Zkrocení přílivu

PETR TOMEK  |  Příroda
Zkrocení přílivu

V mořích a oceánech celého světa pracují síly těžko představitelných rozměrů, které se lidé vždy snažili zkrotit. Energie příboje, oceánských proudů, přílivu a odlivu lákaly k využití od nepaměti. V ústí Amazonky vyvolává příliv dokonce vysokou vlnu, která se s rachotem řítí 13 kilometrů proti proudu řeky. Místní lidé ji nazývají Pororoka, tedy „Velký řev“.Jedna z největších mořských sil kupodivu nemá původ na Zemi ale na nebi. Periodické zvyšování a snižování hladin moří má na svědomí oběh Měsíce.

Zkrocení přílivu

I když to ani nepocítíme, není ^gravitační zrychlení na Zemi oceánu 2L deformují je, muže být rozdíl ve změnách výšky mořské hladiny i několik metrů. Přesto není příliv snadno vypočitatelnou Pokud se dostanou Slunci Měsíc a Země do jedné linie, vznikne mohutný, takzvaný „skočný" příliv. K tomu dochází nejvýše jednou za dva týdny. Naproti tomu když příliv vyvolá Měsíc v pozici, která je kolmá k ose Země-Slunce, budou se síly Měsíce a Slunce navzájem rušit. Výsledný příliv bude tedy mnohem nižší, takzvaně „hluchý".

Zkrocení přílivu

V Evropě je velmi vysokým přílivem známá zátoka s ostrovem Ml. St. Michel s maximální výškou přílivu až 15 metrů. Nejvyšší známý příliv je ale u Nového Skotska v USA, a to celých 20 metrů. Je to síla tak velká, že na některých řekách může na určitou dobu změnit směr toku. Tento jev můžete sledovat například na Seině ve Francii poblíž města Rouen. V ústí Amazonky vyvolává příliv dokonce vysokou vlnu, která se s rachotem řítí přibližně 13 kilometrů proti proudu řeky. Místní ji nazývají Pororoka, tedy „Velký řev“.

První generace

Obrovskou sílu přílivu se samozřejmě lidé snažili využít už odpradávna.Nejprve jim sloužila při lovu ryb a při mořeplavbě, později zastala místo i v technickém využití.Doklady o skutečných stavbách přílivových mlýnů se objevují v raném středověku. Dodnes si některé přílivové mlýny můžete prohlédnout v Bretani, v Británii na Pembrokeshire Coast nebo v portugalském Algarve. Princip přílivového mlýna je v podstatě stejný jako princip pozdějších přehradních přílivových elektráren. Nejprve se hrází oddělí část zaplavované oblasti. Tak vznikne nádrž, do které se při přílivu bude přes náhon přelévat voda. Samotný mlýn stojí pak buď přímo na hrázi, nebo těsně vedle ní. Při přílivu stoupne voda na moři před hrází a začne se přelévat do nádrže mlýna. Proud vody zároveň roztočí mlýnské kolo a mlýn začne mlít. Nádrž se pozvolna napustí a hladiny se vyrovnají.Druhý cyklus začne, až když hladina v moři při odlivu klesne. Pak se otevřou stavidla nádrže a voda se začne přelévat zpět do moře.Mlýnské kolo se opět roztočí, ale na opačnou stranu.

nevyužitá síla vln

S vynálezem elektřiny stačilo tradiční princip upravit. Hráz dostala obří rozměry a mlýnské kolo nahradily turbíny a alternátory. O titul první přílivové elektrárny se tradičně přou zastánci dvou takových děl. První je Dee Hydro Station v Cheshire. Ta sice byla postavena už roku 1913, ale její výkon je pouhých 635 kWh.

Druhá, o hodně modernější, je L’usine marémotrice de la Rance, tedy přílivová elektrárna v ústí řeky Rance ve staré dobré Bretani, která byla dokončena roku 1966 a slavnostně otevřena následující rok. Má 24 reverzních turbín a výkon 24 MW. Ročně vyrobí asi 540 milionů kWh. Z obou kandidátek má tedy elektrárna na řece Rance k naší představě elektrárny přece jen o hodně blíž. V historii výroby proudu představovala vrcholně pokrokovou technologii. Dokázala si poradit s nepravidelností přílivů využitím říční vody a byla konkurenceschopná, i když šlo (a stále jde) o využití alternativní energie. Přesto si obdivuhodná a průkopnická stavba kromě obdivu musela vyslechnout také řadu kritik.Většinou oprávněných.

