Tipuri de Ferme Energetice Marine

Cap.3 Tehnologii regenerabile utilizand energia valurilor

3.1.Tipuri de ferme energetice marine

3.2. Ferme energetice marine fezabile în zona costieră a litoralului românesc

3.1. Tipuri de ferme energetice marine

Cele mai multe surse regenerabile folosite în prezent se află pe uscat însă avân în vedere faptul că mările și oceanele lumii ocupă circa 71% din suprafața Pământului ne putem astepta ca în viitorul cel mai apropiat să apară cât mai multe astfel de proiecte și în mediul marin în deosebi în zonele costiere.

Majoritatea sistemelor tehnologice folosite pentru a extrage si valorifica aceste resurse marine se află încă la început datorită eficienței energetice scăzute pe care o au raportată cu prețul de producție și de necesitatea unor mecanisme de protecție împotriva condițiilor extreme care se manifestă în mediul marin.

La nivel global, regiunile aflate în partea de vest a continentelor prezintă condiții de val mai energice care pot furniza cantități semnificative de energie ce pot fi extrase cu succes prin intermediul sistemelor WEC (Wave Energy Convertor). În cazul de față pot fi menționate partea de vest a Europei, America de Sud, Austraia și Noua Zeelandă. La nivel european zonele costiere din apropierea Marii Briianii, Scoției, Irlandei, Portugaliei sau Norvegiei sunt caracterizate cu valori energetice ale valurilor ce depășesc adesea 40kW/m.

Distribuția energiei valurilor a) la nivel global [34]; b) la nivel european

Punând accent pe sistemele WEC,criteriile cele mai des întâlnite de care trebuie să se țină cont sunt cele legate de amplasarea sistemului față de linia țărmului și pozitionarea acestora în raport cu direcția valurilor incidente.

Raportat la linia țărmului, sistemele WEC pot fi poziționate după cum urmează:

pe țărm;

în zona de coastă;

în zona de larg .

Raportat la modul în care sistemele WEC captează energia valurilor există trei categorii de clasificare:

terminator – sistemele sunt orientate paralel cu crestele de val având ca princiupiu de funcționare captarea sau reflexia valurilor; cele mai des întâlnite sunt cele de tip coloană de apă oscilantă (OWC) sau inundate (Wave Dragon);

atenuator – reprezintă un sistem plutitor poziționat în paralel cu direcția de propagare a valurilor;

punct absorbitor – este o structură plutitoare simetrică care absoarbe energia valurilor din toate direcțiile.

Clasificarea sistemelor WEC

Instalațiile de captare si valorificare a energiei valurilor se pot clasifica, după modul de funcționare, astfel:

Sisteme cu coloană oscilantă de apă – în componența căreia intră o cameră situată peste nivelul maxim al apei realizată prin o copertină de beton. La partea inferioară, aflată sub nivelul mării, camera are deschideri ce permit intrarea în interiorul camerei a valurilor astfel că mișcarea oscilatorie de ridicare si coborâre a nivelului apei produce comprimarea si decomprimarea continuă a volumului de aer aflat în interiorul camerei. La ieșirea din cameră este situată o turbină de aer care este pusă în funcțiune de mișcarea aerului. Generatorul care are rolul de a transforma energia mecanică în energie electrică se află în poziție axială cu turbina.

Sistemele cu acumulare de apă – mecanismul acestui sistem are similaritățile și principiile cele mai apropiate de mecanismele folosite de către centralele electrice convenționale. Mișcarea efectuată de apa din val este îndrumată către o rampă artificială care are rolul de ridica nivelul valului, ca apoi acesta să fie obținută prin deversare de un bazin plutitor.Astfel, returul apei din bazin către mare pune în mișcare turbina.

Plutitorii antrenați de val – principiul de funcționare constă într-un corp plutitor antrenat de mișcarea valurilor ce antrenează sistemul de generare fie într-un mod direct, fie cu ajutorul unor sisteme de convertire a oscilațiilor aflate în mișcare de rotație, ori prin intermediul unor articulații ce au rolul de a lega între ele un număr mai mare de plutitori.

Sistemele amplasate în țărm – unul dintre cele mai cunoscute sisteme amplasate în țărm sunt cele cu coloeane oscilante de apă. Un astfel de sistem, numit si Land Installed Marine Power Energy Transmitter (LIMPET) a fost amplasat pe coasta de vest a Scoției care a funcționat timp de 7 ani.

