Energia z oceanów. Fale i prądy morskie lepsze od atomu?

Stumetrowe rury unoszące się na powierzchni oceanu miały być pierwszym krokiem w przyszłość. Każdy z trzech wielkich modułów o wadze 750 ton każdy unosił się na powierzchni wody 5 km od wybrzeży Portugalii. Wewnątrz znajdowały się generatory, które wykorzystywały wywoływany ruch połączonych przegubami rur do generowania elektryczności. Podmorski kabel dostarczał na ląd 2,25 MW mocy.

Tak wyglądała uruchomiona w 2008 r. pierwsza na świecie komercyjna elektrownia korzystająca z energii fal. Agucadoura, stworzona przez firmę Pelamis Wave Power, miała docelowo składać się z 31 takich generatorów i dostarczać mocy wystarczającej do zasilenia 15 tys. domów.

Projekt, którego pierwsza faza kosztowała 8 mln euro, szybko napotkał jednak trudności. Pierwsze trzy generatory musiały zostać odholowane z powrotem do portu już po czterech miesiącach w celu dokonania napraw i wprowadzenia poprawek. A wkrótce potem uderzył z pełną siłą globalny kryzys finansowy. Elektrownia została zamknięta, a w 2014 r. firma Pelamis ogłosiła bankructwo.

Elektrownia była pierwszym na tak dużą skalę projektem mającym wykorzystać energię fal  do bezpośredniego generowania prądu. Mimo jej porażki, można uznać, że była ona pierwszym, nieśmiałym testem czegoś, co potencjalnie może zrewolucjonizować całą globalną energetykę.

Energia oceanów - wykorzystanie pomysłowych, technologicznych rozwiązań zaprzęgających fale, pływy, gradienty zasolenia i prądy morskie do produkcji elektryczności - ma kolosalny potencjał. Według prognoz Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA), morza i oceany mogłyby potencjalnie generować od 45 tys. do 130 tys. terawatogodzin (TWh) energii. W 2020 r. cały świat zużył ok. 24 tys. TWh elektryczności.

Naukowcy ostrzegają: Morza stają się coraz groźniejsze dla ludzkości

Pomysłów na to, jak wykorzystać morza do zasilenia komputerów, pralek, fabryk i elektrycznych samochodów jest wiele. Wszystkie jednak są wciąż dopiero w fazie wstępnych testów na stosunkowo niewielką skalę. Wśród nich są:

• Energia pływów: Podobnie jak konwencjonalne tamy hydroelektryczne, elektrownie pływowe, zbudowane w ujściach rzek, dwa razy dziennie, podczas przypływu i odpływu. Mogą przypominać konstrukcją klasyczne zapory lub polegać na sieci generatorów zawieszonych w toni wody.
• Energia fal: Fale mogą napędzać turbiny i inne, przypominające boje czy latawce urządzenia wykorzystywane do generowania mocy. Może napędzać systemy mechaniczne do generowania mocy. Początkowo zlokalizowane tuż przy wybrzeżu, coraz większe elektrownie eksperymentalne przenoszą się teraz na otwarte morze.
• Energia prądów oceanicznych: jest morskim odpowiednikiem energii wiatrowej. Wielkie, podwodne turbiny przymocowane do morskiego dna wykorzystują energię niesioną przez potężne, oceaniczne prądy do generowania prądu.
• Energia cieplna oceanów: Różnica temperatur między ciepłymi wodami powierzchniowymi a zimnymi głębszymi warstwami w regionach międzytropikalnych może być wykorzystana do wytwarzania pary, a następnie energii.
• Energia osmotyczna: Wytwarza energię z ruchu wody przez membranę między zbiornikiem ze słoną wodą a zbiornikiem wody słodkiej.

Wszystkie te formy energii mają wiele zalet. Są obfite, stałe, przewidywalne i dostępne na całym świecie. Tylko skoro jest tak dobrze, to czemu jeszcze nie czerpiemy z tego źródła pełnymi garściami?

Od 2011 r. łączna moc zainstalowanych na świecie generatorów wykorzystujących różne formy energii płynącej z oceanów wynosi ok. 500 MW i w zasadzie się nie zmienia. Przyczyn jest kilka.

Przede wszystkim koszty tych technologii są nadal wysokie. Co prawda turbiny i konwertery wykorzystujące energię fal są dziś nieco tańsze niż te, które powstawały w pierwszych latach energetyki wiatrowej, wciąż jednak daleko im do o wiele bardziej zaawansowanych lądowych sposobów generowania odnawialnej energii. W 2019 r. koszt wygenerowania kilowatogodziny za pomocą generatorów pływowych był mniej więcej trzykrotnie wyższy od ceny, jaką trzeba zapłacić za tę samą porcję energii wyprodukowaną przez morskie elektrownie wiatrowe. 

Ocean jest też po prostu trudnym środowiskiem dla tego rodzaju urządzeń, o czym przekonali się twórcy portugalskiej elektrowni. Wielkie instalacje na morzu będą ulegać korozji wywołanej działaniem wody morskiej i mikroorganizmów, będą stosunkowo trudne w serwisowaniu, będą wreszcie w istotny sposób wpływać na środowisko morskie: zanim energia oceaniczna zostanie zastosowana na wielką skalę, trzeba dokładnie przebadać jej wpływ na życie w oceanach, a także na inne gospodarcze sposoby wykorzystania mórz, przede wszystkim rybołówstwo.

Mimo to badania trwają, bo potencjał oceanicznych źródeł energii jest ogromny. Unia Europejska, USA i Wielka Brytania utworzyły morskie poligony do testowania różnych technicznych rozwiązań pozwalających na generowanie energii z fal. A energia pływowa doczekała się już zastosowań na skalę przemysłową.

Pierwsza duża elektrownia pływowa skończyła już pół wieku. Elektrownia La Rance, przerzucona przez ujście rzeki Rance w Bretanii, została uruchomiona w 1966 roku i generuje 240 MW mocy. Przez 54 lata była największą taką instalacją na świecie - aż do uruchomienia przez Koreę Południową nieco większej, generującej 254 MW mocy elektrowni pływowej Sihwa.

Oba te projekty pokazują, że energia pływowa jest stabilna, niezawodna, ale i wymaga znacznych inwestycji. Sihwa kosztowała niemal 300 mln dolarów. To o wiele mniej, niż elektrownia atomowa, ale też moc generowana przez takie źródła prądu jest na razie zdecydowanie mniejsza, niż ta płynąca z generatorów nuklearnych. Jednocześnie budowa elektrowni pływowych wymaga dość specyficznych warunków geograficznych, geologicznych i hydrologicznych. Nie da się ich po prostu postawić - ot tak - gdziekolwiek.

Co nie zmienia faktu, że oceaniczna energia jest jednym z potencjalnie najbardziej efektywnych źródeł energii - nasze technologie nie są jednak jeszcze dostatecznie zaawansowane, by mogła na dziś rywalizować z energią z wiatru i słońca. Jeśli jednak europejskie czy amerykańskie programy badawcze przyniosą rezultaty, za dekadę możemy doczekać się prawdziwej, morskiej rewolucji.