ENERGIA MAREELOR

-Masini si actionari Electrice-Prof. Gloria Ciumbulea

Student: Visan Alexandru-GabrielGrupa: 2312 CData: 09.12.2010

1

CUPRINS

1. Introducere ……………………………………………………………………………………… 32. Generarea Energiei Mareo-Motrice ……………………………………………… 3

2.1. Proiectarea Centralelor …………………………………………………... 32.2. Constructia Centralelor Mareo-Motrice ………………………….. 42.3. Tipuri de Centrale Mareo-Motrice …………………………………… 5

2.3.1. Generatorul de curenti mareici……………………………. 62.3.1.1. Turbine axiale……………………………………… 72.3.1.2. Echipamente pe baza de efect Venturi ….. 72.3.1.3. Turbine de “curent incrucisat” cu ax

vertical sau orizontal…………………………… 82.3.1.4. Dispozitive cu pale oscilante …………………. 82.3.1.5. Calculul energetic ……………………………….… 8

2.3.2. Baraj Mareo-Motric …………………………………………… 92.3.2.1. Generatoare Ebb …………………………………. 92.3.2.2. Generarea Inundatiilor ………………………… 92.3.2.3. Baraj cu bazin dual ……….……………………… 92.3.2.4. Lagune Mareo-Motrice ……………………….. 10

2.3.3. Centrale Mareo-Motrice Dinamice ……………………. 103. Intretinere si exploatare ………….…………………………………………………. 114. Costuri si fiabilitate …………………………………………………………………….. 12

4.1. Descompunerea costului capital pentru cazul particular alinstalarii in curentii mareici a unei ferme de turbinemareeo-motrice………………………………………………………………13

5. Impactul asupra mediului inconjurator ………………………………………….. 14

2

Energia Mareelor

1. Introducere

Energia mareelor este energia mecanica produsa de influentele gravitationale ale Lunii sau Soarelui asupra apelor terestre, care mai tarziu poate fi transformata in energie hidraulica sau electrica. Prima centrala mareo-motrica de dimensiuni considerabile a fost pusa in functiune in anul 1966 (Centrala mareo-motrica La Rance din Franta). De-a lungul istoriei, acestea au fost folosite atat in Europa, cat si pe coasta Atlantica a Americii de Nord. Primele atestari au fost facute inca din timpului Imperiului Roman1.

Desi in prezent aceasta sursa de energie nu este exploatata nici la o fractiune din potentialul sau, in viitor, centralele de acest tip ar putea fi folosite la o scara mult mai mare datorita faptului ca mareele sunt mult mai previzibile decat vantul sau chiar energia solara. De-a lungul timpului s-a constatat totusi ca energia mareelor a avut dezavantaje cum ar fi costul ridicat al instalatiilor si disponibilitate redusa a zonelor in care mareele sa fie suficient de mari si viteza de curgere a apei sa fie suficient de ridicata incat o astfel de amenajare sa fie rentabila. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologica ce a produs anumite imbunatatiri in domeniul proiectarii turbinelor (ex: turbine axiale) indica faptul ca potentialul total al energiei mareelor este de fapt mult mai mare decat fusese estimate initial, si ca impactul asupra mediul, la fel ca si costul total al procesului pot fi aduse la un nivel acceptabil.

2. Generarea energiei mareo-motrice

Energia mareelor este singurul tip de energie care apare datorita miscarii relative a sistemului Pamant-Luna, si intr-o mai mica masura datorita sistemului Pamant-Soare. Forta mareelor produse de Luna si Soare, impreuna cu miscarea de rotatie a Pamantului sunt responsabile pentru aparitia mareelor. Aceasta energie provine din miscarea relativa a maselor mari de apa. Modificarile periodice ale nivelului marii si curentii asociati se datoreaza atractiei gravitationale ale Soarelui si Lunei. Magnitudinea mareelor intr-un anumit punct este rezultatul schimbarii pozitiei Soarelui sau al Lunei fata de Pamant. Din acest motiv, energia mareo-motrica este practice inepuizabila, astfel fiind considerata o sursa de energie regenerabila.

