Oddelek za fiziko

Seminar Ia - 1. letnik, II. stopnja

Izkoriscanje energije morja

Avtor: Sasa HrkaMentor: prof. dr. Bostjan Golob

Ljubljana, januar 2015

Povzetek

V seminarju so predstavljeni razlicni nacini pridobivanja energije z izkoriscanjem morij inoceanov. Razdeljeni so v stiri razlicne pristope, to so plimska energija, energija valovanja,termalna energija in energija osmotskega tlaka, vsi stirje pristopi pa so danes ze v uporabipridobivanja energije. Postopek pridobivanje energije je ponekod dolocen tudi analiticno s

poenostavljenimi modeli. Predstavljene so tudi nekatere tehnologije oziroma resitvepretvarjanja morske energije v elektricno.

1

Kazalo

1 Uvod 2

2 Plimska energija 22.1 Potencialna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Kineticna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3 Valovanje 6

4 Termalna energija 8

5 Energija kot posledica osmotskega tlaka 9

6 Tehnologije pretvarjanja energije 106.1 Potencialna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.2 Kineticna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.3 Valovanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

7 Zakljucek 11

8 Literatura 12

1 Uvod

V danasnjih dneh so alternativni viri energije zelo iskani. Odvisnost od fosilnih goriv jepremocna in kot spoznavamo, na dolgi rok skodljiva. Najbolj ocitni novi viri energije so pred-vsem vetrna, soncna, geotermalna in energija morja. Skupne slabosti nastetim virom so pred-vsem odvisnost od kraja postavitve, za zdaj se dokaj nerazvita tehnologija in posledicno visokacena. Vseeno se to podrocje razvija in je ponekod ze na voljo. Njihova prednost pa sta na pri-mer energijska neusahljivost in neskodljivost za okolje. Dodatna prednost izkoriscanja energijemorja pa tudi je v zelo veliki stopnji predvidljivosti oziroma napovedljivosti.

2 Plimska energija

Plimska energija je energija, ki nastane zaradi pojava plimovanja. Glavni vzrok, ki povzrocaplimovanje je Zemljin naravni satelit, Luna, ki s svojim gravitacijskim privlakom vpliva namorja in oceane, posledica tega pa je visanje in nizanje morske gladine. V vecini krajev nasvetu pride do plime in oseke dvakrat na dan, cas periode plimovanja pa je dolg 12 ur in 25minut. [1]

Za proizvodnjo elektricne energije lahko izrabljamo plimsko energijo v dveh oblikah:

2.1 Potencialna energija

Potencialno energijo plime pridobivamo z jezovi z zajetjem vode, ki ostane zajeta v rezervoarjupo prenehanju plime ([1], [2], [3]). Jezovi so v ta namen postavljeni v morske zalive. Zajeta vodaima potencialno energijo, ki jo z izpustom iz rezervoarja ob upadu morske gladine spremenimo

2

v kineticno energijo. To dosezemo z izpuscanjem vode pri dnu jezu, od koder gre skozi turbine,ki z vrtenjem lopatic zaradi toka vode skoznje ustvarjajo elektricno energijo.

Potencialno energijo, ki jo ima zajeta voda lahko ocenimo z

E =

∫ m

0

gz dm =

∫ h

0

ρgS zdz =1

2ρgSh2, (1)

kjer je ρ ≈ 1027 kgm3 gostota morske vode, g gravitacijski pospesek, S povrsina, ki jo pokrije

zajeta voda in h visina, do katere sega gladina vode v rezervoarju. Moc, ki jo lahko dobimona ta nacin, ocenimo s pomocjo enacbe P = E

t, kjer za t vzamemo cas trajanja plime. Ce

v to enacbo vnesemo zgornja podatka, dobimo numericno enacbo za moc na enoto povrsine:PS≈ 0, 12h2 [ W

m2 ]. Seveda v izracunu ni upostevan izkoristek turbine, ki vrednost, ki smo jodobili, se zmanjsa.

