ENERGIE MOŘÍ

Světovým oceánem nazýváme veškerou vodní hmotu, která se nachází na povrchu země s výjimkou vod na pevninách. To jsou vody řek, jezer a podzemní vody. Nepatří sem ani vody v pevninských ledovcích, krystalické vody nerostů, vody biosféry a veškeré vody v atmosférických párách.

I z mořské vody se učíme získávat energii.

Ve světových oceánech je soustředěno 96,5% veškeré vody planety Země. Střední hloubka světových oceánů dosahuje přibližně hodnoty 3 790 metrů. Kdyby se veškeré vody oceánů rovnoměrně rozlily po celé ploše Země, dosáhla by hladina do výšky 2 200 metrů.
Světové oceány a moře mají vlastní proudový systém, rozvrstvení slanosti sedimentů. Důležité je rozvrstvení teplot ve vodních masách. Vrchní vrstva má značně kolísavou teplotu a podléhá sezónním změnám. Další vrstva, která na předešlou těsně navazuje, je již podstatně tepelně stálejší. Hranice mezi nimi je však neostrá. Pohybuje se v hloubkách od desítek do tisíce metrů. Dochází zde k prudkému zlomu v teplotě. Obecně se dá říci, že klesá se stoupající zeměpisnou šířkou. Například v tropech se nalézá již v hloubce několika desítek metrů. Toto tepelné rozhraní zásadně ovlivňuje rozsah proudění vodních mas.
Dalším činitelem ovlivňujícím vody oceánů je hustota vodstev. Je závislá na teplotě a na slanosti.
Na všech těchto základních a i na dalších, podružnějších vlastnostech závisí a přímo z nich vyplývají možnosti jejich energetického využití.

Zařízení na využití energie mořského vlnění z přelomu století.

Energie vlnění

Celá hmota světových moří je v neustálém pohybu, a to nejen na povrchu, ale i ve značných hloubkách. Vertikální pohyb vodních částic mění úroveň mořské hladiny, horizontální pohyb je příčinou vzniku jak místního, tak celooceánského proudového systému.

Plovoucí vlnová elektrárna, tzv. Cockerellovy plovoucí trámy - pontony. 1) zadní stabilizační část elektrárny, 2) střední část se strojovnou, vodním motorem a alternátorem, 3) přední nárazová část plavidla.

Nejdůležitějším pohybem vodních částic na povrchu oceánů a moří je vlnění, které má různý původ. Vlnění působené větrem, slapové působení Měsíce a Slunce, vlnění před ústími velkých řek, katastrofické vlnění tsunami, které je následkem podmořských zemětřesení.
Odhaduje se, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahuje hodnoty 342 miliard MJ. Zatím se však tohoto zdroje využívá velice málo.
První kroky k praktickému využití mořského vlnění však už byly učiněny. Například bylo vypočteno, že každá vlna vzdutého moře při pobřeží Velké Británie má nepřetržitě po celý rok na jeden metr své délky výkon 50 až 80 kWh.
Jedním z mnoha řešení je návrh na používání trojdílných pontonů. Ty by byly zakotveny na dně a ležely na povrchu mořské hladiny. Pohyb vln by se přenášel na vodní motor.
Další zajímavý návrh je znám pod jménem Ploeg. V podstatě jde o řadu plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Tento pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor.
Jiný způsob využití vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 m a široké 12 m. Mořské vlny stlačují v komorách stanice vzduch a pohánějí 3 turbíny s generátory o výkonu 200 kW. Takto upravená elektrárna je víceúčelová, protože plní funkci vlnolamu před přístavem a před rybími farmami.
U havajského pobřeží byly prováděny pokusy s minielektrárnami umístěnými v mořských bójích.

Princip vlnové elektrárny Dam - Atol.

Na převratnou myšlenku ve využití energie mořských vln přišli pracovníci firmy Lockheed. Navrhli novou konstrukci elektrárny Dam-Atol. Je to umělý ostrov, na kterém by byla umístěna přehrada. Vlnová elektrárna má být kruhová o průměru 76 m. Lopatky zvláštního tvaru by přiváděly vodu z moře do středu elektrárny, kde by se vytvářel mohutný vír, který by otáčel lopatkami turbíny. Přivaděč vody by měl průměr 20 m a hydrogenerátor by dosahoval výkonu až 2 MW.