2.1. Proiectarea Centralelor

Tehnologiile pentru exploatarea curentilor mareici sunt concepute pentru a valorifica energia cinetica a curgerii apei cu viteze mari in zonele in care se produc maree. Un generator mareo-motric foloseste acest fenomen pentru a produce electricitate. Variatii mai mari sau viteze mai ridicate ale mareelor pot creste potentialul generarii energiei electrice. Miscarea mareelor cauzeaza o pierdere continua a energiei mecanice in sistemul Pamant-Luna datorita barierelor naturale de care se loveste 1 http://www.jstor.org/pss/3103639 “Research Notes: Early Tide Mills - Some Problems” de W.E. Minchinton

3

apa de-a lungul coastei si o disipare a vascozitatii platformei marine. Aceasta pierdere de energie a determinat incetinirea rotatiei pamantului in ultimele 4.5 miliarde de ani. De-a lungul ultimelor 620 de milioane de ani, perioada unei rotatii a crescut de la 21.9 la 24 de ore, iar energia rotationala a Pamantului a scazut cu 17%. Asadar, cu toate ca energia mareo-motrica isi ia o parte din putere din rotatia planetei, incetinindu-i miscarea, efectul ar putea fi observabt doar dupa o perioada de milioane de ani, facandu-l neglijabil.

Exista trei pasi principali implicati in conversia curentilor mareici:

Rotorul turbinei (sau orice alt tip de dispozitiv primar in miscare, care extrage energia curgerii) este actionat de curentul mareic. Acesta transforma energia curentului in energia de rotatie a axului.

Cutia de viteze transforma viteza de rotatie redusa a axului turbinei la viteza solicitata de axul generatorului.

Generatorul transforma energia mecanica a axului turbinei in energie electrica, aceasta fiind transportata catre tarm printr-un cablu aflat pe patul marii.

Un echipament ideal capteaza intreaga putere a curentului mareic din sectiunea transversala pe care o intersecteaza.. Acest lucru nu este posibil in practica; exista anumite conditii in care echipamentul nu poate functiona. La orice viteza puterea captata este intotdeauna mai mica decat maximul. Aceasta se datoreaza faptului ca dispozitivul primar in miscare nu poate avea niciodata o eficienta de 100%. Cantitatea maxima de energie care poate fi extrasa din curentii mareici este de 16/27 (59%) din energia teoretic disponibila.(adica limita data de Betz) si, ca si in cazul unei turbine eoliene acest randament nu poate fi atins, decat printr-o proiectare optima.

2.2. Constructia centralelor mareo-motrice

Tehnologiile pentru conversia energiei curentilor mareici sunt concepute modular, pentru ca echipamentele sa poata face fata cererii de putere si conditiilor existente in diferitele amplasamente. In viitor, acestea se vor putea instala fie ca unice echipamente, fie in siruri, in scopul de a inercepta o suprafata mai mare a resursei. Proiectele viitoare vor putea avea capacitati pornind de la cateva sute de kW, pentru instalarea unui unic modul, pana la cativa GW, in centrale maree-motrice cu multiple module.

Solutiile constructive acceptate necesita instalarea turbinei astfel incat sa urmareasca curgerea apei. Fortele de rezistenta ale mediului la orice sistem de conversie a energiei curentilor mareici sunt mari, comparativ cu cele intampinate de turbinele eoliene de aceeasi putere. Acest aspect pune probleme suplimentare proiectantului. Exista proiecte pentru echipamente care sunt amplasate rigid de patul marii sau echipamente suspendate de pontoanele flotante, ca in cazul echipamentului din Lacul Linnhe. Desi exista cateva exceptii, este general acceptat faptul ca sistemele fixe se preteaza cel mai bine

4

amplasamentelor cu ape putin adanci, iar sistemele suspendate/flotante sunt potrivite amplasamentelor cu adancimi mai mari ale apei.

In apele adanci, in care se regasesc 2/3 din resurse, sunt necesare proiecte de echipamente flotante submerse. Acestea permit evitarea efectelor induse de furtuni, comparativ cu cazul echipamentelor flotante la suprafata dar si inconvenientele aduse de montajul echipamentului in patul albiei. Avantajul echipamentelor ce folosesc solutii tehnologice de instalare flotante este de a putea fi montate oriunde folosind pentru instalare si montaj macarale si platforme plutitoare, acestea avand dezavantajul unor conditii de lucru mai dure, ca cele din Pentland Firth unde curentii mareici sunt puternici.

Una dintre cerintele fundamentale pentru echipamentele care exploateaza energia curentilor mareici este legata de structura de rezistenta pe care acestea sunt montate, date fiind conditiile severe existente in mediul marin. In present sunt luate in considerare trei optiuni:

Structurile gravitationale – sunt structuri masive din otel sau beton montate la baza echipamentelor specifice (lestarea lor) pentru a conferi stabilitate, in baza propriei inertii.

Structurile in formatie – sunt fixate de patul marii printr-unul sau mai multi piloni metalici sau din beton. Pilonii sunt fixati de patul marii prin batere cu ciocanul daca conditiile terenului sunt propice sau prin executarea prealabila a unor foraje, pozitionate si cimentate daca roca de baza este mai dura. In cea mai simpla forma, structura fixa a pilonului poate fi reprezentata de un unic pilon, care patrunde in patul marii, cu turbina fixata de pilon la adancimea dorita.

