ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Του Λευτέρη Ι. Πισκιτζή, αρχιτέκτονα, υπ. διδάκτωρ ΕΜΠ, μέλος της διεθνής ένωσης ερευνητών ενεργειακού σχεδιασμού-EDRA & μέλος του κέντρου εναλλακτικής τεχνολογίας στην αρχιτεκτονική-CAT, episkitzis@yahoo.gr

Η ενέργεια από τα κύματα παράγεται από την κίνηση των κυμάτων στην θαλάσσια επιφάνεια που προκαλείται από τους κατά τόπους ανέμους.

Η κυματική ενέργεια αποτελεί μία μη συνηθισμένη χαμηλής συχνότητας πηγή ενέργειας η οποία θα πρέπει να μετατραπεί σε συχνότητα της τάξεως των 60 Ηertz πριν ενσωματωθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Παρόλο που τα τελευταία χρόνια πολλά συστήματα έχουν επινοηθεί μόνο ένα μικρό ποσοστό έχει δοκιμαστεί και αξιολογηθεί για την αξιοπιστία τους. Επιπρόσθετα, ελάχιστα από αυτά έχουν δοκιμαστεί στην θάλασσα υπό πραγματικές συνθήκες εξομοίωσης ενώ τα περισσότερα έχουν αξιολογηθεί σε εργαστηριακές δεξαμενές.
'Ένα σύστημα κυματικής ενέργειας μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο στον ωκεανό και να παράγει ενέργεια, μπορεί να είναι αγκυρωμένο στο πυθμένα ή πλωτό ανοιχτά της θάλασσας, ή σύστημα εγκαταστημένο στα παράλια ή στα ρηχά νερά. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί επίσης να είναι ολικά βυθισμένο στο νερό η να είναι τοποθετημένο πάνω από την θαλάσσια επιφάνεια σε μία πλωτή πλατφόρμα. Παρά τις δυνατότητες που παρουσιάζουν τα συστήματα κυματικής ενέργειας τα περισσότερα πρωτότυπα αυτών έχουν εγκατασταθεί στις ακτές. Η αισθητική επίδραση ενός συστήματος στο περιβάλλον εξαρτάται από τον τύπο που θα υιοθετηθεί, έτσι ένα σύστημα μερικώς βυθισμένο ή τοποθετημένο λίγα χιλιόμετρα μακριά δεν επηρεάζει την εναρμόνιση του συστήματος στο φυσικό περιβάλλον. Αντίθετα συστήματα κυματικής ενέργειας τοποθετημένα στις ακτές μπορεί να επιδράσουν αρνητικά στην όλη αισθητική και να μετατρέψουν ένα φυσικό περιβάλλον σε άκρως βιομηχανικό. Έτσι προσοχή απαιτείται τόσο στην μορφή του συστήματος που πρόκειται να υιοθετηθεί καθώς και πως θα εναρμονιστεί με την υπάρχουσα αρχιτεκτονική τοπίου και το φυσικό ανάγλυφο της περιοχής. Η συνεργασία του μελετητή αρχιτέκτονα και μηχανολόγου μηχανικού κρίνεται απαραίτητη και επιτακτική για αρμονικό σχεδιασμό.

Κατά την δεκαετία του '70 μόνο δύο χώρες κατάφεραν να αναδείξουν τις δυνατότητες των συστημάτων κυματικής ενέργειας μέσα από τα ερευνητικά τους προγράμματα, η Ιαπωνία και η Μεγάλη Βρετανία. Οι επίμονες προσπάθειες των ερευνητών τους κατάφεραν να βελτιώσουν την απόδοση παραγωγικότητας των συστημάτων αυτών. Σε γενικές γραμμές τα συστήματα μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες, τα σταθερά και τα πλωτά.

Τα σταθερά συστήματα τα οποία τοποθετούνται στις ακτές ή στα ρηχά νερά έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των πλωτών συστημάτων και συγκεκριμένα στον τομέα της συντήρησης.

Φωτομοντάζ ενός συστήματος κυματικής ενέργειας.

Ώστόσο, ο αριθμός των διαθέσιμων περιοχών κατάλληλες για σταθερά συστήματα είναι περιορισμένος. Οι ταλαντώσεις που συντελούνται στην στήλη νερού του συστήματος μετατρέπουν την κυματική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η διαδικασία που ακολουθείται γίνεται σε δύο στάδια. Καθώς το νερό εισέρχεται στο εσωτερικό του συστήματος αναγκάζει τον αέρα που υπάρχει να μετατοπιστεί προς το επάνω μέρος και να θέσει σε λειτουργία την τουρμπίνα η οποία μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική.

Η διαδικασία μετατροπής περιγράφεται σχηματικά στην παρακάτω εικόνα.

