Kairyu: gigantyczna turbina pływowa daje nadzieję na niekończącą się zieloną moc

Nieco ponad rok temu szkocka firma Orbital Marine Power uruchamiała dwumegawatową turbinę pływową na Morzu Północnym. Oczekiwano, że system wygeneruje wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby zasilić około 2000 szkockich domów i zrównoważyć 2200 ton CO2 rocznie.

Tymczasem podobna turbina oceaniczna o nazwie Kairyu znajdowała się już w wodzie u wybrzeży Japonii, przechodząc trzyletnią próbę wykorzystania mocy prądów głębinowych. Ogromną zaletą pływów jest to, że są przewidywalne. Zależni od ruchów pływów inżynierowie mają dostęp do cykli dziennych, dwutygodniowych, dwuletnich, a nawet rocznych, na których mogą oprzeć prognozy produkcji energii. Ponadto niewyczerpalna energia może być generowana zarówno w dzień, jak i w nocy przy minimalnym wpływie warunków pogodowych. W związku z tym niektórzy twierdzą, że ma ogromny potencjał, aby stać się głównym zamiennikiem źródeł paliw kopalnych.

Turbiny oceaniczne to zasadniczo podwodna wersja turbin wiatrowych, działająca w podobny sposób. Tutaj ruch wody — czy to z pływów, czy prądów — obraca łopaty przymocowane do wirnika, obracając wirnik i zasilając generator.

Największą elektrownią pływową na świecie jest stacja Sihwa Lake w Korei Południowej, która ma moc 254 megawatów, a następnie stacja 240 MW w La Rance w Bretanii we Francji. Elektrownia pływowa La Rance w Bretanii we Francji jest również najstarszą instalacją pływową na świecie. Otwarta w listopadzie 1966 roku była pierwszą tego typu, w której wykorzystano energię pływową jako źródło energii. Do tej pory stanowi istotne źródło energii dla regionu. Zbudowane przez EDF po drugiej stronie ujścia rzeki Rance, 24 turbiny elektrowni generują do 600 GWh energii rocznie, co odpowiada zużyciu energii w mieście wielkości Rennes we Francji. Od momentu budowy elektrownia wyprodukowała około 29 000 GWh energii elektrycznej.

Obie te elektrownie używają tak zwanej zapory, która jest długą podwodną ścianą (na przykład zapora w zakładzie La Rance ma 145 m długości) z bramami, które otwierają się i zamykają wraz z przypływami w sposób, który wykorzystuje ich potencjał do produkcji energii. Ta konfiguracja działa dobrze w przypadku generowania dużych ilości energii z wieloma turbinami; Jezioro Sihwa ma np. 10 turbin, a La Rance ma 24.

Kairyu działa trochę inaczej. Turbina o wadze 330 ton jest przeznaczona do pozyskiwania energii z prądów oceanicznych. System składa się z trzech połączonych cylindrycznych kapsuł. Środkowa kapsuła, która znajduje się kilka metrów wyżej niż te po obu stronach, zawiera złącze do nadajnika mocy, a także urządzenie do regulacji pływalności – aby umożliwić układowi poruszanie się na głębszej lub płytszej wodzie, a tym samym czerpanie korzyści z różnic w najsilniejszych miejscach prądu.

Źródło: IHI Corporation

Kapsuły po obu stronach mają łopatki turbiny na jednym końcu o długości ok 11 m i obracają się w przeciwnych kierunkach, aby ustabilizować pozycję generatora pod wodą.

Turbina zostanie zakotwiczona w dnie morza na głębokości 30-50 metrów. Cały system będzie położony wzdłuż prądu Kuroshio, jednego z największych prądów oceanicznych na świecie. Zaczyna się na wschód od Filipin i płynie na północny wschód przez Tajwan i Japonię.

Prąd płynie z prędkością 1-1,5 metra na sekundę, a okres próbny Kairyu pokazał, że system turbiny pływowej może stale generować 100 kW mocy (50 na jedną turbinę) przy prędkości przepływu 3 węzłów (czyli około 3,45 mil morskich na godzinę). Ponieważ prądy oceaniczne nie zmieniają zbytnio prędkości ani kierunku, systemy takie jak Kairyu mogą generować energię przez około 70 procent czasu w porównaniu z bardziej nieciągłymi źródłami, takimi jak wiatr na lądzie czy słońce.

Jako państwo wyspiarskie wydaje się logiczne, że Japonia powinna wykorzystać prądy oceaniczne do pozyskiwania energii gdyż na tym obszarze istnieje większy potencjał w zakresie mocy turbinowych prądów oceanicznych niż morskiej energii wiatrowej. Szacuje się, że prąd Kuroshio może potencjalnie generować nawet 200 GWh czyli około 60% obecnej mocy wytwórczej Japonii.