Ker je moc, ki jo pridobimo na ta nacin, odvisna od kvadrata visine h zajete vode, je zapostavitev jezu v ta namen pomembna cim vecja visina h. Razlika v visini morske gladinese med posameznimi kraji po svetu zelo razlikuje. Da zadostimo tudi pogojem ekonomicnostimora biti visinska razlika dovolj velika (ocenjena na vsaj h ≈ 5 m), zato se moznost postavitvetaksne vrste elektrarne omeji na le nekaj krajev po svetu (Slika 1). Prva elektrarna, ki jezacela z izkoriscanjem potencialne energije morja je v Franciji, v kraju La Rance, in deluje zeod leta 1967. Povrsina rezervoarja elektrarne znasa 22 km2, maksimalna razlika v visini medplimo in oseko znasa 8,55 m. Uporablja 24 turbin, v povprecju pa proizvede okoli 60 MW mocielektricne energije.

Slika 1: Kraji po svetu z najvecjo visinsko razliko h. [1]

2.2 Kineticna energija

Izraz kineticna energija se nanasa na energijo morskih tokov, ki so posledica plimovanja, lahkopa tudi pretoka vode, v naravi na primer med morskimi ozinami. Hkrati se nanasa tudi naenergijo oceanskih tokov (na primer Severnoatlantski tok), to so bolj ali manj stalno gibanjevodnih mas v oceanih, ki jih locujemo na tople in hladne. Vendar pa je zaradi tehnoloskezahtevnosti veliko tezje prenesti pridobljeno energijo na kopno z odprtega morja, kot pa blizuobale.

Za analiticen opis pretvorbe kineticne energije, si zamislimo model turbine (slika 2), skozikatero tece vodni tok ([4]). Dalec stran je pred turbino hitrost toka enaka v1, na drugi straniturbine pa v2, hitrost skozi turbino pa oznacimo z v0. Rotor turbine izkorisca kineticno energijovodnega toka, zato bo vedno veljalo v1 > v2. Posledicno pa za presek, skozi katerega tece tok,velja S1 < S2. Vedno mora seveda veljati kontinuitetna enacba, ki jo zapisemo kot

dm

dt= ρS1v1 = ρS2v2 = ρS0v0 (2)

3

Mehanska moc, ki je posledica zmanjsevanja hitrosti vodnega toka in jo izkorisca turbina,lahko dobimo na dva nacina. Prvi je preko sile, s katero deluje tok na rotor:

F =d(mv)

dt=dm

dt∆v = ρS0v0(v1 − v2) (3)

P =d(Fx)

dt= Fv0 = ρS0v

20(v1 − v2) (4)

Slika 2: Shematicni prikaz modela turbine. [4]

Drugi nacin je, ce na moc gledamo kot na spremembo kineticne energije, ki jo prejema rotor:

P =dEkindt

=d(1

2mv2

0)

dt=

1

2ρS0v0(v2

1 − v22) (5)

S primerjanjem enacb (4) in (5) dobimo enakost

1

2(v2

1 − v22) = v0(v1 − v2) (6)

iz cesar sledi

v0 =v1 + v2

2. (7)

To pomeni, da je hitrost vodnega toka skozi turbino ravno enaka povprecju med hitrostjo predin hitrostjo za turbino. Hkrati pa vidimo, da mora biti vodni tok neprekinjen, ce hocemo na tanacin pridobivati energijo. S pomocjo enacbe (7) in brezdimenzijskega faktorja

b =v2

v1

(8)

sedaj izrazimo

F =1

2ρS0v

21(1− b2) (9)

in

P =1

4ρS0v

31(1− b2)(1 + b) (10)

Zdaj uvedemo izkoristek η, ki ga definiramo kot razmerje med mocjo, ki jo lahko izkoristimoin med celotno mocjo, ki je na voljo. Celotna moc je moc vodnega toka, ki bi skozi turbino tekelz nespremenjenima hitrostjo v1 in presekom toka S1, kar je enako, kot ce postavimo v2 = 0. Izenacbe (4) in z uporabo enacbe (7), lahko sestavimo

η =P

Pcel=

1

4ρS0v

31(1− b2)(1 + b)

12ρS0v3

1

=1

2(1− b2)(1 + b) (11)

4

Slika 3: Graf η(b) na intervalu [0,1].

