Περισκόπιο της Επιστήμης 2001
Η θεώρηση των προβλημάτων που σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας αφορά δύο διαφορετικούς "κόσμους": Ο ένας περιλαμβάνει τις χώρες της βιομηχανικά ανεπτυγμένης Δύσης οι οποίες με πληθυσμό το 1/6 περίπου του παγκόσμιου κατέχουν και νέμονται τα 4/5 του πλούτου και της ενέργειας του πλανήτη. Ο άλλος περιλαμβάνει τις "αναπτυσσόμενες" χώρες στις οποίες αντιστοιχεί το συντριπτικό μερίδιο αυτού που θα μπορούσαμε να ονομάσουμε "παγκόσμιες προσδοκίες" όσον αφορά τον εν λόγω πλούτο και ενέργεια.
Στις πρώτες η παραγωγή ενέργειας αποτελεί ένα μέσο κρίσιμης σημασίας για την τροφοδότηση της περαιτέρω ανάπτυξης τους και της επέκτασης του πεδίου δράσης τους. Στις χώρες αυτές η παραπέρα άνοδος του (ήδη υψηλού) επιπέδου ευημερίας που έχει επιτευχθεί, προσδιορίζεται όλο και περισσότερο με όρους βελτίωσης της "ποιότητας" ζωής, η οποία πλέον γίνεται αντιληπτή όχι μόνον ως ατομική αλλά και ως συλλογική (βλέπε πολιτική) επιδίωξη. Μια από τις σημαντικότερες πλευρές της επιδίωξης αυτής, ανεκτής/επι-τρεπτής (προς το παρόν τουλάχιστον) στα πλαίσια των δυτικού τύπου συστημάτων διακυβέρνησης είναι η οικολογική, που στον τομέα της ενέργειας σημαίνει πίεση για την ανάπτυξη καθαρών ή λιγότερο επιβαρυντικών για το περιβάλλον μεθόδων παραγωγής ενέργειας.
Από την άλλη πλευρά, οι αναπτυσσόμενες χώρες, στον αγώνα τους για επιβίωση και ανάπτυξη, πιέζονται (υπό την έννοια των προσδοκιών των πληθυσμών τους) αλλά και πιέζουν (υπό την έννοια του ανταγωνισμού) τις. ανεπτυγμένες, με σκοπό να προσεγγίσουν το δικό τους επίπεδο ευημερίας. Στην προσπάθεια τους αυτή βασικό ρόλο παίζει η αύξηση της παραγωγής ενέργειας, η οποία στην περίπτωση τους σχετίζεται με δύο παράγοντες αποφασιστικής σημασίας: Ο ένας είναι το δημογραφικό δυναμικό. Με άλλα λόγια πέντε (και σε μερικά χρόνια οκτώ) δισεκατομμύρια άνθρωποι προσδοκούν να ζήσουν (δηλαδή να παράγουν και κυρίως να καταναλώσουν) όπως οι αντίστοιχοι τους στις ΗΠΑ, στην Ευρώπη, στην Ιαπωνία και στις υπόλοιπες ανεπτυγμένες χώρες. Ο άλλος είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος του ενεργειακού (και άλλου) πλούτου του πλανήτη βρίσκεται υπό τον έλεγχο των ανεπτυγμένων χωρών και η τάση είναι αυτός ο έλεγχος να γίνεται όλο και σφικτότερος στο μέλλον. Στην περίπτωση λοιπόν των αναπτυσσόμενων χωρών προβάλλει εκ των πραγμάτων μια ανάγκη αύξησης της παραγόμενης ενέργειας και μάλιστα από ανανεώσιμες και "μη ελεγχόμενες" πηγές μέσω νέων μεθόδων (το κατά πόσον οι μέθοδοι αυτές θα είναι λιγότερο επιβαρυντικές για τον πλανήτη είναι δευτερεύον, όχι αδιάφορο) όχι τόσο ως αίτημα βελτίωσης της "ποιότητας ζωής", αλλά κυρίως ως αποτέλεσμα δημογραφικής πίεσης και μη ελεύθερης πρότασης σε πηγές ενέργειας και πρώτες ύλες.
