Renesance přílivové energie?

Na nejsevernějším výběžku Skotska, kde se střetávají vody Atlantiku a Severního moře, leží asi 70 téměř neobydlených ostrovů – Orkneje, Jsou známé pro svou divokou přírodu a historická místa z období neolitu. Díky silným mořským proudům kolem ostrovů se tato lokalita stala Evropským mořským energetickým centrem EMEC (European Marine Energy Centre) financovaným Evropskou unií. Centrum představuje největší výzkumnou základnu na světě pro ověřování obnovitelného zdroje energie, který byl po mnoho let neustále odsouván – pro přílivovou energii.

Pokud návrhy nových turbín „přežijí“ nelítostné vzdouvání skotských vln, pak zkrotí jeden z nejnadějnějších zdrojů obnovitelné energie na naší planetě. To ale není vše. Jde i o využití velkých oceánských proudů. Jejich využití by zcela přepsalo všechny předpovědi, kolik energie mohou oceány poskytnout. Mezivládní program o změně klimatu (IPCC) však tomuto zdroji nedává mnoho nadějí – předpokládá, že maximální příspěvek oceánů světové energetice do roku 2050 nepřekročí jedno nebo dvě procenta.

Proč se zprvu slapové elektrárny příliš neujaly

Přílivová energie vypadla ze seznamu obnovitelných zdrojů, protože počáteční pokusy předpokládaly výstavbu velkých, přehradám podobných staveb, označovaných jako barrages (hráze). První taková hráz byla vybudována ve Francii v ústí řeky La Rance v 60. letech 20. století. Dodnes zůstává největší slapovou elektrárnou na světě. Jen málokdo je však ochoten budovat podobné hráze a ti, kdo se o to pokusili, se setkali s velkým odporem. Příkladem je navrhovaný projekt v ústí řeky Severn. Odpor byl založen jednak na neúměrně vysokých nákladech, jednak na negativním dopadu na životní prostředí. Atraktivnější řešení nabízelo využívání energie mořských vln. Přesto energie přílivu a odlivu nebyla zcela opuštěna. Je totiž předvídatelná, obnovitelná, neznečišťující a mohutná. Inženýři proto přistoupili k jiné taktice. Místo využití vertikálního pohybu slapové energie se zaměřili na horizontální slapové proudy. Nejlepší způsob k využití těchto proudů spočívá v instalaci podvodních turbín. Jde o zařízení ukotvená na mořském dně a opatřená lopatkami otáčejícími se kolem horizontální osy. Fungují podobně jako větrné turbíny, lopatkami však otáčí proud vody. Získaná mechanická energie se v turbíně mění na elektřinu a ta se přepravuje kabelem na pevninu.

Důležitá je rychlost proudění

Slapové turbíny mohou v principu vyrábět velká množství elektřiny, pokud rychlost proudění vody je vyšší než 2,5 m/s. Hustota mořské vody je více než 800 × větší než vzduchu, proto je z hlediska kinetické energie pro výrobu elektřiny takový proud vody ekvivalentní větru o rychlosti vyšší než 260 km/h. To desetkrát převyšuje průměr dosahovaný v typické větrné turbíně. Ačkoliv se slapové proudy vyskytují všude v oceánu, málokdy jsou dostatečně rychlé, aby mohly vyrábět potřebné množství elektřiny. Dosahují potřebné rychlosti jen tam, kde je voda nucena téci do průlivů mezi ostrovy. Jedním z nich je Minas Passage v zálivu Fundy v kanadské provincii Nové Skotsko.

Nedostatek lokalit vhodných pro slapové turbíny způsobil, že technický pokrok byl v posledních letech mnohem pomalejší, než mnozí doufali. Čas pro slapovou energii ale znovu přichází, jak se domnívá Neil Kermoda z EMEC. Podle něj slapové turbíny přebírají vedení při využívání energie moří v soutěži s energií vln. Svědčí o tom například to, že ve vodách orknejských ostrovů se jen v posledních několika měsících zkouší 5 z 12 nových slapových turbín navrhovaných ve světě. Rychlost proudění vody zde dosahuje 3 m/s.

Nic není zadarmo

Využívání rychlých slapových proudů bude vyžadovat vysoce spolehlivé zařízení. Nebudou stačit miliony dolarů jen na instalaci podvodních turbín, ale budou třeba další miliony k jejich vyzvednutí a opravám. Kritickým problémem bude únava materiálu, protože oceánské proudění je velmi chaotické. Poruchy budou nevyhnutelné. Svědčí o tom ztráta všech lopatek krátce po instalaci turbíny společnosti Open Hydro v rámci zkoušek v zálivu Fundy v roce 2010. Proto se mnoho společností zaměřilo na robustnost zařízení. Například společnost Open Hydro dnes zkouší novou turbínu, jejíž rotorové lopatky jsou uloženy uvnitř prstence ve tvaru koblihy. Společnost tvrdí, že řešení je stabilnější, a proto lépe připraveno odolat bouřlivým vodám.