Elektrárny pro využití mořského příboje

Charakter mořských vln se výrazně mění při jejich příchodu do mělkých vod. Narazí-li vlny na mořské dno, mění se jak jejich délka, tak i výška. Ta se zvyšuje a hřebeny vln se lámou.
Síla příboje při větších bouřkách je až neuvěřitelná. Například ve Francii přehazovaly příbojové vlny přes kamenný vlnolam vysoký 7 m balvany o hmotnosti až 3,5 t a betonový blok o hmotnosti 65 t posunuly na vzdálenost 20 m.
Příbojové vlnění svými nárazy na pobřeží vyvolává velmi silné otřesy. Velká sila příboje je zatím velice málo používána i proto, že v místech silného příboje se nenalézají velká města a ani se nestaví žádné velké průmyslové podniky.
Ojedinělá je proto příbojová hydroelektrárna na pobřeží Bretaně s generátory umístěnými pod mořskou hladinou.
V Japonsku byla zkonstruována vodní turbína s vertikálním hřídelem, použitelná pro oba směry průtoků vody. Lze ji použít i pro využití příboje. Její lopatky se samy otevírají asi na polovině obvodu ve směru proti vodnímu průtoku. Výsledná nerovnováha tvoří točivý moment. Čtyřlopatkové turbíny mají průměr až 700 mm a výšku 150 mm.

Energie mořských proudů

Cirkulace vodních mas ve světových oceánech a mořích je nejen periodická, ale uchovává svůj směr a rychlost. Stabilní proudy jsou součástí celooceánské cirkulace. Proudy přemisťují obrovská množství vody na velké vzdálenosti. Jsou určujícím elementem teploty vodstev jak na povrchu, tak v hloubce a podstatně ovlivňují klima přilehlých pevnin - například Golfský proud otepluje evropský kontinent.
Energetické využití těchto mořských proudů zůstává zatím ve stavu úvah a studií. Jako příklad lze uvést návrh na energetické využití části Golfského proudu mezi mysem Heterras a Floridou v USA. Průměrná rychlost proudu je v těchto místech 3,2 km/h ve spodních vodních vrstvách a 8,8 km/h při povrchu. Každou sekundu tudy proteče 70 miliónů m3 vody.

Teplé a studené mořské proudy.

Na úrovni mysu Heterras téměř 100 km široký proud vody se obrací k východu a směřuje k Evropě. Podle propočtů by se zde dalo získat z 1 m3 vody 0,8 kW elektrického výkonu. Celkový energetický výkon Golfského proudu v těchto místech se odhaduje na 25 tisíc MW.
V projektu se uvažuje o využití velkých turbín o průměru asi 170 m, se dvěma lopatkami oběžného kola, otáčejícími se rychlostí 1 otáčka za minutu. Turbíny mají být upevněny ocelovými lany k těžkým kotvám v hloubce 30 m až 130 m pod hladinou. Jejich vzájemná vzdálenost by byla 100 m i s propustěmi pro proplouvání velkých lodí. Všechny projekty využívání mořských proudů s sebou však nesou velké riziko. Mohlo by dojít ke zpomalení Golfského proudu a možné katastrofické důsledky se dají stěží odhadnout.
Francouz Morion navrhuje zapustit do mořského dna obrovské disky, které by se otáčely spolu s mořským proudem. Turbína by měla průměr víc než 100 m. Tyto elektrárny navrhuje umístit k pobřeží Francie, Japonska a Iberských ostrovů. Zkušební projekt byl zrealizován u jižního pobřeží Sicílie. O tento projekt je ve světě značný zájem již také proto, že neohrožuje stabilitu proudů a nepodstupuje ekologická rizika.
V USA se kdysi objevil názor, že by bylo možné prokopat Floridský poloostrov a obrátit Golfský proud k severu podél amerického pobřeží při jeho plném energetickém využití. Příznivé klima by se tak z Evropy odstěhovalo do Ameriky, neboť Golfský proud by se k evropským břehům již nikdy nedostal. Uskutečnění takového projektu by přineslo katastrofické následky pro celý náš kontinent. Na západě by zimní teploty klesaly až na -43 °C a klima by bylo podobné klimatu Aljašky či Labradoru.
Podobných návrhů s možnými hrozivými následky bylo učiněno víc, ať už to bylo přehrazení Beringovy úžiny, či vybudování hráze mezi Gibraltarem a Afrikou. Vždy se však od nich naštěstí včas odstoupilo. Ekologické využití energie mořských proudů zatím čeká na svého objevitele.

