Miten sähköä tuotetaan suoraan merestä?

 

Miten sähköä tuotetaan suoraan merestä?

https://www.youtube.com/watch?v=kYngNMxmVEk

Videon perusteella sähköä voidaan tuottaa suoraan merestä viidellä eri menetelmällä, jotka hyödyntävät valtamerien mekaanista, termistä ja kemiallista energiaa (0:32).

Alla on esitelty videossa läpikäydyt tavat ja niiden toimintaperiaatteet:

1. Vuorovesienergia (Приливы)

Tämä on tällä hetkellä luotettavin ja laajimmin käytetty muoto, sillä kuun ja auringon painovoiman aiheuttamat vuoroilmiöt ovat täysin ennustettavissa (1:26). Sähköä tuotetaan kahdella eri tavalla:

• Padot (Плотины): Vuorovesilahteen rakennetaan pato. Kun vesi nousee (vuoksi) tai laskee (luode), vesi virtaa padon läpi ja pyörittää kaksisuuntaisia kapseliturbiineja, jotka on kytketty generaattoreihin (5:31). Esimerkkeinä videossa mainitaan Rans-joen pato Ranskassa (toiminut jo 60 vuotta) (0:07) ja maailman suurin vuorovesivoimala Sihwa Etelä-Koreassa (12:50).

• Vapaasti virtaavat alukset ja pohjaturbiinit: Asennetaan merenpohjaan tai kelluviin aluksiin (kuten skotlantilainen Orbital O2) ilman patoa (0:16). Virtaava vesi pyörittää roottoreita samaan tapaan kuin tuuli tuuliturbiineja (14:51).

2. Merivirtaukset (Течения)

Valtamerissä liikkuu jatkuvasti valtavia vesimassoja, kuten Golfvirta tai Japanin rannikon Kuroshio-virta (2:19).

• Toimintaperiaate: Koska vesi on noin 800 kertaa tiheämpää kuin ilma, hitaatkin merivirtaukset pystyvät pyörittämään voimakkaasti turbiineja (3:40).

• Esimerkkinä videolla esitellään japanilainen Kairyu-turbiini, joka ei seiso pohjassa vaan leijuu ankkuroituna syvällä vedessä kuin leija tuulessa, mikä suojaa sitä pintamyrskyiltä ja laivaliikenteeltä (27:46).

3. Aaltoenergia (Волны)

Tuulen synnyttämät aallot sisältävät hyvin tiivistynyttä energiaa (2:44). Sitä hyödynnetään pääasiassa kahdella tavalla:

• Oskilloiva vesipatsas (Колеблющийся водяной столбец): Aalto nousee suljettuun betonikammioon (esim. aallonmurtajan sisään) ja työntää ilmaa ylös pienen turbiinin läpi (18:43). Kun aalto laskee, ilma imeytyy takaisin (18:52). Erityinen Wellsin turbiini pyörii aina samaan suuntaan riippumatta ilman virtaussuunnasta (19:11). Tällaista tekniikkaa käytetään mm. Mutrikun aallonmurtajavoimalassa Espanjassa (19:54).

• Nivelletyt kelluvat laitteet: Esimerkiksi Pelamis ("merikäärme") koostuu sarjasta toisiinsa kytkettyjä teräsputkia (20:30). Aaltojen liike taivuttaa niveliä, mikä pumppaa hydrauliöljyä moottoreiden läpi generaattorin pyörittämiseksi (20:39).

4. Lämpöenergia (Ocean Thermal Energy Conversion - OTEC)

Tämä menetelmä hyödyntää trooppisten merten pinta- ja syväveden välistä lämpötilaeroa (3:03).

• Toimintaperiaate: Pinnalla oleva lämmin vesi (yli 25 °C) höyrystää alhaisessa lämpötilassa kiehuvan nesteen (kuten ammoniakin) (3:03). Höyry pyörittää sähköä tuottavaa turbiinia (22:39). Tämän jälkeen noin kilometrin syvyydestä pumpattava kylmä vesi (4–5 °C) jäähdyttää höyryn takaisin nesteeksi, ja kierto alkaa alusta (3:13). Teknologiaa on testattu onnistuneesti muun muassa Havaijilla (23:33).

5. Osmoottinen energia eli sininen energia (Соль / Осмос)

Sähköä saadaan kemiallisesta reaktiosta, joka tapahtuu, kun makea jokivesi kohtaa suolaisen meriveden (3:30).

• Toimintaperiaate: Makea ja suolainen vesi erotetaan toisistaan puoliläpäisevällä kalvolla (membraanilla) (25:41). Luonnollisen osmoosin vuoksi makea vesi pyrkii virtaamaan kalvon läpi suolaisen veden puolelle tasoittaakseen pitoisuuseroja, mikä luo suolaisen veden puolelle kovan paineen (25:50). Tätä painetta voidaan käyttää turbiinin pyörittämiseen (27:07).

• Vaihtoehtoisesti (kuten Alankomaissa testatussa Afsluitdijk-padon projektissa) sähkövirta voidaan synnyttää suoraan ilman turbiinia ohjaamalla suolan varautuneet ionit erikoisten kalvojen läpi, jolloin systeemi toimii kuin akku (26:46).

---

Miksi merenenergia ei ole vielä maailman pääasiallinen sähkölähde?

Videon lopussa tuodaan esiin keskeiset haasteet, joiden vuoksi teknologia on edelleen kallista ja kehitysvaiheessa (0:58):

1. Korroosio: Suolainen merivesi syövyttää metallia erittäin nopeasti, joten laitteet vaativat kalliita erikoispinnoitteita (28:49).

2. Biologinen kerrostuminen: Turbiinit ja putket peittyvät nopeasti simpukoilla ja levillä, mikä heikentää tehoa ja vaikeuttaa huoltoa (29:08).

3. Rajut myrskyt: Merilaitteiden on kestettävä äärimmäisiä luonnonvoimia. Monet kokeelliset laitteet ovat rikkoutuneet jo muutamassa viikossa (17:27).

4. Kallis huolto ja infra: Laitteiden asentaminen ja korjaaminen vaatii erikoisaluksia ja sukeltajia, minkä lisäksi pitkien merikaapeleiden vetäminen rannikolle on erittäin kallista (29:35).

Tämän vuoksi merestä saatava sähkö on toistaiseksi selvästi kalliimpaa kuin perinteinen aurinko- tai maatuulivoima (30:02).