Structuri flotante – furnizeza o solutie mai acceptabila pentru amplasamentele din apele adanci. Unitatea turbinei este montata pe o coloana verticala fixata rigid de o barja. Barja este sustinuta de patul albiei prin intermediul unor lanturi ori funii care atarna intr-un container si pot fi fixate de patul marii prin blocarea cu ancore sau piloni, in functie de conditiile terenului.

Structurile pe piloni unici constituie o metoda cunoscuta si pare a fi optiunea cea mai folosita. Aceasta structura este in present limitata la adancimi mai mici de 50 m, date fiind capacitatile barjelor de remorcare. Dispozitivele cu pas variabil montate pe un pilonvor avea mecanisme rotitoare pentru rotirea echipamentului de conversie a energiei astfel incat acesta sa fie corect pozitionat pentru a infrunta urmatoarea maree (flux sau reflux).

2.3. Tipuri de centrale mareo-motrice

In esenta, energia transformata in electricitate de catre un echipament care exploateaza energia curentilor mareici depinde de amplasarea resursei, de dispozitivul primar aflat in miscare sau de rotor si de pierderile de putere ale sistemului (adica de toate elementele existente intre dispozitivul primar si elementele electrice care fac conexiunea in retea). Acesta este un sistem dinamic; modificarea unui element poate avea efecte semnificative asupra altuia.

5

Generarea Mareelor poate fi facuta prin 3 metode: Generatorul de curenti mareici, Barajul mareo-motric si Puterea Mareica Dinamica.

2.3.1. Generatorul de Curenti Mareici (GCM)

Un generator de curenti mareici este o instalatie care produce energie din miscarea maselor de apa. Aceste aparate functioneaza in mare parte la fel ca turbinele eoliene, astfel fiind uneori denumite ca turbine mareice.

Acest tip de masina a fost proiectata in perioada anilor 1970, in timpul crizei de petrol. Cu toate ca este un concept relativ nou, potentialul generarii puterii a unei singure instalatii de acest fel poate fi mai mare decat cel al unei centrale

eoliene cu parametri asemanatori. Cu cat densitatea apei este mai mare fata de cea a aerului, cu atat se poate produce mai multa putere de un singur generator la viteze mici ale apei in timpul mareelor (in comparatie cu o viteza similara a vantului). Dat fiind faptul ca puterea generate variaza odata cu densitatea mediului ambiant si cubul vitezei acestuia, este usor de vazut ca sa in cazul in care viteza apei ajunge la numai o zecime din viteza vantului, apa poate produce la fel de multa energie ca si vantul intr-o turbina de dimensiuni similare. Totusi, acest lucru limiteaza aplicabilitatea unei astfel de instalatii la zone in care viteza mareelor este de cel putin 2 noduri (~1 metru/secunda) chiar si atunci cand diferenta dintre flux si reflux este minima. La viteze mai mari, de 2 sau 3 metri/secunda ale apei marii, o turbina mareo-motrica poate accesa in mod normal de patru ori mai multa energie pe aceeasi suprafata ca o turbina de vant similara.

Dat fiind ca tehnologia generatorului de curenti mareici este inca “imatura”, nu a fost stabilit nici un standard in aceasta categorie, dar exista o mare varietate de proiecte folosite, unele fiind aproape de a se da in folosinta la scara larga. Cateva prototipuri s-au aratat a fi foarte promitatoare, dintre care multe sunt verificate in mod independent, de firme particulare. Centrul European De Energie Marina le-a clasificat in 4 categorii:

6

2.3.1.1. Turbine axiale

Turbina cu ax orizontal functioneaza foarte asemanator cu o turbina eoliana conventionala si proiectarea lor este similara. Turbina este plasata intr-un current mareic, care determina rotatia acesteia, si deci producerea de energie. Unele turbine pot fi amplasate in conducte pentru a crea efecte secundare ale curgerii, prin concentrarea curgerii si crearea unei diferente de presiune.

Turbinele cu ax vertical se bazeaza pe acelasi principiu ca turbinele cu ax orizontal, doar ca ao o alta directie de rotatie. Turbina este plasata intr-un current mareic, care determina rotatia acesteia, producand energie.

Acest tip de turbine sunt cele mai des raspandite, iar printre acestea se numara cea de la Kvaslund, la sud de Hammerfest, Norvegia, care desi este un prototip, are o capacitate de 300kW.

