Jak zkrotit vlny, aby vyráběly elektřinu

Elektrárny na mořské vlny jsou velmi nadějným zdrojem čisté energie. Jejich výstavba a provoz se ale potýkají s řadou technologických potíží. I když jsou vlny jako zdroj elektřiny spolehlivější než například vítr, hustota takto získané energie je nízká, a proto musejí být zařízení na výrobu komerčně zajímavého množství elektřiny velmi rozsáhlá. Jejich efektivitu ale snižují i další jevy, jako například trvale se měnící směr vln. Průlom v řešení těchto neduhů slibují nové turbíny HydroAir^TM vyvinuté společností Siemens.

Stejně jako většina technologií, které využívají energii z oceánu, jsou elektrárny na mořské vlny relativně stále na začátku svého vývoje. Ve světě se konstruují různé typy elektráren, které se liší použitými technologiemi a využitím odlišných fyzikálních jevů. K nejnadějnějším patří typ, který využívá princip oscilujícího sloupce vln (OWC).  

Obr. č. 1: Nová turbína pro elektrárny na mořské vlny, která pracuje na principu oscilujícího sloupce vln, je mnohem účinnější než její předchůdkyně. Její efektivita dosahuje až 75 %, což představuje nárůst o téměř 40 %.

Hlavní část elektrárny, která funguje na principu oscilujícího sloupce vln, představuje několik dutých sloupcovitých komor. Každá z nich je otevřená pod hladinou moře, aby do ní mohly odspoda pronikat stoupající vlny. Dynamicky se měnící hladina vody uvnitř komor stlačuje vzduch, který se nalézá uvnitř. Ten je silou působení vody vytlačován ven z komory malým otvorem umístěným v její horní části. Tento proud stlačeného vzduchu pak bezprostředně pohání turbínu a generátor elektrické energie. S poklesem vln klesá i tlak v komoře a opět se do ní nasává vzduch. Celý tento jev se cyklicky opakuje, takže se turbína může otáčet nepřetržitě.

Neposlušné vlny mají smůlu

Velkým problémem tohoto řešení ale je, že směr a síla vln se neustále mění, a díky tomu rovněž výrazně osciluje směr produkovaného stlačeného vzduchu i jeho energie. Řešení tohoto problému přinesl nový typ turbíny k získávání energie z vln vyvinuté společností Dresser-Rand, která je od poloviny loňského roku součástí koncernu Siemens.

Aby se potlačil nepříjemný efekt oscilace změny směru stlačeného vzduchu, vývojáři opatřili turbínu speciálním krytem, podobným trychtýři, který navádí vzduch ze dvou stran na střed. Uvnitř turbíny jsou pak umístěny vodicí lopatky, které směrují vzduch směrem k rotoru turbíny. Vodicí lopatky na protějších stranách jsou orientovány opačně, aby nasávaný i vyfukovaný vzduch vždy poháněl rotor ve stejném směru rotace.

Nová pulsní turbína dostala název HydroAir^TM a je jedna z mála, pokud vůbec ne jediná svého druhu, která pracuje až s 75% efektivitou při výkonu 1 MW. Dosavadní podobná řešení dosahovala efektivity pouze kolem 38 %. Výrazně tedy vylepšuje finanční bilanci mořských vodních elektráren, které jsou jinak považovány za velmi perspektivní zdroj elektřiny.

Obr. č. 2: Infografika – schéma turbíny HydroAir^TM

Klíčem k vysoké účinnosti turbíny HydroAir^TM je právě zmíněný kuželovitý kryt, který způsobuje, že i malé množství vzduchu je vedeno tak, aby turbína mohla optimálně využívat přicházející proud vzduchu doslova v každém okamžiku. Vodicí lopatky poté zpomalují proud vzduchu uvnitř turbíny, vytvářejí řízený rotační pohyb, a tím předcházejí vzniku turbulencí v proudu vzduchu. Díky tomu dochází ke snížení ztrát způsobených turbulencemi až o 50 %.

Kryt turbíny HydroAir^TM je vyroben z materiálů kombinujících nerezové oceli, hliník a vyztužené kompozity. Musí totiž splňovat vysoké nároky z hlediska odolnosti vůči korozi v extrémně agresivním vlhkém a slaném mořském prostředí.

Elektrárnu tohoto typu lze instalovat jak přímo na moři, tak i v jeho bezprostřední blízkosti nebo dokonce i na pevnině. Kromě efektivní výroby elektřiny přináší ještě jednu velkou výhodu. Mořskou vodu hnanou pod tlakem z elektrárny lze totiž dále využívat. Po odsolení ji lze například distribuovat do vnitrozemí, především do oblastí trpících nedostatkem vody.

Tiskové materiály SIEMENS