Vuorovesivoima: sähköntuotannon perusteet ja vuorovesigeneraattorit

Tutustu vuorovesivoimaan: tehokkaat ja ekologiset vuorovesigeneraattorit, toiminta, edut ja sijoitusperiaatteet — kestävä ratkaisu merien puhtaaseen sähköntuotantoon.

Vuorovesivoima tarkoittaa veden vuoroveden liikkeistä tuotettua sähköä. Vuorovesivirtageneraattori on kone, joka ottaa energiaa vuoroveden liikkeestä. Vuorovesigeneraattorit ottavat energiaa veden virtauksista samalla tavalla kuin tuuliturbiinit ottavat energiaa ilmavirtauksista.

Vuorovesivoima on edullisin ja ekologisesti vähiten haitallinen kolmesta vuorovesivoiman päämuodosta.

Teknologiana vuorovesivoima on kehittynyt nopeasti viime vuosikymmeninä, vaikka ensimmäiset kaupallisemmat kokeilut ajoittuivatkin 1970-luvun öljykriisin jälkeiseen aikaan. Nykyiset ratkaisut hyödyntävät parempaa materiaalitekniikkaa, hydrodynaamista suunnittelua ja ennustettavaa vuoroveden ajoitusta sähköverkon hallintaan.

Miten vuorovesivoima toimii

Vuorovesivoima perustuu meren pinnan vaihteluun ja veden liikkeisiin, jotka aiheutuvat kuukausi- ja aurinkokunnan gravitaatiovaikutuksista. Energiaa voidaan ottaa talteen kahdella perusperiaatteella:

• Voimakkaiden virtauksien hyödyntäminen: virtaavia vedenmassoja kutakin ohjataan turbiinien läpi (ns. tidal stream -laitteet).
• Vertikaalinen korkeusero (head): veden korkeuden vaihtelu padottavissa järjestelmissä mahdollistaa veden ohjaamisen turbiinien läpi, kun vesi virtaa padon läpi.

Veden tiheys on noin 800 kertaa suurempi kuin ilman, joten samannopeinen vedenvirtaus voi tuottaa huomattavasti enemmän tehoa kuin tuuli. Tämän vuoksi yksittäinen vuorovesiturbiini voi olla yhtä tehokas tai tehokkaampi kuin vastaavan kokoluokan tuuliturbiini. Käytännössä vuoroveden on liikuttava vähintään 2 solmun (1 m/s) nopeudella jopa lähellä laskuvettä, jotta se voisi tuottaa energiaa.

Tyypilliset teknologiat

• Padotusjärjestelmät (barrages): rakennetaan lahtien tai suistojen suulle, jolloin veden korkeusero käytetään turbiinien kautta sähköntuottoon. Suuret padot tuottavat paljon energiaa, mutta niihin liittyy merkittäviä ympäristö- ja maisemavaikutuksia.
• Vuorovesivirta- tai -turbiinit (tidal stream): toimivat kuin veden alle sijoitetut tuuliturbiinit. Ne ovat usein pystyakselisia tai vaakasuoria roottoreita, ja ne voidaan asentaa yksittäisinä tai ryhmänä merenpohjaan kiinnitettyinä tai kelluvina.
• Vuorovesilaguunit: keinotekoiset altaat, joiden aukkojen kautta vesi virtaa turbiinien läpi nousu- ja laskuvesien aikana. Ne yhdistävät padon ja virtausperiaatteen piirteitä.

Sijainnin ja suunnittelun merkitys

Sijainnin valinta on ratkaisevan tärkeää. Optimaaliset paikat ovat kapeita kanavia, salmia, lahtien suita ja alueita, joissa luonnolliset virtauskanavat keskittyvät. Tärkeitä kriteerejä ovat:

• Vahvat ja säännölliset virtaukset
• Sopiva syvyys ja merenpohjan rakenne asennuksille
• Helppo yhteys sähköverkkoon ja infrastruktuuri
• Vaikutukset laivaliikenteeseen, kalastukseen ja suojelualueisiin

Ympäristövaikutukset ja mitigointi

Vuorovesivoima on päästötöntä käytön aikana ja tuottaa ennustettavaa energiaa. Silti sillä voi olla paikallisia ympäristövaikutuksia:

• Vaikutukset kalojen ja muiden merieläinten kulkuun — ratkaisuna ovat kalaystävälliset roottorit, paikat jotka välttävät tärkeimpiä kulkureittejä ja seuranta.
• Muutos sedimenttikulkeumassa ja rannikkomorfologiassa erityisesti padotetuissa järjestelmissä.
• Ääni- ja värähtelyvaikutukset veden alla (pääosin paikallisia).

Suunnittelulla, ympäristötutkimuksilla ja oikean teknologian valinnalla voidaan usein vähentää haittoja merkittävästi.

Talous ja käyttökustannukset

Hankekustannukset voivat olla korkeat erityisesti infrastruktuurin, asennuksen ja merenalaisen kunnossapidon vuoksi. Toisaalta vuorovesivoiman etuja ovat:

• Hyvä ennustettavuus: vuorovesiaikataulu on tarkoin tiedossa vuosien ja jopa vuosisatojen päähän.
• Pitkä käyttöikä ja korkea kapasiteetin hyötykäyttö potentiaalisesti verrattuna muihin uusiutuviin lähteisiin.
• Soveltuu hyvin yhteen tuuli- ja aurinkovoiman kanssa tasapainottamaan sähköntuotantoa.

Huolto ja operointi

Merenalaiset laitteet vaativat erityishuomiota korroosion, biofoulingin (levä- ja eliöstökertymät) ja mekaanisen rasituksen vuoksi. Huoltotyöt voivat tapahtua pintapaikoilta käsin tai sukeltajien/ROV-laitteiden avulla. Hyvä suunnittelu helpottaa huoltoa ja pienentää käyttökatkoksia.

Käyttöesimerkkejä ja tulevaisuus

Maailmalla on sekä padotyyppisiä että virtauslaitteita tuotannossa tai kokeiluvaiheessa. Joistakin hankkeista on saatu kokemusta, joka nopeuttaa teknologian kehittymistä ja kustannusten alenemista. Tulevaisuudessa odotetaan muun muassa:

• Tehokkaampia roottoreita ja array-suunnittelua, jossa useat laitteet toimivat yhdessä.
• Kelluvia asennuksia ja modulaarisia ratkaisuja helpottamaan ylläpitoa.
• Parempia ympäristöystävällisiä turbiinirakenteita ja seurantaohjelmia.

Yhteenvetona: vuorovesivoima tarjoaa ennustettavaa ja fossiilivapaata sähköntuotantoa erityisesti rannikkoalueille, joilla on voimakkaat vuorovesivirtaamat. Oikein suunniteltuna ja sijoitettuna se voi olla ympäristön kannalta kestävä osa vähähiilistä energiantuotantoa.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä on vuorovesivirran voima?

K: Mikä on vuorovirtageneraattori?

K: Miten vuorovesivirtageneraattorit ottavat energiaa veden virtauksista?

K: Mikä tekee vuorovesivoimasta halvemman ja ekologisesti vähemmän haitallisen sähköntuotannon lähteen?

K: Milloin vuorovesivoimaa alettiin kehittää?

K: Miksi yksittäinen vuorovesiturbiini voi tuottaa enemmän energiaa kuin samankokoinen tuulivoimaturbiini?

Kysymys: Missä vuorovesivirtajärjestelmät tulisi sijoittaa?

Hae kirjaimella