Compania Tenax Energy of Australia propune instalarea a 450 de astfel de turbine pe coasta orasului Australian Darwin, in stramtoarea Clarence. Aceste turbine prezinta un rotor cu un diametru de aproximativ 15 metri, cu o baza gravitationala cu foarte putin mai mare de atat pentru a sustine structura. Turbinele vor opera in ape adanci, sub nivelul de navigatie, iar fiecare turbine se presupune a fi capabila de producerea energiei pentru intre 300 si 400 de locuinte.

2.3.1.2. Echipamente pe baza de efect Venturi

Curgerea curentilor mareici este directionata printr-o conducta, care realizeaza o concentrare a curgerii si produce o diferenta de presiune. Aceasta are ca efect o curgere secundara a fluidului printr-o turbina. Curgerea rezultanta poate actiona o turbina direct sau diferenta de presiune indusa in sistem poate actiona o turbina cu aer. Conducta

poate fi montata vertical sau orizontal.

Compania australiana Tidal Energy Pty Ltd a avut cateva succese comerciale folosind echipamente cu efect Venturri. Aceasta a montat in 2002 in Queensland, pe Coasta de Aur 2 turbine mici, care, la o viteza a apei de 11 m/s (printre cele mai mari inregistrate in istorie), pot produce pana la 3.5 MW. Alt dispozitiv, anume “Hydro Venturi” urmeaza sa fie testate in golful San Francisco.

7

2.3.1.3. Turbine de “curent incrucisat” cu ax vertical sau orizontal

Acestea au fost inventate in 1923 de Georges Darreius, care a obtinut brevetul pentru ele in 1929. Aceste turbine pot fi actionate vertical sau orizontal.

Turbina Gorlov este o varianta a design-ului Darreius, avand un aspect elicoidal si urmeaza sa fie folosita la scara larga in Korea de Sud, incepand cu o centrala de 1MW, pusa in functiune in Mai 2009, dorindu-se sa se ajunga la 90MW pana in 2013.

In aprilie 2008, Ocean Renewable Power Company a dus la bun sfarsit probarea prototipului turbine-generator, in Eastport, Maine. Aceasta foloseste turbine “Advanced Design Cross-Flow”(ADCF) pentru a duce un generator magnetic montat intre turbine, pe acelasi arbore. ORPC a dezvoltat turbine-generator ce pot fi folosite pentru producerea energiei in rauri, din maree sau chiar curenti oceanici.

2.3.1.4. Dispozitive cu pale oscilante

Acestea au pale care nu se rotesc, ci se misca inainte si inapoi intr-un plan perpendicular pe curentul mareic. Miscarea oscilatorie utilizata pentru producerea energiei se datoreaza ridicarii create de curentul mareic care curge in orice parte a aripii. Anumite echipamente folosesc pistoane pentru a alimenta un circuit hidraulic, care actioneaza un motor hidraulic si un generator pentru a produce energie.

Un astfel de prototip, de 2kW, care foloseste doua aripi submarine in tandem a fost proiectat la universitatea Laval din Quebec, Canada, in 2009, iar proba s-a dovedit a fi un success. S-a inregistrat o eficienta hidrodinamica de 40% in timpul testelor.

2.3.1.5. Calcul energetic

Diverse design-uri de turbine au randamente variabile, astfel Puterea produsa variaza. Daca randamentul turbinei este cunoscut, ecuatia urmatoare poate fi folosita pentru a determina puterea

produsa de turbina: 2

Unde:

ξ = randamentul turbineiP = puterea generata (in watti)ρ = densitatea apei (apa marii are 1025 kg/m³)A = suprafata pe care actioneaza turbina (in m²)V = viteza apei

2 http://www.cyberiad.net/library/pdf/bk_tidal_paper25apr06.pdf

8

Fata de o turbine deschisa, intr-un curent liber, depinzand de geometria carcasei, o turbina inchisa cu un rotor de aceleasi dimensiuni cu prima, poate genera pana la de 3 sau 4 ori mai multa putere.

2.3.2. Baraj mareo-motric

Un baraj mareo-motric este o structura capabila sa capteze energie din miscarea maselor de apa care intra si ies dintr-un golf sau dintr-un rau datorita fortelor de gravitatie ale Lunii sau Soarelui. Spre deosebire de barajele traditionale, acestea permit apei sa patrunda in rau / golf in timpul fluxului, sis a intre inapoi in baraj in timpul refluxului. Acest proces este efectuat prin masurarea debitului fluxului sau refluxului si controlul ecluzei in moment cheie ale ciclului

mareic. Apoi sunt plasate turbine in dreptul ecluzelor pentru a primi energia hidraulica a apei.