Τις προσδοκίες των αναπτυσσόμενων χωρών συνοδεύει ένα αναπόφευκτο ερώτημα: Είναι, δυνατόν, από οικολογική άποψη, τα δισεκατομμύρια των Κινέζων, Ινδών, Βραζιλιάνων και άλλων, καταναλώνουν ίση "κατά κεφαλή" ενέργεια ( λοιπά προϊόντα) με τους Αμερικανούς, Ευρωπαίους και άλλους προνομιούχους του σήμερα;
Η μάλλον προφανής απάντηση στο παραπάνω ερώτημα εγείρει αμέσως ένα δεύτερο: Στη 6ά ποιας "δημοκρατικής" αρχής και ποιου "ανθρώπινου δικαιώματος" το 83% των κατοίκων του πλανήτη πρέπει να αποκλειστεί από το επίπεδο ευημερίας που απολαμβάνει το 17% έτσι ώστε αυ το τελευταίο να εξακολουθεί να ζει καλύτερα ( καταναλώνει περισσότερα αγαθά, πόρους και υπηρεσίες);
Όλοι βέβαια αντιλαμβάνονται ότι είναι μαλλί απίθανο να δούμε τα πλούσια βιομηχανικά κράτη να παραιτούνται από το επίπεδο της σημερινής ευημερίας τους ή τα αναπτυσσόμενα κράτη από την επιδίωξη των προσδοκιών τους. Οι προοπτικές λοιπόν που διαφαίνονται ως συνέπεια αυτή της κατάστασης είναι ποικίλες (και πάντως όχι αισιόδοξες), ξεκινώντας από την ένταση του ανταγωνισμού (τόσο μεταξύ των χωρών όσο και στο εσωτερικό τους) και φθάνοντας μέχρι την οικολογική κατάρρευση ή την προσπάθεια επιβολής ενός άτεγκτου και αυστηρά ελεγχόμενου συστήματος κατανομής ενέργειας και αγαθών.
Και μια τελευταία παρατήρηση: Η αντιμετώπι ση των οικολογικών συνεπειών της αυξανόμενη( παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας καιπροϊ όντων με "τεχνικές" μεθόδους (δηλαδή με την α νάπτυξη τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας, νέ· ων μεθόδων παραγωγής "καθαρής" ενέργειας, ή και απόλυτης "ορθολογικοποίησης" της χρήσης των υλικών/οικολογικών πόρων), δεν αποτελεί παρά ημίμετρο, εκτός και αν επινοηθεί στο μεταξύ κάποια "μαγική συνταγή" παραγωγής καθαρής και απεριόριστα ανανεώσιμης ενέργειας και αγαθών (ακόμη και σ' αυτήν την περίπτωση δεν θα πρέπει να αποκλεισθεί η μονοπώληση, η επιλεκτική χρήση της "συνταγής" ή εν πάσει περιπτώσει η χρησιμοποίηση της με τρόπο που να εξασφαλίζει πλεονέκτημα κάποιων σε βάρος κάποιων άλλων).
Μέσα στα πλαίσια αυτά τοποθετούνται όλες οι προσπάθειες ανάπτυξης νέων, "καθαρών1"ή λιγότερο επιβαρυντικών για το περιβάλλον μορφών παραγωγής ενέργειας. Από τις προσπάθειες αυτές, η αξιοποίηση με διάφορες μεθόδους της θάλασσας για την παραγωγή καθαρής (ή καθαρότερης) και ανανεώσιμης ενέργειας, φαίνεται ότι μετατρέπεται τα τελευταία χρόνια σε ρεαλιστική προοπτική.
