutatási és technológiai fejlesztések azt sugallják, hogy a következő évtizedekben ez a tiszta energiaforrás megszilárdulhat az egyik fő energetikai megoldásként.