Metode de generare:

2.3.2.1. Generare Ebb

Bazinul este mai intai umplut prin ecluze in timpul fluxului, dupa care se inched ecluzele. Portile turbinelor se tin inchise pana cand nivelul marii scade destul pentru a crea o diferenta suficient de mare fata de baraj, dupa care se deschid asa incat turbinele sa genereze putere pana cand diferenta este din nou mica. Dupa aceasta, ecluzele se deschid, turbinele se deconecteaza si bazinul se umple din nou si pentru a repeta ciclul.

2.3.2.2. Generarea inundatiilor

Bazinul se umple prin dreptul turbinelor care genereaza putere in momentul inundarii barajului. Aceasta metoda este mult mai putin eficienta decat generarea Ebb pentru ca volumul continut in partea de sus a barajului, cea care este folosita in cazul Generarii Ebb, este mai mare decat volumul continut de partea de jos, cea care este folosita in cazul de fata. Astfel, diferenta de nivel intre partea dinspre bazin si partea dinspre mare se amelioreaza mult mai repede decat in primul caz.

2.3.2.3. Baraj cu bazin dual

Alta metoda de configurare a barajului este tipul bazinului dual. In acest fel, un bazin este umplut in timpul fluxului si celalalt este golit la reflux. Turbinele sunt amplasate intre cele doua bazine. Unul din avantajele acestei metode fata de celelalte este acela ca timpul de generare poate fi modificat mult mai

9

usor, iar generarea puterii se face aproape constant. Cu toate acestea, in conditiile normale ale unui estuar, acestea sunt foarte costisitoare datorita cheltuielii facute cu prelungirea barajului.

2.3.2.4. Lagunele mareo-motrice

Bazinele mareo-motrice sunt baraje inchise independente construite in estuare mareice de nivel inalt care capteaza apa din timpul fluxului si o elibereaza pentru a genera putere, in jur de 3.3W/m2. Doua astfel de bazine care opereaza la intervale diferite pot garanta un flux continuu de energie de aproximativ 4.5W/m2. Avantajul acestui tip de central este ca nu blocheaza debitul raului.

2.3.3. Centrale dinamice mareo-motrice

Centralele mareo-motrice dinamice reprezinta cea recenta tehnologie de producere a energiei pe baza de maree. Este formata dintr-o structura sub forma de baraj cuprinsa intre tarm si largul oceanului cu o bariera perpendiculara in capatul indepartat. Aceasta constructie interactioneaza cu valurile create de maree care se deplaseaza in lungul coastei, ce contin curenti hidraulici puternici.3 Conceptul a fost brevetat in 1997 de inginerii olandezi Keels Hulsbergen si Rob Steijn.

Barajul folosit are o lungime cuprinsa intre 30 si 60 km si nu creeaza o suprafata inchisa. Cresterea acceleratiei pe orizontala a mareelor este astfel blocata. In multe zone de coasta, miscarea cea mai puternica a mareelor se desfasoara paralel cu tarmul, volumul de apa deplasandu-se mai intai intr-un anumit sens, revenind apoi pe aceeasi directie. Barajul este indeajuns de lung pentru a incetini miscarea apei pe aceasta directie, astfel creand o diferenta in nivelul apei. Aceasta poate fi transformata in energie hidraulica folosind o serie de turbine conventionale instalate pe baraj.

In acest fel, un singur baraj poate produce circa 8GW, avand un factor de capacitate de aproximativ 30%. Acesta poate ajunge, estimativ, la 23 de miliarde de kWh intr-un an. (to be edited: To put this number in perspective, an average European person consumes about 6800 kWh per year -> 3.4 milioane de europeni). Daca doua baraje sunt la distant sufficient de mare unul de celalalt (cca 200km), se pot completa unul pe altul in asa fel incat unul sa fie la capacitate maxima in timp ce altul este la capacitate minima si invers. Astfel de energie nu necesita o raza foarte mare a mareelor, asadar tehnologia de fata poate fi implementata in numeroase locatii in tari ce prezinta conditii prielnice, cum ar fi Korea, China sau Marea Britanie.

3 http://www.icoe2008.com/docs/programme_icoe2008.pdf K. Hulsbergen, R. Steijn, G. van Banning, G. Klopman (2008) - “Dynamic Tidal Power – A new approach to exploit tides"

10

3. Intretinere si exploatare

Foarte important este accesul la unitatea turbinei pentru a asigura întreţinerea acesteia. Întreţinerea şi repararea turbinelor mareomotrice necesită utilizarea unui vapor şi poate fi dificilă şi periculoasă ca şi în cazul turbinelor eoliene. Esenţiale pentru o întreţinere sigură şi rapidă sunt condiţiile de mare calmă şi vreme bună. Totuşi, în stadiul de proiectare se poate lua un număr de măsuri, pentru a reduce frecvenţa şi dificultatăţile pe care le implică procedurile de întreţinere. Lubrifianţii rezistenţi, etanşările şi lagărele de calitate şi palele puternice vor reduce frecvenţa întreţinerilor de rutină.