Ας παραθέσουμε εδώ ορισμένα στοιχεία:
Σήμερα η παγκόσμια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας ξεπερνά τα 800 δισεκατομμύρια δολάρια κατ' έτος και η τάση της είναι ανοδική. Εκτιμάται ότι 2 δισεκατομμύρια άνθρωποι στερούνται ουσιαστικά τον ηλεκτρισμό, ενώ στις αναπτυσσόμενες χώρες η παγκόσμια ζήτηση διπλασιάζεται ανά οκτώ περίπου χρόνια (World Watch Inst. 1998)
Η θάλασσα, εκτός από πηγή αγαθών, οδό επικοινωνίας ή στρατηγικό χώρο προβολής ισχύος, μπορεί να αποτελέσει άμεση πηγή ενέργειας. Η διαπίστωση αυτή δεν είναι καινούργια. Ηδη από τον μεσαίωνα (1200-1500) οι άνθρωποι συνήθιζαν να εκμεταλλεύονται το φαινόμενο της παλίρροιας παγιδεύοντας ποσότητες νερού σε ημι-τεχνη-τές δεξαμενές όταν η στάθμη ήταν ψηλά και χρησιμοποιώντας το νερό αυτό για την κίνηση υδρόμυλων όταν η στάθμη έπεφτε.
Η ιδέα της αξιοποίησης της κινητικής ενέργειας των κυμάτων είναι επίσης παλαιά. Το 1799 ο Γάλλος Girard και ο γιος του υπέβαλαν την πρώτη σχετική αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, στην οποία περιέγραφαν μια μέθοδο άμεσης χρησιμοποίησης της ενέργειας των κυμάτων για την κίνηση αντλιών, μύλων, πριονιών και άλλων μηχανών. Η επινόηση των δύο Γάλλων προέβλεπε τη στερέωση μεγάλων ξύλινων προβόλων σε αγκυροβολημένα πολεμικά σκάφη. Η κίνηση των σκαφών (και των προσαρμοσμένων σε αυτά ξύλινων δοκών) από τα κύματα της θάλασσας, θα μετατρεπόταν μέσω ενός συστήματος μοχλών σε αξιοποιήσιμη περιστροφή ή παλινδρόμηση. Δεν υπάρχει πάντως κανένα στοιχείο που να δείχνει ότι η πρόταση των δύο Γάλλων υλοποιήθηκε έστω και δοκιμαστικά.
Στη σύγχρονη εποχή, επιστήμονες και μηχανικοί έχουν αρχίσει εδώ και πέντε περίπου δεκαετίες να μελετούν τρόπους αξιοποίησης των κυμάτων, των παλιρροιών και των θερμοσυσσωρευτι-κών χαρακτηριστικών της θάλασσας σε μεγάλη βιομηχανική κλίμακα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ομως μέχρι πρόσφατα οι εκτιμήσεις (στην Ευρώπη τουλάχιστον) για τις δυνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης της θάλασσας δεν ήταν ευνοϊκές, καθώς οι προτεινόμενες μέθοδοι θεωρούντο αντι-οικονομικές, ανέφικτες ή μη αποδεκτές οικολογικά.
Οι προτεινόμενες μέχρι στιγμής μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από τη θάλασσα μπορούν να καταταγούν σε τρεις γενικές κατηγορίες: Αυτές που αφορούν την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας των κυμάτων, αυτές που προβλέπουν την αξιοποίηση της (επίσης κινητικής) ενέργειας των παλιρροιών και των θαλάσσιων ρευμάτων και αυτές που σχετίζονται με την αξιοποίηση των θερ-μοσυσσωρευτικών χαρακτηριστικών της θάλασσας (δηλαδή των θερμοκρασιακών διαφορών μεταξύ των επιφανειακών και των βαθύτερων στρωμάτων των τροπικών κυρίως θαλασσών). Από τις παραπάνω κατηγορίες φαίνεται ότι οι μέθοδοι ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων είναι οι λιγότερο επιβαρυντικές από την άποψη των γνωστών ή ενδεχόμενων οικολογικών διαταραχών.
Κατά τη δεκαετία του 1980, ενώ η διεξαγωγή διαφόρων πιλοτικών προγραμμάτων έδειξε ότι ήταν δυνατή η παραγωγή ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας με διάφορους τρόπους, αποδείχθηκε επίσης ότι ακόμη και αν αγνοείτο τελείως το κόστος της παραγόμενης ενέργειας, υπήρχαν σοβαρά πρακτικά προβλήματα κυρίως με την κατασκευή εξοπλισμού κατάλληλου ώστε να μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα στο εξαιρετικά αντίξοο θαλάσσιο περιβάλλον.