Na sliki 3 lahko opazimo, da je izkoristek maksimalen pri b ≈ 13. Za natancen izracun pa

prvi odvod dηdb

izenacimo z 0:

dη

db=

1

2

d

db((1− b2)(1 + b)) =

1

2(1− 3b)(1 + b) = 0, (12)

iz cesar dobimo dve resitvi, nefizikalno b = −1 =⇒ v2 = −v1 in fizikalno b = 13

=⇒ v2 = 13v1. Ko

slednjo resitev vstavimo nazaj v η(b) oziroma (11), dobimo teoreticno najvecji mozen izkoristekza pretvarjanje energije iz idealnega vodnega toka, imenovan tudi Betzova limita:

ηmaks =16

27= 59, 26%. (13)

V realnosti se vrednost najvecjega moznega izkoristka predvsem zaradi trenja se zmanjsa, naokoli 40%, medtem ko najvecji izkoristek turbin taksne vrste, ki so v uporabi danes, znasa nekajnad 30%.

Betzova limita predstavlja najvecji teoreticno mozen izkoristek za turbine v obliki vetrnic.Primerjamo jo lahko s tako imenovano Peltonovo turbino ([5]), ki jo shematicno prikazuje slika4. Hitrost vodnega curka, ki je usmerjen na lopatice turbine, oznacimo z v0, hitrost vrtenjaturbine (obodno hitrost) pa z v. Preko 3. Newtonovega zakona (podobno kot v (3)) ter zuporabo dm = ρSv0dt in kontinuitetne enacbe (2) dobimo silo

F = 2ρSv0(v0 − v) (14)

in moc turbineP = Fv0 = 2ρSv2

0(v0 − v) (15)

Z izenacitvijo dPdv

= 0 dobimo pogoj za maksimalno moc Pmax, to je v = v0/2.

Slika 4: Shematicni prerez Peltonove turbine in vpada curka na lopatico turbine. [5]

5

3 Valovanje

Valovanje na morski gladini je posledica predvsem vetra, ki nastane zaradi neenakomernegasegrevanja zraka nad gladino [6]. Valovanje ni popolnoma sinusno ampak nanj gledamo kot navsoto vec sinusnih valovanj z razponom moznih valovnih dolzin. Zato pride do disperzije, karpomeni, da je grupna hitrost cg odvisna od valovne dolzine λ. Kot je znano iz splosne teorijevalovanja, valovanje prenasa moc z grupno hitrostjo valovanja (ki je definirana kot cg = ∂ω

∂k).

Moc skozi presek, ki je pravokoten na sirjenje valovanja, je:

P =dE

dt=

d

dt(wlacg dt) = wlacg (16)

kjer je w gostota energije na volumen, l sirina vala v smeri y, a pa odmik od gladine v smeriz (slika 5). Pri izpeljavi moci, ki jo ima valovanje ([7], [8]), se opremo na linearno teorijovalovanja, ki valovanje po komponentah opisuje z enacbami:

∂vx∂t

= −1

ρ

∂p

∂x, (17)

∂vy∂t

= −1

ρ

∂p

∂y, (18)

∂vz∂t

= −1

ρ

∂p

∂z− g, (19)

∂vx∂x

+∂vy∂y

+∂vz∂z

= 0. (20)

kjer ρ predstavlja gostoto vode, p tlak in g gravitacijski pospesek. Do teh enacb pridemo izsplosne Navier-Stokesove enacbe ρ(∂~v

∂t+ (~v · ∇)~v) = ρ~g − ∇p + η∇2~v + (η

3+ ξ)∇(∇ · ~v) kjer

predpostavimo neviskozno (η = 0) in nestisljivo tekocino (ρ = konst.,∇·~v = 0) ter zanemarimoadvektivni clen (~v · ∇)~v.

Odmik od ravnovesne lege gladine oznacimo z a = a(x, y, t), ki mora biti dovolj majhnakolicina, da lahko upravicimo linearno teorijo valovanja. Prepostavimo tudi vy = 0. Enacberesimo s pomocjo robnih pogojev:

• na dnu morja (z=0), za katerega predpostavimo, da je raven, je vz = 0

• na visini z=H predpostavimo, da veljata p = p0 + ρga in vz =∂a

∂t, kjer p0 predstavlja

atmosferski tlak.