Secțiune transversală a camerei sistemului

Un alt sistem destinat amplasării în țărm este sistemul cu panou oscilant fiind constituit dintr-o cutie din beton armat și un panou batant aflat în partea superioară, articulat de cutie. Mișcarea, datorată oscilării panoului sub acțiunea valurilor, este transmisă către o pompă hidarulică care antrenează generatorul.

Sistem cu panou oscilant

Sisteme cu amplasare în apropierea țărmului – unul dintre aceste sisteme, primul folosit pentru captarea energiei valurilor care a produs energie într-o rețea a unui sistem energetic, a fost Wave Dragon. Instalația acestuia este alcătuită din două rampe largi care au rolul de a înălța valurile și de a le conduce către rezervor. Apa din rezervor, datorită gravitației, se reîntoarce în mare printr-o turbină conectată la un generator. Construcția este una simplistă datorită faptului că numai generatorul și turbina au părți în mișcare.

Principiu de funcționare a sistemului Wave Dragon

Sisteme cu amplasare în larg – primul sistem luat în considerare este utilizarea plutitorilor de tip geamandură care, prin mișcarea lor de înălțare si de coborâre odată cu valurile, produce energie mecanică care se transformă apoi în energie electrică.

Al doilea sistem se folosește de principiul panourilor batante care constau într-un panou carcasat, legat de o fundație de beton aflat pe fundul mării ce transmite mișcarea specifică oscilatorie pistonului care are rolul de a comprima uleiul din cilindru pentru a pune în funcțiune generatorul. Un astfel de sistem, primul de colectare a energiei valurilor de larg, este sistemul Pelamis. Structura acestuia este submersă, având în total șase cilindrii cu diametrul de 3,5 m, primii trei fiind flotori cu o lungime de 30 m fiecare iar ceilalți trei, denumiți moduli de putere, au lungimea de 5 m și conțin sistemul de conversie. Are patru segmente principale și trei elemente articulate ce face ca sistemul Palamis să aibă o lungime de 140 m. Elementele articulate, priectate astfel încât să absoarbă puterea indusă, sub acțiunea valurilor, au mișcări de sus în jos și de la dreapta spre stânga.

Sistemul Pelamis sub acțiunea diferitelor forme de valuri

Această mișcare este transmisă cilindrilor hidraulici care pompează, spre motoarele hidraulice, ulei la presiune foarte mare. Energia produsă de către modulele de putere este transmisă prin cablu spre o conexiune aflată pe fundul mării.

Sistemul Pelamis este amplasat de regulă la 2-5 km de țărm, la adâncimi mai mari de 50 km și poate genera o putere de 750 kW.

Schema sistemului Pelamis

Un nou exemplu de tehnologie de ultimă generație pentru captarea energiei valurilor reprezintă AWS (Archimeds Wave Swing) a fost dezvoltat de Teamwork Technology (companie olandeză) la mijolcul anului 1990. AWS-III este format de o gamă variată de celule cu membrane absorbante flexibile care convertesc puterea valului în putere pneumatică prin compresarea aerului în fiecare celulă. Celulele sunt interconectate, permițând astfel schimbul de aer dintre celulele în anti-fază. Seturile de turbină-generator sunt furnizate pentru a transforma puterea pneumatică în energie electrică. Un dispozitiv tipic va cuprinde o serie de doisprezece celule, fiecare măsurând în jur de 16 m lățime și 8 m adâncime, aranjate în jurul unei structuri circulare cu un diametru de 60 m. Un astfel de dispozitiv este capabil de a produce o medie de 2,5 MW dintr-o mare agitată, având o structură de oțel ce cântărește mai puțin de 1300 tone. AWS-III va fi ancorat în apă la adâncimi de aproximativ 100m, folosind standardele de acostare. Dispozitivele vor fi aranjate în ferme care pot produce de pâna la câteva sute de MW. Fiecare AWS-III este conectată la un centru de substație din larg prin intermediul unei legături de înaltă tensiune.

Amplasamentul dispozitivelor AWS-III

Alte exemple de tipuri de proiecte ce au atins stadiul de testare, mergând pe principiul punctelor de absorbție plutitoare sunt: Power Buoy OPT (Ocean Power Technologies utilizate în SUA și UK), WaveBob, Aquabuoy si OE Buoy (Irlanda).

http://www.awsocean.com/technology.aspx

http://www.teamwork.nl/en/portfolio/project/archimedes-wave-swing

http://www.aquaret.com/index.php?option=com_content&view=article&id=133&Itemid=276&lang=ro

3.2. Ferme energetice marine fezabile în zona costieră a litoralului românesc