Κατά τα τέλη όμως της δεκαετίας του 1990 υπήρξαν σαφείς ενδείξεις ότι οι τεχνολογικές πρόοδοι έχουν καταστήσει εφικτή, οικονομικά ανταγωνιστική αλλά και αξιόπιστη την παραγωγή "καθαρής" και ανανεώσιμης ενέργειας από τα κύματα των θαλασσών και των ωκεανών. Από τον Νοέμβριο του 2000 λειτουργεί στη Βρετανία ο πρώτος εμπορικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας. Ο σταθμός αυτός, που έχει εγκατασταθεί στο νησί Islay της Σκωτίας, κατασκευάστηκε από την εταιρία Wavegen και κόστισε 1 εκατομμύριο βρετανικές λίρες (εκτός των δαπανών έρευνας και ανάπτυξης). Ο σταθμός παράγει 500 KW ηλεκτρικής ισχύος που καλύπτουν τις ανάγκες φωτισμού 400 σπιτιών. Οι δύο ηλεκτροπαραγωγές μονάδες του σταθμού (των 250KW η κάθε μία) ανήκουν στην κατηγορία των διατάξεων "OCW" (Oscillating Water Column, "Παλλόμενη Στήλη Νερού") και η ανάπτυξη τους ήταν αποτέλεσμα συνεργασίας της Wavegen με το Πανεπιστήμιο Queen's του Belfast, το Ανώτερο Τεχνικό Ινστιτούτο της Πορτογαλίας, την Ευρωπαϊκή Ενωση και τη μελετητική εταιρία Charles Brand Engineering. Αρκετές άλλες χώρες (κυρίως της Ευρώπης και της Απω Ανατολής) έχουν προχωρήσει στην κατασκευή μικρότερων πειραματικών μονάδων και μελετούν σοβαρά την αναβάθμιση τους.
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ
Η τεράστια κινητική ενέργεια που κρύβουν μέσα τους τα κύματα της θάλασσας μπορεί εύκολα να γίνει αντιληπτή από τον καθένα, αρκεί να παρατηρήσει τη "δύναμη" των κυμάτων που ξεσπούν στις παραλίες όταν ο άνεμος είναι αρκετά ισχυρός. Πώς όμως ποσοτικοποιείται το ενεργειακό δυναμικό των κυμάτων της θάλασσας ώστε να υπάρχει μια σαφής εικόνα για το τι μπορεί να προσφέρουν αυτά από την άποψη της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας;
Κατ' αρχήν πρέπει να τονίσουμε πως η ενέργεια των κυμάτων είναι στην πραγματικότητα μια μορφή ηλιακής ενέργειας. Ο ήλιος θερμαίνει ανισομερώς την επιφάνεια της Γης με αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της ατμοσφαιρικής πίεσης και τη δημιουργία ρευμάτων αέρα. Τα ρεύματα αέρα σχηματίζουν ανέμους οι οποίοι με τη σειρά τους προκαλούν την εμφάνιση των κυμάτων της θάλασσας.
Οι πλουσιότερες από ενεργειακή άποψη περιοχές κυμάτων, είναι οι περιοχές κοντά σε παράλια στα οποία καταλήγουν κύματα προερχόμενα από θαλάσσιες επιφάνειες μεγάλης έκτασης. Για παράδειγμα, καθώς τα κύματα "ταξιδεύουν" κατά μήκος του Βόρειου Ατλαντικού για να καταλήξουν στις ακτές της Ευρώπης, οι άνεμοι που πνέουν προσδίδουν συνεχώς ενέργεια σε αυτά. Οταν τα κύματα φθάσουν τελικά στα παράλια της Ευρώπης, η ισχύς που περικλείουν είναι πραγματικά τεράστια.