Slika 5: Shematicni prerez valovanja z oznacenimi kolicinami. [8]

6

Resitve enacb iscemo z nastavki:

vx = A(z)cos(kx− ωt),

vz = B(z)sin(kx− ωt),

p(x, z, t) = p0 + ρga+ P (z)cos(kx− ωt),

a(x, t) = a0sin(kx− ωt), (21)

kjer sta k = 2πλ

valovni vektor in ω = 2πν

krozna frekvenca valovanja, a0 amplituda odmikagladine, P (z) pa je amplituda tlaka. Amplitudi hitrosti A(z) in B(z) vsebujeta odvisnost odkoordinate z, saj je s postavitvijo robnih pogojev takih kot so, hitrosti vz pripisemo odvisnostod z. Z vstavitvijo teh nastavkov v enacbe (17) - (19) dobimo enakosti, iz katerih izrazimo A(z)in B(z), da pridemo do enacbe

d2P

dz2= k2P (22)

za amplitudo tlaka. Z upostevanjem prej nastetih robnih pogojev dobimo za resitev disperzijskorelacijo

ω = ±√gk tanh(kH) (23)

Dobljeno enacbo primerjamo v dveh limitnih vrednosti globine vode H:

• v limiti plitve vode (H << λ) sta fazna in grupna hitrost valovanja (izracunani podefiniciji cf = ω

kin cg = ∂ω

∂k) enaki:

cf =√gH = cg, (24)

• v limiti globoke vode (H >> λ, dovolj je tudi H > λ2) pa dobimo

cf =

√g

k, cg =

1

2

√g

k. (25)

Iz izraza za cg v limiti plitve vode lahko opazimo, da vrednost moci s priblizevanjem obalipada. Zato moramo napravo, ki izkorisca energijo valovanja za pretvorbo v elektricno energijo,postaviti dovolj dalec od obale, preden pride do trenja valovanja z morskim dnom. Ta razdaljaje ocenjena na 200 m. Za izracun moci glede na (16) potrebujemo se energijo, ki jo nosivalovanje. Pred tem predpostavimo, da je celotna energija valovanja sestavljena iz kineticnein potencialne energije ter da obe energiji v povprecju prispevata enak delez (kot bi lahkopricakovali po ekviparticijskem teoremu). Uporabna potencialna energija vala je posledicaodmikov od gladine pri z = H:

Epot =

∫ H+a

H

gzdm = ρgl

∫ H+a

H

zdz

∫ λ2

0

dx =1

2ρglλ[a2 + 2aH]. (26)

Ta izraz povprecimo ter upostevamo 〈a〉 = 0 in 〈a2〉 = 12a2

0 (kar lahko opazimo tudi iz nastavka(21)):

〈Epot〉 =1

4ρglλa2

0 (27)

Ker enak delez v povprecju prispeva se kineticna energija je celotna energija enaka

〈Ecel〉 =1

2ρglλa2

0. (28)

7

Za izracun moci iz enacbe (16) upostevamo w = Ecellλa0

:

P =1

2ρglcga

20. (29)

Moc je torej sorazmerna kvadratu odmika oziroma kvadratu visine vala. Z upostevanjem enacbe(25) za grupno hitrost in definicijo valovnega vektorja pa vidimo tudi, da je sorazmerna λ1/2.

Kot ze omenjeno, je glavni razlog za nastanek valovanja na morski gladini veter. Energijavetra (ki je odvisna na primer od smeri in hitrosti vetra) je po svetu zelo neenakomerno po-razdeljena ([2], [9]). Zaradi tega je tudi dostopnost energije valovanja za izkoriscanje mocnoodvisna od lokacije. Najvecjo gostoto energije imajo vetrovi med 30◦ in 60◦ zemljepisne sirine(na obeh poloblah), kar je posledica mocnih in neprekinjenih zahodnih vetrov (slika 6).

Slika 6: Rdeca barva na zemljevidu oznacuje obmocja z najvecjo gostoto energije vetra, po-sledicno tudi valovanja. Stevilke oznacujejo ocenjeno moc valovanja v enotah kW

m. [2]

4 Termalna energija

Pretvarjanje termalne energije oceanov v elektricno (OTEC - ocean thermal energy conversion)izkorisca temperaturno ∆T razliko med visjo temperaturo vode na povrsju in nizjo temperaturovode v globini ([2], [10]). Princip delovanja je enak toplotnemu stroju. Izkoristek proizvodnjeelektricne energije je zato odvisen od temperaturne razlike, visja kot je razlika, vecji bo izkori-stek. Za ucinkovito delovanje mora biti vrednost ∆T vsaj 20◦C. To pa lahko najlazje dosezemoob ekvatorju, saj je tam temperatura vode na povrsju v povprecju enaka Tp = 28◦C, tempera-tura vode na globini 1000 m pa znasa okoli Tg = 4◦C. Pri tej temperaturni razliki je najvecji

teoreticni (Carnot-jev) izkoristek, ki je definiran kot η = 1 − TpTg

, enak 7-8%, v realnosti pa je

izkoristek 1-3%. Delovanje OTEC naprave lahko razdelimo na:

• zaprt sistem:pri tem za delovno tekocino uporabljamo tekocine z nizko temperaturo vrelisca (na primeramonijak, propan, freon). Delovna tekocina se spremeni iz kapljevinastega v plinastoagregatno stanje ze pri temperaturi Tp. Para se nato zacne razsirjati in tako poganjaturbino, ki ustvarja elekticno energijo. Potem paro ohladimo s temperaturo Tg, zaradicesa se spremeni nazaj v kapljevino. Taksno zaporedje nato le ponavljamo.

• odprt sistem:za delovno tekocino tu uporabimo vodo s povrsja oceana, ki jo uparjamo pri nizkem tlaku(skoraj vakuumu). Para na enak nacin kot prej pozene turbino, potem pa se ob stiku shladnejso vodo kondenzira v kapljevinasto stanje, v kakrsnem vodo vrnemo nazaj v ocean.

Prednost izkoriscanja termalne energije je tudi v stranskem produktu. Ob uparevanju slanevode se sol loci od vode, ob kondenzaciji zato dobimo sladko vodo.

8

Slika 7: Razlika v temperaturi med povrsjem in globino oceanov okoli ekvatorja. Temnejsapodrocja predstavljajo obmocja z visjo temperaturno razliko, Hkrati so to podrocja, ki sonajprimernejsa za delovanje OTEC naprave. [10]

5 Energija kot posledica osmotskega tlaka

Osmotski tlak je teznja k izravnavi v koncentraciji ob stiku dveh razlicno koncentriranih snovi([11]), definiran pa je z enacbo

π = cRT, (30)

kjer je c koncentracija snovi, R = 8314 JkmolK

plinska konstanta in T temperatura. V temkontekstu sta snovi z razlicno koncentracijo sladka in slana voda, osmotski tlak pa je posledicagradienta slanosti (razlike v koncentracije soli). V naravi lahko podoben princip najdemo obizlivu reke v morje, kjer pride do mesanja sladke in slane vode, kar je tudi najbolj ugoden krajza postavitev taksne vrste elektrarne. Prva elektrarna, ki elektricno moc pridobiva s pomocjoosmotskega tlaka, je zacela delovati leta 2009 na Norveskem. Na zacetku je proizvedla 4 kWmoci elektricne energije, za leto 2015 pa je v nacrtu, da bo zmogla proizvesti 25 MW.

Prostor, kamor se steka voda, na dva dela locuje tanka polprepustna membrana (slika 8).V prvi del, v katerem je tlak nizji od razlike tlaka med sladko in slano vodo, se steka morskavoda. V drugi del shranjujemo sladko vodo. Polprepustna membrana prepusca molekule vode,molekule soli pa ne (te se ujamejo na aktivni plasti). Zaradi neravnovesja v koncentraciji solisladka voda prehaja skozi membrano. Tako se povecuje volumen morske vode, zato slana vodascasoma doseze doloceno visino, kjer jo na nizjo potencialno energijo speljemo do turbine, kizaradi vodnega toka zacne proizvajati energijo. Izkoristek takega nacina pridobivanja elektricneenergije je mocno odvisen od kemijske strukture polprepustne membrane.

Moc, ki jo na ta nacin pridobimo, zapisemo z enacbo

P = Jw∆pS, (31)

kjer Jw = dΦvdS

oznacuje volumski tok vode skozi dolocen presek S, ∆p pa razliko v hidrostatskemtlaku. Tok Jw lahko izrazimo tudi s pomocjo koeficienta prepustnosti A:

Jw = A(∆π −∆p) (32)

Red velikosti tlakov ∆π in ∆p znasa od nekaj do vec deset barov. Da zadostimo pogojuekonomicnosti mora pridobljena moc na enoto povrsine znasati nekje med 4 in 6 W

m2 .