Cativa dintre factorii critici care influenteaza fiabilitatea echipamentelor pentru exploatarea energiei maree-motrice, dar care constituie in acelasi timp reale provocari ingineresti sunt urmatorii:

Fenomenul de cavitatie: Vitezele relativ mari la varful palelor rotorice favorizeaza formarea bulelor cavitationale, care sunt dificil de evitat in toate punctele din lungul palei. Desi conceptele de proiectare aplicabile pentru evitarea formarii cavitatiei in pompele si elicele hidraulice sunt bine intelese, in cazul turbinelor pentru curenti marini se impune o abordare diferita, datorita suprafetei rotorice mult mai mari. Cavitatia este de asemenea influentata de adancimea apei, astfel incat anumite fenomene de cavitatie pot fi evitate prin plasarea unitatii in apele mai adanci in amplasamentele cu potential de formare a cavitatiei.

Depuneri de micro-organisme: Multe echipamente instalate in mare devin recife artificiale, atragand o adevarata diversitate de organisme marine. Acestea acopera structurile si pot provoca o diminuare a performantelor echipamentelor folosite. Acoperirea partilor mobile cu aceste micro-organisme poate influenta performanta echipamentelor. Pentru impiedicarea depunerilor biologice au fost propuse mai multe metode.

Se cunosc multe metode pentru intretinerea turbinelor marine, multe dintre ele facand obiectul unor brevete sau contracte. Sistemele de acces pentru intretinere se pot imparti in trei mari categorii, care au costuri diferite, in functie de tipul si marimea vaporului/ barcii /macaralei si timpul necesar pentru derularea operatiilor:

Modificarea geometriei echipamentului. Echipamentul poate fi montat pe un turn fixat de patul marii, avand turnul extins deasupra nivelului marii. Echipamentul este ridicat pe turn (folosid un sistem gen cric) si golit de apa. Echipamentul se transporta pe tarm cu o ambarcatiune. MCT este un exemplu de aplicare a metodei.

Modificarea portantei . Echipamentul este montat pe o structura semi-submersa, care poate fi manevrata catre suprafata prin modificarea portantei, unde se imbarca pentru a fi transportat pe tarm. Tidal Stream este un exemplu de aplicare a metodei.

Demontarea elementelor importante din partea echipamentului montate pe patul marii . Echipamentul este montat pe un pilon fixat in patul marii, dar care nu se extinde deasupra nivelului

11

marii si scafandrii sunt cei care demonteaza hidrogeneratorul de pilon. Hidrogeneratorul se poate demonta si cu ajutorul unui dispozitiv de tip ROV si a unei macarale, adus intr-o ambarcatiune, intretinerea putandu-se realiza la fata locului, sau pe tarm intr-un spatiu special amenajat. Un exemplu este echipamentul Hammerfest Strom.

4.Costuri si Fiabilitate

Schemele de amenajare pentru producerea de energie pe baza curentilor mareici au costuri capitale mari si costuri de exploatare foarte mici. Ca urmare, o atare schema poate sa nu produca venit pentru un numar de ani, astfel incat investitorii nu sunt in favoarea realizarii unor astfel de proiecte. Guvernele au posibilitatea de a finanta astfel de obiective, dar multe dintre acestea nu doresc sa o faca, datorita ratei mari de recuperare a investitiei si a implicatiilor mari, ireversibile, pe care le au aceste angajamente. Spre exemplu, politica energiei din Marea Britanie (Principiile majore 4 si 6 din cadrul Declaratiei de Planificare Politica 22) recunoaste rolul energiei maree-motrice si exprima necesitatea intelegerii de catre consiliile locale a obiectivului national mai amplu legat de energiile regenerabile, pentru aprobarea proiectelor de exploatare a energiei maree-motrice. Insusi guvernul Marii Britanii evalueaza viabilitatea tehnica si amplasamentele disponibile si a lansat o schema de finantare, numita ‘Marine Renewables Deployment Fund’, simultan cu cautarea unor alte surse de finantare a energiei maree-motrice prin ‘Renewables Obligation’.

Exista trei elemente in calculul costurilor, care stabilesc eficienta acestora:

“Eficienta” tehnologiei de a capta energia (spre exemplu, faptul ca in prezent toate turbinele eoliene comerciale utilizeaza un rotor cu ax orizontal, spre deosebire de alte configuratii, constituie un indiciu al eficacitatii acestei abordari);

Costul capital al echipamentelor instalate;

Costurile de operare ale echipamentelor.