Η ενέργεια (ή ισχύς) που περιέχουν τα κύματα τα οποία φθάνουν στα παράλια έχει μετρηθεί και υπάρχουν εκτιμήσεις για όλες τις περιοχές του πλανήτη. Οι περιοχές (παράλιες ζώνες) έχουν καταταγεί σε κατηγορίες ανάλογα με την ενεργειακή απόδοση που θα μπορούσαν να έχουν. Η ισχύς των κυμάτων μετρείται σε KW ανά μέτρο ακτής. Στις "πλουσιότερες" από ενεργειακή άποψη παράλιες ζώνες, ανήκουν οι δυτικές ακτές της Σκωτίας, ο βόρειος Καναδάς, οι βορειοδυτικές και βορειοανατολικές ακτές των ΗΠΑ, η νότια Αφρική και η Αυστραλία. Στις περιοχές αυτές το ενεργειακό δυναμικό των κυμάτων κυμαίνεται από 40 έως 70 KW/m. Στις πτωχότερες από την άποψη της ενέργειας των κυμάτων τους περιοχές περιλαμβάνονται οι παράλιες ζώνες των νοτιοανατολικών ΗΠΑ, της βορειοανατολικής Ν.Αμερικής και της νότιας Ιαπωνίας, όπου τα κύματα "αποδίδουν" μόνο 10-20 KW/m.
Επίσης η ενεργειακή απόδοση των κυμάτων ποικίλλει ανάλογα με την εποχή. Οι πιο ισχυροί άνεμοι (και συνεπώς κύματα) εμφανίζονται κατά τη χειμερινή περίοδο, επειδή, λόγω αυξημένων θερμοκρασιακών διαφορών, οι ατμοσφαιρικές πιέσεις είναι υψηλότερες.
Παρά τις διαφορές της ισχύος των κυμάτων από περιοχή σε περιοχή και από εποχή σε εποχή, το συνολικό ενεργειακό δυναμικό τους είναι πολύ υψηλό. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του Βρετανού αναλυτή αγορών ανανεώσιμης ενέργειας Τ Thorpe, ο οποίος είναι ο κύριος σύμβουλος της Βρετανικής κυβέρνησης όσον αφορά τον τομέα της ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας, ήδη από το 1989, αν οι τεχνολογίες μετατροπής της ενέργειας των κυμάτων που υπάρχουν σήμερα χρησιμοποιούντο σε ευρεία κλίμακα, η ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί θα έφθανε το 16% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρισμού. Αυτό ισοδυναμεί με 2.000 TWh (Τερα-βατώρες) και αντιστοιχεί στο σύνολο περίπου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τις μεγάλες υδροηλεκτρικές μονάδες που βρίσκονται σε λειτουργία σήμερα.
Η ενεργειακή αξιοποίηση των κυμάτων της θάλασσας μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: Ο ένας περιλαμβάνει διατάξεις εγκατεστημένες στη θαλάσσια ακτή (onshore) οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια των κυμάτων που προσπίπτουν στην ακτή σε περιστροφή ενός στροβίλου. Ο άλλος τρόπος περιλαμβάνει διατάξεις εγκατεστημένες μέσα στη θάλασσα (offshore) οι οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό την κίνηση (ταλάντωση, παλινδρόμηση κλπ.) ενός πλωτού τμήματος τους.
ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ONSHORE
Για να μετατραπεί η κινητική ενέργεια των κυμάτων σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, απαιτείται η μεσολάβηση μιας διάταξης η οποία να επιτρέπει στα κύματα να κινούν τα μηχανικά μέρη (π.χ. τον στρόβιλο) μιας γεννήτριας. Η διάταξη αυτή μπορεί είτε να συσσωρεύει για ένα χρονικό διάστημα την ενέργεια των κυμάτων και να την αποδίδει κατόπιν κινώντας κάποια ηλεκτρογεννήτρια είτε να μεταφέρει απ' ευθείας την ενέργεια στη γεννήτρια.