Zkrocení přílivu

Počátek problémů

Výtky se ovšem týkaly všech projektů přehradních přílivových elektráren.Prvním problémem byla samotná nepravidelnost přílivu. Měsíc totiž nikdy nebere ohledy na energetickou špičku, a tak nejvyšší výkon přílivové elektrárny často připadá na dobu, kdy ho vůbec není zapotřebí. Druhou nevýhodou je, že přehradní přílivové elektrárny nelze postavit kdekoli u moře, i když třeba v takovém místě dosahuje příliv rekordní výšky. Klasická přílivová elektrárna je totiž závislá na tvaru pobřeží. Umělá stavba zálivu by takovou stavbu prodražila nad únosnou mez. Přestože při stavbě byla vyzdvihována ekologická šetrnost, ozvaly se s výhradami proti přehradním přílivovým elektrárnám i ekologické organizace. Už samotná stavba přílivových elektráren zatěžovala pobřežní oblasti. Uzavření zálivů přehradami přerušilo trasy tahu ryb a vedlo k hromadění odpadků ve vzniklé nádrži.Oboustranné náhony reverzních turbín se chovaly jako pasti a samotné turbíny se postaraly mnoha rybám o neradostný konec. Jestli měly mít další přílivové elektrárny budoucnost, musely nutně změnit koncepci.

Šance pro třetí svět

V následujících letech prošel vývoj nových typů přílivových elektráren několika stadii. Na jejich konci byste potomky původních projektů asi ani nepoznali.Jako první z moderních návrhů zmizela největší, nejtěžší a nejdražší část – samotná přehrada. Kvůli tomu nemusejí být nové přílivové elektrárny spojeny s pobřežím ničím jiným než kabelem, odvádějícím proud. Turbíny umístěné tentokrát už samostatně mohly být ukotveny kdekoli na plochém dně.Jenže s odstraněním přehrady se také radikálně snížila účinnost turbín, které pro svůj chod potřebují poměrně rychle tekoucí proud vody.

Zkrocení přílivu

Další návrhy se proto inspirovaly malými větrnými elektrárnami s většími rotorovými listy, takže začaly připomínat spíše letecké vrtule, nebo nahradily běžnou vertikální turbínu. Celek měl být usazen na konstrukci přímo na mořském dně. Projektanti si elektrárny představovali jako pole poměrně malých, vzájemně propojených zařízení. Výhodou takových návrhů bylo, že nevyžadovaly hned na počátku obrovskou investici, a tak by si postupnou stavbu takových „stavebnicových“ elektráren nebo „elektrických farem“ mohly dovolit i poměrně chudé rozvojové země.

Horizontální turbíny

Nové typy přílivových elektráren lze nejlépe rozdělit podle druhu zařízení, které využívají k výrobě elektrické energie. Elektrárny s horizontálními turbínami jsou přímými potomky přehradních přílivových elektráren.Jejich turbíny připomínají lodní šrouby, vrtule nebo oběžná kola.

Do této skupiny patří také elektrárny typu SeaGen i konkurenční konstrukce skotské pobočky společnosti Rotech. Její elektrárny mají využívat menší turbíny s trubicovitými kryty. Pro lepší bezpečnost proplouvajících ryb byla jejich ústí překryta mříží. Problém údržby je vyřešen vyjímatelnou střední částí, která se dá vyzvednout samostatně na hladinu. Hlavní výhodou této koncepce je menší závislost na minimální hloubce, ovšem stejně dobře mohou tyto turbíny pracovat i v hlubším moři. V loňském roce spustily společnosti Lunar Energy a E. ON UK projekt, který má za cíl vybudovat při západním pobřeží Velké Británie přílivovou elektrárnu o výkonu 8 MW.

Vertikální turbíny a křídla?