9

Slika 8: Shema delovanja pridobivanja energije iz osmotskega tlaka. Na desni je morska voda,kjer je zmanjsan tlak. Na levi je sladka voda, ki zaradi razlike osmotskega tlaka (∆π) prehajaskozi polprepustno membrano (tok Jw). [11]

6 Tehnologije pretvarjanja energije

Tehnologija pri izkoriscanju energije morja se ni popolnoma razvita. Sooca se predvsem z visokoceno projektov, pa tudi s tehnicnimi in drugimi (na primer ekonomskimi) omejitvami. Kazepa, da je energija morja vse bolj dosegljiva, ponekod (kot tudi ze omenjeno) je ze v uporabi.Spodaj je nastetih le nekaj nacinov pretvarjanja energije morja v elektricno.

6.1 Potencialna energija

Ena od slabosti pridobivanja energije z zajetjem vode po upadu morske gladine je njena od-visnost od periode plime. Turbine lahko zasnujemo tudi tako, da ustvarjajo energijo tudi, kose ob plimi rezervoar polni ([1], [3]). S tem bi lahko zagotovili neprekinjen dotok elektricneenergije. Vendar s tem zmanjsamo visinsko razliko h, zato je manjsi tudi izkoristek taksne vrsteelektrarne.

Naslednji predlagan nacin uporablja dva med seboj povezana jeza (two-basin scheme). Prvise polni ob plimi, drugi pa prazni ob oseki. Ob upadanju gladine zajeta voda iz prvega jezaskozi turbine preide v drugega, nato pa nazaj v morje. S taksno postavitvijo bi prav tako lahkozagotovili neprekinjen tok energije, lahko bi celo po potrebi dolocali cas izpusta vode iz prvegajezu v drugega.

Podoben predlog vkljucuje vec zaprtih jezov (bazenov), ki se napolnijo ob nastopitvi plime(tidal lagoon). Ob oseki zajeto vodo po potrebi izpuscamo skozi turbine.

Slabost pridobivanja elektricne energije iz potencialne energije morja je tudi vpliv na okolje,saj zajemanje vode in gradnja jezu skoduje ekosistemom v blizini.

6.2 Kineticna energija

Kineticno energijo tokov (podobno kot vetrnih tokov) bi lahko pridobivali s pomocjo ”vetr-nic”([2]). Te bi lahko bile postavljene trdno v morsko dno z rotorjem postavljenim navzgorali prosto, kjer bi lebdele na gladini z rotorjem postavljenim navzdol. Tok vode bi povzrocilvrtenje lopatic, cigar mehansko energijo potem pretvorimo v elektricno. Zaradi vecje gostotevode v primerjavi potrebujemo za pridobivanje elektricne energije v vodi od tri do stirikratmanjsi premer vetrnic

Vodni tok bi lahko speljali skozi cev, ki se zozi. V zozenem delu cevi postavimo turbino. Za-radi manjsega preseka, skozi katerega lahko tok tece, se poveca hitrost skozi turbino (Venturijevucinek).

10

Za zelo ucinkovito se je pokazala tako imenovana helicna turbina ([1]). Njena oblika spomi-nja na dvojno vijacnico (slika 9), kot da bi dve lopatici napeljali po plascu valja. Njen uspeh jedejstvo, da se zaradi oblike lahko vrti hitreje kot vodni tok, s cimer omogoca boljse pretvarjanjekineticne energije v elektricno.

Slika 9: Helicna turbina. [1]

6.3 Valovanje

Prvi omenjeni predlog vkljucuje gradnjo v morsko obalo ([9], Oscillating water column, slika10a). Valovi lahko zahajajo v prazen prostor napolnjen z zrakom. Ob dvigu gladine se zrakstisne in zato zdrsne skozi turbino. Ob spustu gladine se postopek ponovi v obratni smeri,zaradi vec prostora zrak prihaja skozi turbino nazaj v prostor.

Naslednji predlog plava na gladini (Wave dragon system, slika 10b). Valovi se zaradi valo-brana usmerijo proti rezervoarju, do koder se valovanje tudi ojacav rezervoarju. Zaradi visjepotencialne energije se zacne spuscati skozi v ta namen narejen kanal in nato nazaj v morje.Skupina dvesto takih naprav naj bi proizvajalo dovolj energije, da bi lahko bila primerljiva zelektrarno, ki jo napajajo fosilna goriva. Ta koncept zaradi svoje preprostosti predstavlja eneganajbolj konkurencnih virov alternativnih virov energije.

