Loodevooluenergia (tõusu- ja mõõnaenergia) — definitsioon ja toimemehhanism

Tutvu loodevooluenergia (tõusu- ja mõõnaenergia) definitsiooni ja toimemehhanismiga: kuidas loodeturbiinid töötavad, kuluefektiivsus ja keskkonnasõbralikkus.

Loodevooluenergia on elektrienergia, mida toodetakse vee loodete ja loodevoolude liikumisest. Loodevoolugeneraator on masin, mis ammutab energiat vee liikumisest tõusu- ja mõõnaperioodil. Loodevoolugeneraatorid ammutavad energiat veevoolust sarnaselt sellele, kuidas tuuleturbiinid ammutavad energiat õhuvoolust: liikuv vesi paneb pöörlema turbiini labad, mis omakorda käivitavad generaatori ja toodavad elektrit.

Mis on loodevooluenergia ja miks seda kasutatakse?

Loodevooluenergia viitab peamiselt energiavõtmisele mere- või jõevoolust, mis tekib loodete, loodevoolude ja nende ajal tekkivate kiirenduste tõttu. Loodevooluenergia on kolmest peamisest loodevooluenergia tootmisviisist (tõusunõlva- ehk tammilahendused, loodevoolusüsteemid ehk vooluturbiinid ja lahtised basseinid/lagoons) sageli kõige odavam ja ökoloogiliselt vähem kahjulik, kuna see ei nõua suurt paisu ega drastilisi geoloogilisi muutusi.

Toimemehhanism ja füüsika

Vee tihedus on ligikaudu 1000 kg/m³, mis on umbes 800 korda suurem kui õhu tihedus. Seetõttu kannab sama kiirusega liikuv vesi palju rohkem energiat kui õhk. Lihtsustatud vooluenergia väljendamiseks kasutatakse valemit, mis näitab sõltuvust kiirusest:

• P ≈ 0,5 · ρ · A · Cp · v³, kus ρ on vee tihedus, A on turbiini läbimõõt/ujuvtellise ristlõike pindala, Cp on võimsuskoefitsient (sõltub seadme tõhususest) ja v on voolu kiirus.

Sellest valemist nähtub, et saadav võimsus sõltub kiiruse kuubist (v³): väike kiiruse kasv annab märksa suurema energiakoguse. Praktikas peetakse majanduslikult tasuvaks voolukiiruseks sageli vähemalt ~1 m/s (umbes 2 sõlme), kuid ideaalsetes paigus on voolud oluliselt kiirem.

Peamised tehnoloogiad

• Tõusu- ja mõõnatammid (barrages) — suured konstruktsioonid lahe või suu kallal, mis kasutavad kõrguste vahet (head) ja juhivad vee läbi turbiinide. Näide: La Rance, Prantsusmaa.
• Loodevooluturbiinid (tidal stream turbines) — paigaldatakse otse tugevate vooludega aladele, töötavad nagu veealused tuuleturbiinid; väiksemad maastikubahendused kui tammidel.
• Lagoons ja suletud basseinid — osaliselt suletud alad, kus vee sisse- ja väljavoolu kontrollitakse ning kasutatakse turbiine sarnasel viisil.
• Dünaamiline loodevoolu tehnoloogia — kontseptsioonid ja eksperimentaalsed seadmed, mis kasutavad suuri mõõtmeid või spetsiaalseid takistusi voolu suunamiseks ja energiaks muundamiseks.

Eelised

• Ühetaoline ja ennustatav energiavoog — loodete tsükkel on ette teada, mis lihtsustab võrguplaneerimist.
• Suurem energiatihedus võrreldes tuuleenergiaga tänu veetihedusele.
• Pikaajaline tööiga ja madalam visuaalne mõju (paljud seadmed asuvad vee all).
• Võimalus pakkuda piirkondlikku ja stabiilset taastuvat energiat rannikualadele.

Piirangud ja keskkonnamõju

• Keskkonnamõju: Suuremad konstruktsioonid (nt tammid) võivad muuta veetaset, setete liikumist ja elupaiku ning mõjutada kalade rändeid. Loodevooluturbiinide mõju on tavaliselt kohalikum ja väiksema mastaabiga, kuid nõuab hoolikat keskkonnaanalüüsi.
• Tehnilised ja majanduslikud tõkked: kõrged esialgsed investeeringud, karm merekeskkond (soolavesi, korrosioon, biofouling), hoolduskeeld ja juurdepääsu keerukus.
• Paigast sõltuvus: vajalikud tugevad ja stabiilsed voolud piiravad sobivaid asukohti.

Asukoha valik

Nagu artikli alguses mainitud, on asukoha valik kriitilise tähtsusega. Loodevoolusüsteemid peavad paiknema kiirete hoovustega piirkondades, kus voolud koonduvad takistuste vahele — näiteks lahtede ja jõgede sissekäikudel, kaljude ja kändude ümbruses või saarte ja muude maismaamasside vahel. Optimaalsed paigad on ka piirkonnad, kus on suured loodete kõrguse-kõikumised või kitsa kanali tõttu kiirenenud voolud.

Majanduslikud aspektid ja näited

Loodevooluenergia projektide esialgsed kulud on kõrged, kuid operatsioonikulud võivad olla madalamad ning seadmed pikaealised. On olemas reaalseid projekte ja katsejaamu: näiteks La Rance tammi elektrijaam Prantsusmaal on üks vanimaid suurtööstuslikke näiteid; Šotimaal asuv MeyGen projekt on üks suuremaid tänapäevaseid loodevooluturbiinide arendusi.

Kokkuvõte

Loodevooluenergia (tõusu- ja mõõnaenergia) on perspektiivikas taastuvenergiaallikas, mis kasutab mere- ja jõevoolude suurt energiatihedust. Eriti sobiv on see piirkondades, kus voolud on tugevad ja püsivad. Kuigi tehnoloogia on suhteliselt uus ja nõuab märkimisväärseid investeeringuid ning hoolikat keskkonnamõjude hindamist, pakub see stabiilset ja ennustatavat elektrit ning täiendust teist tüüpi taastuvenergiale.

Küsimused ja vastused

K: Mis on loodete voolu jõud?

K: Mis on loodevoolugeneraator?

K: Kuidas ammutavad loodevoolugeneraatorid energiat veevoolust?

K: Mis teeb loodevooluenergia odavamaks ja ökoloogiliselt vähem kahjulikuks energiatootmise allikaks?

K: Millal mõeldi esimest korda välja loodete-voolude energia?

K: Miks võib üks loodete turbiin toota rohkem energiat kui sarnase võimsusega tuuleturbiin?

K: Kus peaksid loodevoolusüsteemid paiknema?

Otsing