Elektrárny s vertikálními turbínami používají zvláštní typ turbíny s kostrou ve tvaru válce. Listy turbíny jsou upevněné na jeho obvodu. Osa této turbíny je orientována svisle a může využívat proudění z více směrů. Tento princip reprezentují vory Blue Energy Ocean Turbine, které mají mít turbíny s vertikálně umístěnými listy. Kromě síly přílivu by mohly využívat také oceánských proudů. Skutečné experimenty s jiným zařízením na podobném principu proběhly už roku 2003 v Messinské úžině. Kruhový vor KOBOLD ukotvený ocelovými lany k mořskému dnu nesl na své spodní straně zavěšenou vertikální turbínu vysokou 5 metrů a 6 metrů širokou. Jiným způsobem používá vertikální turbínu také návrh profesora Stephena H. Saltera z University of Edinburgh. Jeho elektrárna je vlastně padesátimetrový plovoucí prstenec, který má na konstrukci pod sebou kolmo zavěšené rotorové listy. Kromě turbín s rovnými listy se v současnosti stále více používají Gorlovovy turbíny s listy spirálovitě stočenými.Elektrárny s výkyvnými vodními křídly jsou nejméně známou a nejméně využívanou skupinou.Energii vytváří kýváním křídel.

Zkrocení přílivu

Kloub, kterým jsou uchyceny ke konstrukci, slouží zároveň k výrobě energie. Ke kývání dochází díky tomu, že profil křídla je na horní straně vydutý. Vytváří tedy vztlak. Pokud se ale zvedne, změní zároveň svůj úhel ke směru proudění a vzroste jeho hydrodynamický odpor. Ten jej stlačí do původní polohy. V současnosti jde víceméně o teoretický koncept rozpracovaný v mnoha studiích. Není jisté, zda se někdy dočká skutečného provozu.

První z nové generace

Většina přílivových elektráren, určených pro volné moře, je v této době ve stadiu konceptu nebo prototypu. To by se ale mělo brzy změnit.Na letošní rok je ohlášeno spuštění „první velké přílivové elektrárny postavené mimo pobřeží“. Množství přívlastků nás ale upozorňuje na to, že to s jejím prvenstvím není tak horké, jak by se na první pohled zdálo. Na rok 2008 totiž ohlásilo začátek provozu také několik dalších menších přílivových elektráren od různých firem.Přesto je SeaGen, jenž se tímto primátem pyšní, neobyčejně zajímavou stavbou.Kdyby stála na souši, asi by vám připomínala větrnou elektrárnu. Ostatně stavitel – firma Marine Current Turbines -se jejich stavbou také zabývá. Základem nové přílivové elektrárny je ocelový sloup, zapuštěný do skalnatého dna oceánu.Na něm je upevněno příčné rameno nesoucí alternátory a pomaloběžné turbíny. Pro případ opravy může být celé příčné rameno i s turbínami vyzdviženo nad hladinu mechanismem, který je součástí nosné konstrukce.Tato generace přílivových elektráren je v současné době ve výstavbě. Její vývoj probíhá ve třech etapách.První etapu představovalo spuštění experimentálního prototypu SeaFlow s jedinou vrtulí v zátoce Lynmouth (Devonshire UK) roku 2003. Jeho vrtule má průměr „pouhých“ 10 metrů a je pouze jednosměrná.Stavba přišla na šest milionů eur, ale získané zkušenosti byly použity při projektování dalších elektráren.

Podmořská farma

Dokončení druhé etapy se dočkáme letos v říjnu, kdy bude nedaleko Strangford Lough v Severním Irsku spuštěna první velká přílivová elektrárna postavená mimo pobřeží. Od břehu ji dělí jen pouhých 300 metrů, přesto ji budete moci snadno přehlédnout. Nad hladinu z ní bude vyčnívat jen vrchol ocelového sloupu připomínající malý maják.

Hluboko pod hladinou se budou na posuvně ukotveném křížovém rameni otáčet dvě pomaloběžné turbíny o rozpětí 20 metrů. Většina lidí je nikdy neuvidí v činnosti. I v době maximálního odlivu totiž zůstanou stále více než deset metrů pod mořskou hladinou. Prostřednictvím počítačově nastavovaným listům využijí obě turbíny elektrárny energie přílivu i odlivu. Každý z rotorů je připojen k uzavřenému hydrodynamicky tvarovanému pouzdru ukrývajícímu hermeticky izolovaný alternátor s výkonem 600 kW. Proud z nich upraví trafostanice na pobřeží a předá ho do rozvodné sítě.Práce na třetí etapě právě probíhají.Při ní má vzniknout u britského pobřeží „farma“ s deseti přílivovými elektrárnami SeaGen postavenými v řadě. Měla by svým výkonem 10 MW zásobovat přibližně 10 000 domácností elektrickým proudem.Plány společnosti Marine Current Turbines jsou samozřejmě mnohem větší. V současnosti je jen v Evropě vytypováno na 106 míst perspektivně vhodných pro stavbu přílivových