Energijo valov lahko zajemamo tudi z v obalo zgrajen prazen prostor v obliki paralelepipeda(Pendulum system, slika 10c). Pravokotno nanj in na smer valovanja postavimo loputo, ki bonihala v enaki smeri zaradi vzbujevanja, ki ga ustvarja periodicnost valov. Loputo povezemos hidravlicno crpalko, ki energijo nihanja lopute pretvori v vzdolzno gibanje, ki nato napajaelektricni generator.

(a) (b) (c)

Slika 10: Na sliki so trije razlicni predlogi za izkoriscanje energije valovanja. [9]

7 Zakljucek

Izkoriscanje energije morja predstavlja velik potencial in nezanemarljiv prispevek k popolnemurazvoju okolju neskodljive energije. Ocenjena globalna teoreticna energija, ki uposteva samo

11

energijo, pridobljeno iz valovanja, znasa 8 ∗ 106 TWh na leto ([9], 1 kWh = 3,6 MJ), kar je zaokoli dva velikostna reda vec, kot je proizvodnja vseh hidroelektrarn skupaj.

Ena od slabosti, ki mocno omejuje razvoj pridobivanja energije morja, je cenovna nedosto-pnost. Cena energije, pridobljene z izkoriscanjem morja, je odvisna tudi od nacina pridobivanjaenergija. Najvisjo ceno ima termalna energija (OTEC), najnizjo pa potencialna plimska ener-gija. Glede na [10] po oceni Evropske unije znasa cena za energijo valovanja okoli 5 e/kWh.Cena energije, pridobljene s hidroelektrarnami in jedrskimi elektrarnami v Evropski uniji, znasanekaj centov na kWh, enako ceno ima tudi energija, ki je pridobljena preko potencialne energijemorja v Franciji.

Kot alternativnni vir energije fosilnim gorivom, predvsem glede na soncno in vetrno energijo,je energija, pridobljena z izkoriscanjem morja, za zdaj se v ozadju. Vseeno pa se tudi na tempodrocju kaze velik napredek. V nacrtu Evropske komisije je povecanje pozornosti energijioceanov, do leta 2020 naj bi ze imeli vzpostavljen sistem za izgradnjo morskih elektrarn (vec otem v [12]).

8 Literatura

[1]: A. M. Gorlov, Tidal energy, Encyclopedia of Ocean Sciences, Academic Press, London, pp.2955-2960 (2001)

[2]: G. Bauiges, I. Zamora, A. J. Mazon, V. Valverde, F. J. Perez, Sea energy conversion:problems and possibilities ; International conference on renewable energies and power quality(2006)

[3]: S. R. Tousif, S. B. Taslim, Tidal power: an effective method of generating power, Interna-tional Journal of Scientific & Engineering Research 2.5 (2011)

[4]: M. Ragheb, A. M. Ragheb, Wind turbines theory - the Betz equation and optimal rotor tipspeed ratio, Dr. Rupp Carriveau (Ed.), InTech (2001)

[5]: J. Andrews, N. Jelley Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts, Oxford Uni-versity Press, 2nd edition (2013)

[6]: A. Vosough, Wave energy, International journal of multidisciplinary sciences and enginee-ring, 2.7 (2011)

[7]: Benoit Cushman-Roisin, Environmental fluid mechanics (str. 71-79), (v pripravi z JohnWiley & Sons, Hoboken)

[8]: W. Han, Physical Oceanography, University of Colorado, Chapter 4: Ocean waves (2014)

[9]: L. Rodrigues, Wave power conversion systems for electrical energy production, Nova uni-versity of Lisbon (2005)

[10]: S. M. Masutani, P. K. Takahashi, Ocean thermal energy conversion, Encyclopedia of OceanSciences1993-1999 (2001)

[11]: X. Wang, Z. Huang, L. Li, S. Huang, E. Hao Yu, K. Scott, Energy generation from osmoticpressure difference between the low and high salinity water by pressure retarded osmosisJournal of Technology Innovations in Renewable Energy, 1.2, 122-130 (2012)

[12]: Evropska komisija, Sporocilo komisije Evropskemu parlamentu, Svetu, Evrospkemu ekonomsko-socialnemu odboru in odboru regij (2014)

12