Costul capital al instalarii echipamentelor maree-motrice poate fi descompus in:

costul echipamentului in sine

costul tuturor celorlalte elemente necesare pentru a-l face functional – fundatii, cablaje, instalare si conectare la retea.

Costul unei turbine maree-motrice cu ax orizontal este similar cu cel al unei turbine eoliene, deoarece si acestea au nevoie de pale, butuc, transmisii si generatoare, structur de sustinere. Suplimentar, acestea trebuie adaptate la utilizarea prelungita in apa sarata. Aceste adaptari pot conduce la cresterea costurilor comparativ cu o turbina eoliana, dar exista avantajul unei bune cunoasteri a tehnologiei de exploatare a petrolului si a gazului in largul marii. De asemenea racirea fortata va permite ca toate componentele unei turbine maree-motrice sa fie mult mai apreciate, din punct de vedere

12

functional. Per ansamblu, este probabil ca turbinele maree-motrice sa aiba costuri initiale mai mari decat turbinele eoliene echivalente, dar datorita unor factori de functionare mai buni, nu vor depasi costul total al energiei.

Costul “tuturor celorlalte elemente necesare” pentru sistemele maree-motrice poate domina costul capital; totusi, pentru cele mai bune concepte de proiectare, acestea nu vor fi cu mult diferite de cele ale ale turbinelor eoliene din larg. Densitatea de putere/arie pentru curentii mareici este de cca. 4 ori mai mare decat cea a turbinelor eoliene din larg, astfel incat costurile de cablare vor fi corespunzator mai scazute. Suplimentar:

Costurile pentru fundatii ridica cele mai mari probleme.

Costurile de instalare a turbinelor maree-motrice – ca si pentru platformele petroliere din larg – vor depinde de solutiile de proiectare. Pentru orice proiect care necesita ambarcatiuni, macaralele plutitoare sau instalatii de foraj, costurile escaladeaza rapid.

Costurile de operare pentru toate turbinele maree-motrice sunt substantiale. Pentru intretinere, accesul in canale, cum ar fi in Pentland Firth este dificil si probabil periculos, ca si in cazul de manipulare a echipamentelor mari.

Figura de mai jos prezinta descompunerea costurilor pentru instalarea unui echipament de conversie a energiei maree-motrice. Costurile structurale sunt considerabile, dar in acest caz cel mai mare cost este cel legat de sistemele de conversie a energiei. Acest grafic corespunde unui echipament mareo-motric instalat intr-o ferma de turbine marreo-motrice de o anumita marime intr-o zona specifica - si nu trebuie interpretat ca un grafic tipic aplicabil tehnologiei maree-motrice in asamblu. De fapt, exista diferente semnificative intre diferitele tipuri de echipamente si amplasamente de proiect. Suplimentar, imbunatatirea conceptelor de proiectare, optimizarea performantei / costului si experienta acumulata ar putea modifica radical ponderea relativa a diferitelor categorii de costuri.

4.1.Descompunerea costului capital pentru cazul particular al instalarii in curentii mareici a unei ferme de turbine mareeo-motrice

Se estimeaza ca, costurile curente de intretinere vor fi modeste, ca si in cazul altor infrastructuri marine la scara mare, cum sunt: podurile, navele etc, iar producerea de energie nepoluanta prin exploatarea mareelor se va putea califica pentru obtinerea de credite pentru reducerea emisiilor de bioxid de carbon. Conform unui studiu de fezabilitate referitor la energia mareo-motrica efectuat in British Columbia (2002), s-a estimat o reducere considerabila a costuriilor viitoare de producere a energiei, pe masura dezvoltarii in urmatorii ani a tehnologiilor existente si a unora noi. Presupunand ca va fi posibila exploatarea curentilor mareici cu viteze de peste 3,5 m/s si ca dezvoltarea acestei tehnologii continua, se estimeaza posibilitatea realizarii in practica a unor costuri ale energiei electrice de 5 – 7 ¢/kWh.