Turbíny na East River

I Spojené státy se začínají ohlížet po alternativních zdrojích energie. V loňském roce ohlásilo New York City svůj plán umístit na East River mezi Roosevelt Island a Manhattan šest nových přílivových turbín. Třílisté rotory firmy Verdant Power jsou relativně malé. Mají průměr pouhých pět metrů, a hodí se proto i do mělčích vod. Do sítě budou dodávat 175 kW.

Jde vlastně o druhou fázi projektu RITE (Roosevelt Island Tidal Energy) započatého už roku 2002. Do roku 2006 byly testovány prototypy a letos konečně přijde chvíle spuštění do ostrého provozu. V následujících dvou letech chce Verdant Power dostavět celou farmu těchto elektráren, která by dodávala až 10 MW. Elektrárna je vlastně padesátimetrový plovoucí prstenec, který má na konstrukci pod sebou kolmo zavěšené rotorové listy.

Nevyužitá síla vln

Energie přílivu je jen zlomkem oceánských sil, které by nám v budoucnu mohly poskytovat elektrickou energii. Oceánem se valí obrovské mořské proudy, kterým se průtokem nevyrovná žádná suchozemská řeka. Dopadá na ně většina slunečního záření a vanou nad nimi větry neomezované pohořími a lesy. Prohánějí se po nich vlny a dopadají na pobřeží v podobě příboje. Každá z těchto sil může být v budoucnu zdrojem energie. Druhou, kterou se lidé pokusili ovládnout hned po síle přílivu, byla síla vln a příboje. Nejstarší elektrárny využívající příboje byly jakési betonové nádrže s hrdlem ponořeným pod hladinu. Pomocí soustavy ventilů v nich vlnobití stlačovalo vzduch, a ten pak přetlakem poháněl Wellsovu vzduchovou turbínu. Jiným konceptem byly „kývavé kachny“ -obrovské ocelové vory s několika klouby kopírujícími pohyby vln. Z tohoto principu vychází projekt současných vlnových elektráren Pelamis (první prototyp byl spuštěn vloni 27. září na Orknejích). Další současné návrhy využívají duté sloupy nebo plováky upevněné ke generátorům proudu na mořském dně lanem. Ve fázi výzkumu a testování se nacházejí projekty plovoucích větrných a slunečních elektráren, lodí poháněných kombinací plachet a slunečních článků, a dokonce i elektrárny s obrovskou pomaloběžnou turbínou využívající mořských proudů. V některém z příštích čísel se těmito návrhy jistě budeme zabývat podrobněji. Elektrárny s výkyvnými vodními křídly jsou nejméně známou a nejméně využívanou skupinou. Energii vytváří kýváním křídel na nosné konstrukci. Přílivová elektrárna blízké budoucnosti Jak by mohla vypadat další generace přílivových elektráren, ukazuje náš obrázek. Z nejrůznějších (a nejbizarnějších) návrhů jsme na ukázku vybrali typ využívající turbíny odvozené od pomaloběžného lopatkového kola.

Na letošek je ohlášeno spuštění „první velké přílivové elektrárny postavené mimo pobřeží“. Označení naznačuje, že úplně první není, ale je opravdu velká. Skládací elektrárna Snaha zjednodušit vztyčení sloupů přílivové elektrárny vedla k projektům, jako je Tidal Stream SST. Konstrukce elektrárny je dutá a za normálních okolností plave. Proto může být při převážení na místo svého ukotvení tažena za lodí. Na každé konstrukci mají být připevněny čtyři jednosměrné rotory. Poté, co je pomocné rameno konstrukce připojeno ke kruhovému kotvicímu základu, se konstrukce částečně napustí vodou a vlastní vahou se ponoří. Zůstane ale ještě dostatečně vysoko nade dnem. K betonové kruhové kotvě je totiž připevněn otočný kloub, kolem kterého se celá konstrukce může při změně proudění otáčet.Velkým rybám stále hrozí nebezpečí od konců listů. I při deklarovaných maximálních dvaceti otáčkách za minutu se totiž pohybují rychlostí přes 75 kilometrů v hodině.

Nejčtenější