Σχηματική αναπαράσταση λειτουργίας ενός συστήματος κυματικής ενέργειας.

Η έρευνα που συντελείται στον τομέα αυτό τα τελευταία χρόνια έχει επικεντρώσει το επιστημονικό ενδιαφέρον της στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη στηλών νερού που απαιτούν λιγότερους περιορισμούς στην εγκατάσταση και συντήρηση.

Το σύστημα TAPCHAN
Ένα σημαντικό σύστημα είναι το λεγόμενο TAPCHAN (Tapered channel systems), πρόκειται δηλαδή για σύστημα με χρήση βαθμιαίων καναλιών σε δεξαμενή. Καθώς το νερό εισέρχεται στην δεξαμενή τα κανάλια συμβάλουν στην αύξηση του ύψους των κυμάτων και στην συνέχεια κινούν έναν άξονα τοποθετημένο παράλληλα σε αυτά. Η κίνηση του άξονα μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική και στην συνέχεια την διοχετεύει σε ηλεκτρικό δίκτυο ή αποθηκεύεται σε μπαταρίες. Η ιδέα του συστήματος αυτού υιοθετεί αρχές παραδοσιακού υδροηλεκτρικού συστήματος, συλλέγει νερό, αποθηκεύει νερό και μετατρέπει αυτό μέσω της κίνησης σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το σύστημα TAPCHAN

Τα συστήματα αυτά έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης, μεγάλη αξιοπιστία και επιπρόσθετα ότι η δεξαμενή έχει την δυνατότητα να παράγει ενέργεια όταν απαιτηθεί κάτι που δύσκολα επιτυγχάνεται με άλλα συστήματα. Δυστυχώς όμως τα συστήματα τύπου TAPCHAN δεν είναι κατάλληλα για εφαρμογή σε όλες τις παράλιες περιοχές. Ιδανικές περιοχές είναι εκείνες με σταθερό ρυθμό κυμάτων, με καλό μέσο ποσό κυματικής ενέργειας και με ύψος κυμάτων μικρότερο του 1 μέτρου, καθώς και παράλιες περιοχές με βαθιά νερά και έκταση για την εγκατάσταση δεξαμενής.

Τα πλωτά συστήματα:

Salter Duck, Clam και Archimedes

Τα πλωτά συστήματα, που είναι περισσότερο γνωστά στην ερευνητική κοινότητα είναι τα Salter Duck, Clam και Archimedes. Τα πλωτά συστήματα σε αντίθεση με τα σταθερά παράγουν ενέργεια από την αρμονική κίνηση του πλωτού τμήματος του συστήματος και όχι από την κίνηση της σταθερής τουρμπίνας στο εσωτερικό. Στα συστήματα αυτά οι οδηγοί ανεβαίνουν και κατεβαίνουν ανάλογα με την κίνηση του κύματος και η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται μέσω της κίνησης αυτής.

Η ανάπτυξη των συστημάτων αυτών ξεκίνησε την δεκαετία του '80 και η καθυστέρηση αυτή οφείλεται σε λάθος υπολογισμούς που έγιναν όσον αφορά το κόστος παραγωγής ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια με την ανάπτυξη της τεχνολογίας τα λάθη κατανοήθηκαν και η έρευνα και ανάπτυξη ξεκίνησε και πάλι. Όμως οι ρυθμοί ανάπτυξης γίνονται με αργό ρυθμό λόγω μειωμένων ερευνητικών κονδυλίων και κυβερνητικών επιδοτήσεων. Εξαίρεση αποτελούν κάποια ερευνητικά ιδρύματα στην Ευρώπη και φωτεινό παράδειγμα η Σκανδιναβία με το να πρωτοστατεί πλέον στο τομέα αυτό.

---

Παρακάτω, προσπάθεια γίνεται στο να περιγράψουμε τα πιο αξιόπιστα συστήματα κυματικής ενέργειας ερευνητικών προγραμμάτων.

Το σύστημα Mighty Whale

Το σύστημα Mighty Whale έχει μήκος 50 μ. και πλάτος 30 μ.

Αποτελεί το ερευνητικό πρόγραμμα Ιαπώνων επιστημόνων με την ονομασία Mighty Whale, όπως το όνομα προδίδει πρόκειται για κινητό σύστημα κυματικής ενέργειας που εξωτερικά το περίβλημα θυμίζει μικρή φάλαινα.. Το σύστημα Mighty Whale μετατρέπει την κυματική ενέργεια σε ηλεκτρική με την χρήση κάθετης στήλης νερού που περικλείεται στο εσωτερικό του. Καθώς το σύστημα κινείται στην επιφάνεια της θάλασσας, το νερό εισέρχεται στην κάθετη στήλη και κινεί την τουρμπίνα παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια.