Snad nejstarší návrh na využití energie mořských slapů (příliv a odliv) z roku 1438.

Přílivové elektrárny

Dmutí moře, které se projevuje pravidelným stoupáním a klesáním mořské hladiny, je důsledkem působení slapových sil Měsíce a Slunce. Na světových oceánech tak vzniká příliv a odliv. Na výšku přílivu a odlivu má zásadní vliv tvar pobřeží. Vysoké přílivy se tvoří tam, kde se dmoucí voda tlačí do úzkých a dlouhých zálivů. Nejvyšší známý příliv je u Nového Skotska v USA. Voda tam stoupá o plných 20 m.

Průřez jedním blokem Penžinské přílivové elektrárny:
1) Ochotské moře, 2) Penžinský záliv, 3) betonový blok elektrárny, 4) dopravní automobilový tunel přes hráz, 5) strojovna elektrárny s rozvodnami, 6) pomocná komunikace, 7) prostory pro zařízení elektrárny s rozvodnami, 8) přímoproudé vodní Kaplanovy turbíny s alternátory, 9) vyrovnávací vodní propusť, 10) základní deska.

Chod slapových sil, a tím přílivů a odlivů, je jen zdánlivě pravidelný. Během měsíčního dne (to je za 24 h, 50 min a 30 s) se na témže místě vystřídá dvakrát odliv a dvakrát příliv. Do tohoto ustáleného běhu svou přitažlivostí zasahuje Slunce a všechny nerovnoměrnosti planety Země. Výsledkem jsou potom nepravidelnosti v přílivovém a odlivovém rytmu vodních mas na různých místech Země. V určitém období vzniká takzvaný hluchý příliv a odliv. Dochází i k jednodennímu přílivu a odlivu. Při stavbě přílivových elektráren je třeba přihlížet ke všem vlastnostem toho či onoho místa a ke všem nepravidelnostem, které s sebou nese.
Ve Francii a Itálii jsou známy stavby přílivových mlýnů již ze 13. století. Přílivová vlna se vlévala přímo do nádrží a při odlivu se vypouštěla na mlýnská kola. Nepravidelnosti přílivů a odlivů však přinášely značné obtíže, a to nejen starobylým mlýnům. Potíže vznikaly i v později budovaných přílivových elektrárnách.

Situační plánek projektu dvoustupňové přílivové elektrárny v Penžinském zálivu. 1) hlavní hráz, 2) hráz, 3) přílivová elektrárna o výkonu 100 000 kW, 4) přílivová elektrárna o výkonu 35 000 kW, 5) plavební kanál pro mořskou dopravu.

Anglickou Dee Hydro Station v Cheshire o výkonu 635 kW je možno pokládat za nejstarší přílivovou elektrárnu. Byla postavena v roce 1913. Skutečně moderní přílivová elektrárna zahájila provoz až v roce 1966. Jedná se o francouzskou přílivovou elektrárnu v Bretani, v ústí řeky Rance. V těchto místech je průměrná výška přílivu 8,4 m. Nádrž nad elektrárnou využívá morfologického tvaru řečiště a má plochu 22 km2. Přílivová voda pro turbíny je navíc posilována i přítokem řeky. Výkon elektrárny je 240 MW. Elektrárna je vybavena 24 reverzními turbínami, takže využívá jak přílivu, tak odlivu. Pracuje ročně 2 250 hodin a produkuje 540 milionů kWh elektrické energie.
V roce 1984 byl v Kanadě v bazénu Annapolis s výškou přílivu až 15,8 m spuštěn první stroj přílivové elektrárny. Rotor přímoproudé turbíny se čtyřmi lopatkami má průměr 7,6 m a výkon 17,8 MW.
Vážnou nevýhodou přílivových elektráren je, že jejich pracovní doba mnohdy nesouhlasí s energetickou špičkou elektrizačních soustav. Další nevýhodou je i to, že místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou mnohdy značně vzdálena od míst spotřeby produkované energie. Ztráty na dálkových vedeních jsou pak natolik značné, že se stavba nevyplatí.
Přesto energie přílivů a odlivů je nadějným energetickým zdrojem pro využití v budoucnosti. Ročně by se tak mohlo získat 7,2 až 11,8 biliónů MJ elektrické energie. Slapová energie by tedy mohla mít v budoucnosti významnou úlohu.