13

5. Interactiunea cu Mediul inconjurator

Principalul avantaj al echipamentelor mareo-motrice instalate in curentii mareici este acela ca pe parcursul duratei lor de viata nu emit gaze cu efect de sera si nu prezinta probabilitatea de a produce poluanti. Echipamentele mareo-motrice se pot instala intr-o gama de amplasamente si intr-un domeniu de scari, de la un unic echipament, pana la peste 30 de echipamente din componenta unei ferme de hidrogeneratoare mareeo-motrice localizate intr-o zona. Exista probabilitatea ca in viitor sa se asiste la concentrarea unui mumar de ferme intr-o zona relativ mica, pentru a maximiza utilizarea energiei disponibile a mareelor. Aceasta implica o crestere graduala a efectelor generate asupra mediului de utilizare a energiei curentilor mareici si o crestere semnificativa a efectelor cumulate, prin functionarea unui numar de ferme intr-o singura zona. Suplimentar, in timp se vor modifica si tipurile de medii afectate, pe masura ce imbunatatirile tehnologice si cerintele economice vor avea ca efect deplasarea fermelor de producere a energiei mareo-motrice din zone cu ape mai putin adanci catre ape mai adanci.

In prezent, desi se pot face multe prognoze, se cunosc de fapt foarte putine lucruri despre efectele generate asupra mediului de functionarea echipamentelor mareo-motrice. (nu sunt disponibile studii de evaluare a impactului asupra mediului generat de echipamentele mareo-motrice amplasate in curentii mareici). Ca urmare, este dificila prognozarea marimii efectelor cumulate asupra mediului, rezultate din desfasurarea echipamentelor maree-motrice si a fermelor in zonele care beneficiaza de curenti mareici. Nivelul impactului ar fi stabilit printre altele de numarul de unitati instalate si de densitatea acestora.

Anumite probleme specifice legate de interactiunea echipamentelor mareo-motrice cu mediul sunt:

Tehnologia: Tehnologia utilizata pentru asigurarea fixarii turbinei de patul marii poate avea diferite efecte. Spre exemplu, prima generatie propusa de turbine amplasate in curenti marini foloseau un pilon pentru prinderea turbinei si care putea perturba habitatele existente in patul marii, in timpul instalarii. O a doua generatie de solutii tehnice de proiectare ar putea utiliza sistemele de fixare prin ancorare, care pot avea un efect mai scazut asupra vietii salbatice de pe fundul marii, permitand in acelasi timp turbinelor sa functioneze in ape mai adanci.

Densitatea unitatilor instalate: Densitatea cu care sunt instalate unitatile poate de asemenea influenta producerea de efecte asupra mediului. Spre exemplu, daca un numar de turbine cu diametre de 16 m ar fi plasate in curentul mareic, acestea ar fi distantate la 60 m una de alta. Ca urmare, ar ramane o distanta minima de 44 m intre varfurile palelor. Turbinele ar fi pozitionate la 1000 m aval una de alta, in scopul de a reduce efectele negative asupra randamentelor provocate de turbulenta si pentru a permite curgerii mareei sa se autorefaca. Spatierea orizontala si axiala ar avea ca rezultat o densitate de 18 unitati/ km2, ceea ce ar permite

14

curentilor mareici, varietatii de viata salbatica si mamiferelor marine mai mari sa treaca fara a fi perturbate.

Modalitatea de aranjare/ pozitionare: Aranjamentul turbinelor marine ar putea de asemenea influenta impactul. Spre exemplu, randurile de turbine amplasate unul langa altul, ar putea putea avea efectul unei bariere mai mari care s-ar opune curentului mareic, decat in cazul in care turbinele sunt instalate in siruri dispersate.

Adancimea: Se vor utiliza ape cu adancimi cuprinse intre 20 – 80 m fata de nivelul de referinta cartat; ca urmare, orice forma de viata salbatica sau activitati marine care utilizeaza apele marii cu adancimi situate in afara acestui domeniu, nu vor fi direct afectate.

Un studiu al proiectului Roosvelt Tidal Energy in East River, New York City a utilizat 24 de senzori hidroacustici pentru a detecta si a monitoriza miscarea pestilor in aval si in amonte fata de 6 turbine. Rezultatele au dezvaluit ca:

1) Foarte putini pesti folosesc aceasta portiune a raului2) Pestii care folosesc aceasta zona nu instra in portiunea in care ar putea fi pusi in pericol

de lamele turbinei3) Nu exista dovezi ca pestii ar intra in zona lamelor.

Alte studii in curs de procesare, efectuate de Northwest National Marine Renewable Energy Center vor sa caute si sa stabileasca protocoale de masura ale conditiilor fizice si biologice precum si sa monitorizeze schimbari de mediu associate dezvoltarii energiei mareo-motrice.

Bibliografie

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_power 2. http://www.aquaret.com/ 3. K. Hulsbergen, R. Steijn, G. van Banning, G. Klopman (2008) - “Dynamic Tidal Power – A new

approach to exploit tides"4. http://www.cyberiad.net/library/pdf/bk_tidal_paper25apr06.pdf 5. “Research Notes: Early Tide Mills - Some Problems” - W.E. Minchinton

15