Jiné společnosti zase, místo aby vyvíjely zcela bezporuchová zařízení, sázejí na vývoj turbín, které by bylo možné snadněji vyzvednout k opravám. Například společnost Scotrenewables se sídlem v Stromness na Orknejích postavila volně plovoucí turbínu upevněnou na nadnášeném plavidle připomínajícím Žlutou ponorku s rotory podobnými lodnímu šroubu.

Největší problém slapové energie spočívá v nedostatku lokalit s rychlými proudy. Proto se někteří snaží překonat tento problém s pomocí turbín, které mohou využívat proudy i ve velmi mělkých vodách.

Do jak „nízké“ vody lze až jít?

Společnost Pulse Tidal se sídlem v Sheffieldu, ve Spojeném království, vytvořila turbínu pro mělké vody. Skládá se z páru vertikálních stožárů, které přidržují hydrofólii. Průtok vody kolem hydrofólie způsobuje její houpání, které pohání generátor. Jiní konstruktéři se zase snaží navrhovat turbíny, které mohou využívat pomalejší proudy. Zisk energie z turbíny je přímo úměrný třetí mocnině rychlosti průtoku vody. Snížení průtoku vody o dvojnásobek snižuje výrobu energie osminásobně. Proto i jen malý pokles průtoku může znamenat, že již není ekonomicky efektivní turbínu instalovat.

Využití pomalejších proudů

Fenomenální energetický výnos přesto čeká využívání pomalých proudů. Snížení minimální rychlosti průtoku na z 2,5 na 1,8 m/s by mohlo zdvojnásobit počet využitelných lokalit. Jednou z cest využití pomalejších proudů je umělé zvýšení jejich rychlosti. O to se snaží dvě turbíny ověřované na Orknejích. Turbína navržená společností Lunar Energy se sídlem v Glasgowě používá lopatky umístěné uvnitř zúženého potrubí, které nutí proud vody zvýšit rychlost. Jiný způsob spočívá v tom, že místo toho, aby byla zvýšena rychlost průtoku turbínou, pohybuje se samotná turbína. Děje se tak připevněním turbíny k podvodnímu draku, který je ukotven na mořském dně kabelem přenášejícím vyrobenou elektřinu. Tažení draku do slapových proudů vytváří vztlakovou sílu, podobně jako je tomu u draka vzdušného. Připojená turbína se pohybuje proti proudu a zvyšuje tak rychlost vody. Uvádí se, že výsledkem je desetinásobné zvýšení výroby elektřiny. Čím pomalejší průtoky lze využít, tím je k dispozici větší počet vhodných lokalit. Údajně lze využít rychlosti jen 1,0 až 1,5 m/s.

Využití oceánských proudů

I nejjasnější projekty však blednou před vidinou využití oceánských proudů cirkulujících okolo planety. Jejich výhodou je neměnnost směru proudění a to, že jim nehrozí slapové výkyvy. Howard Hanson z Florida Atlantic University v Boca Raton navrhuje využít části Golfského proudu protékajícího průlivem mezi Floridou a Bahamskými ostrovy. Pokud by bylo možné optimalizovat turbínu tak, aby fungovala v rozsahu rychlostí 1,8 až 2,0 m/s, bylo by reálné využít mnohé další oceánské proudy. Série takových turbín ve Floridském průlivu by podle Hansena mohla mít výkon až 200 000 MW. Taiwan má zájem o využití proudu Kurošio, což je obdoba Golfského proudu u východního pobřeží Asie s potenciálním výkonem 60 000 MW. Jinými kandidáty jsou Humboldtův proud v Jižní Americe nebo Agulhasův a Benguelův proud u jižní Afriky. Norská společnost Hammerfest Strong plánuje instalovat 10 svých jednomegawattových turbín v úzkém průlivu mezi ostrovy Islay a Jura v jihozápadním Skotsku. Na těchto ostrovech jsou závody na destilaci whisky, které budou získávat energii výlučně z mořských proudů. V současné době závisí budoucí osud slapové energie a energie mořských proudů na výsledcích ověřování zařízení na Orknejích.

Podle: Fred Pearce: Rising tide. New Scientist, 2011, č. 2830, s. 48‑ 51