Όπως φαίνεται στην εικόνα δεξιά το νερό εισέρχεται από το στόμιο του Mighty Whale και αυξάνει την στάθμη του νερού εσωτερικά, ο αέρας κινείται προς τα επάνω και κινεί την τουρμπίνα. Η διαδικασία θυμίζει αυτής των σταθερών συστημάτων, με την διαφορά ότι το σύστημα στην περίπτωση αυτή κινείται.	Σχηματική αναπαράσταση λειτουργίας του συστήματος Mighty Whale.

---

To σύστημα Wave Dragon

Ένα παρόμοιο σύστημα είναι αυτό με την ονομασία Wave Dragon. To σύστημα αυτό είναι πλωτό και κάνει χρήση μεγάλης θαλάσσιας επιφάνειας. Τα κύματα εγκλωβίζονται από δύο πλωτές πλατφόρμες από μπετόν τοποθετημένες η μία απέναντι από την άλλη σε απόσταση 227 μ. Η πλωτή δεξαμενή στην οποία καταλήγει το κύμα καταλαμβάνει όγκο χωρητικότητας 2.600 κ.μ..

Το νερό εισέρχεται στην πλωτή δεξαμένη και κινεί τις τουρμπίνες με ταχύτητα 100 κ.μ. το δευτερόλεπτο. Το σύστημα αυτό είναι το μοναδικό πρόγραμμα της Δανίας που συμμετέχει στο Ευρωπαικό Πρόγραμμα Κυματικής Ενέργειας. Είναι τυχαίο άραγε το γεγονός ότι η Ελλάδα δεν εκπροσωπεί κανένα πρόγραμμα και απουσιάζει εντελώς; μάλλον όχι, αφού ο ερευνητικός τομέας στην Ελλάδα έχει τα χαμηλότερα ποσοστά συμμετοχής στην Ευρώπη.

---

To σύστημα Swan DK3

Ένα άλλο πρωτοποριακό πλωτό σύστημα αποτελεί το Swan DK3, αρχικά αναπτύχθηκε από την Ιαπωνία, έλλειψη κονδυλίων οδήγησε στο να αναπτυχθεί από την συνεργασία της Κίνας με την Δανία. Στο σύστημα αυτό περιλαμβάνεται ένας αγωγός σε σχήμα L στο κάτω μέρος και το νερό εισέρχεται στον αγωγό και ο αέρας κινεί την τουρμπίνα στο επάνω μέρος παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Μοντέλα εξομοίωσης και πειράματα έχει προγραμματίσει το Ινστιτούτο Υδραυλικής της Δανίας στην Βόρεια θάλασσα για τα επόμενα χρόνια.

---

To σύστημα Wave Plane

Παρόμοιο σύστημα αποτελεί το Wave Plane η διαδικασία είναι ή ίδια με τα προηγούμενα η διαφορά βρίσκεται στο γεγονός ότι στην πρόσοψη του συστήματος έχουν εγκατασταθεί σπειροειδή οδηγοί που οδηγούν τα κύματα σε οριζόντιο αγωγό που στην συνέχεια κινεί την τουρμπίνα που μετατρέπει την κυματική ενέργεια σε ηλεκτρική.

---

Παρά το γεγονός ότι πολλά ερευνητικά προγράμματα συμβάλουν στην έρευνα και ανάπτυξη των συστημάτων κυματικής ενέργειας, αποτελέσματα των ερευνών και σύντομη εφαρμογών αυτών τείνει αδύνατη τις επόμενες δεκαετίες λόγω μη ύπαρξης επιδοτήσεων. Οι κυβερνήσεις δύσκολα επιχορηγούν προγράμματα εκμετάλλευσης μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αφού οι δεσμοί, πολιτικοί και κοινωνικοί με την αγορά πετρελαίου και την εξάρτηση τους, τα χαρακτηρίζουν ασήμαντα.

Από τη σειρά ecographιca.

Περισσότερη έρευνα και ανάπτυξη στην μείωση κόστους συντήρησης και αξιοποίησης συστημάτων κυματικής ενέργειας θα συμβάλει ενεργά στην εμπορική εκμετάλλευση των συστημάτων αυτών. Αξίζει και πάλι να αναφέρουμε ότι μοναδική εξαίρεση αποτελεί η κυβέρνηση της Σκανδιναβίας καθώς και το μοναδικό ερευνητικό έργο που συντελεί το Πανεπιστήμιο της Χαβάης με την εκπαίδευση μηχανικών μέσω μεταπτυχιακών προγραμμάτων, σεμιναρίων και συνεδρίων στον τομέα της κυματικής ενέργειας. Ας ελπίσουμε ότι περισσότερες κυβερνήσεις θα ευαισθητοποιούν στην έρευνα και ανάπτυξη συστημάτων κυματικής ενέργειας.