TapChan (Tapered Channel)
Οι διατάξεις onshore της πρώτης κατηγορίας (που λειτουργούν συσσωρεύοντας και αποδίδοντας κατόπιν την ενέργεια των κυμάτων) αντιπροσωπεύονται από το λεγόμενο TapChan (Tapered Channel). Η διάταξη αυτή αποτελείται από ένα κανάλι που στενεύει βαθμιαία και καταλήγει σε μια δεξαμενή κατασκευασμένη στην ακτή μερικά μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η στένωση του καναλιού αναγκάζει τα κύματα που εισέρχονται σε αυτό να αυξάνονται σε ύψος καθώς οδεύουν προς το εσωτερικό του και τελικά να υπερχειλίζουν πάνω από τα τοιχώματα του και να χύνονται μέσα στη δεξαμενή. Η διάταξη TapChan μετατρέπει την κινητική ενέργεια των κυμάτων σε δυναμική συσσωρεύοντας την, καθώς το νερό συλλέγεται στη δεξαμενή. Το νερό της δεξαμενής διοχετεύεται στη συνέχεια και πάλι προς τη θάλασσα, οπότε κατερχόμενο λόγω της υψομετρικής διαφοράς δεξαμενής-θάλασσας αποδίδει τη δυναμική ενέργεια του κινώντας έναν στρόβιλο ο οποίος ενεργοποιεί με τη σειρά του μια ηλεκτρογεννήτρια. Η μέθοδος αυτή αποτελεί ουσιαστικά προσαρμογή της βασικής διαδικασίας που ακολουθείται σε όλους τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας: Συλλογή του νερού, συσσώρευση του νερού σε δεξαμενή (φράγμα) και διοχέτευση του σε χαμηλότερη στάθμη έτσι ώστε να κινεί έναν ή περισσότερους υδροστροβίλους κατά την κάθοδο του. Τα πλεονεκτήματα αυτής της διάταξης, εκτός από το ότι δεν παράγει ρύπους κανενός είδους, είναι η απλότητα της (ελάχιστα κινούμενα μέρη), το μικρό κόστος συντήρησης, η μεγάλη αξιοπιστία και η παροχή ενέργειας όταν αυτή ζητηθεί (εφόσον η ενέργεια μπορεί να παραμένει συσσωρευμένη στη δεξαμενή).
Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε όλες τις ακτές. Κατάλληλες για το σύστημα TapChan είναι οι ακτές που έχουν σταθερό κυματισμό, με κύματα αρκετά υψηλής μέσης ισχύος και παλίρροια που δεν ξεπερνά το 1m, μεγάλο βάθος πυθμένα κοντά στην ακτογραμμή και κατάλληλη θέση στην ακτή για την κατασκευή του καναλιού και της δεξαμενής.
Η πρώτη διάταξη TapChan κατασκευάστηκε το 1985 σε ένα νησί κοντά στο Bergen της Νορβηγίας και συνεχίζει να λειτουργεί μέχρι σήμερα παρέχοντας ηλεκτρική ισχύ στο τοπικό δίκτυο. Η Νορβηγία έχει επίσης αναλάβει την κατασκευή μιας μονάδας TapChan στην Ιάβα της Ινδονησίας ισχύος 1,1 MW. Το κανάλι της μονάδας αυτής το οποίο αξιοποιεί ένα φυσικό άνοιγμα σε μια βραχώδη ακτή, έχει είσοδο πλάτους 7 m προς τη θάλασσα, ενώ τα τοιχώματα των βράχων στο τμήμα που στενεύει έχουν "εξομαλυνθεί" ώστε η ροή του νερού να είναι απρόσκοπτη. Η δεξαμενή στην οποία υπερχειλίζουν τα εισερχόμενα κύματα βρίσκεται 4 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που θα παράγει η μονάδα αυτή υπολογίζεται από τους Νορβηγούς κατασκευαστές σε 0,1 δολάρια ανά KWh. Η γεννήτρια που θα παράγει το ρεύμα κινείται από έναν στρόβιλο Κάπλαν. Η Χιλή, η Ινδία και η Σρι Λάνκα έχουν εκδηλώσει επίσης ενδιαφέρον προς τους Νορβηγούς για την ίδια τεχνολογία.
OCW (Oscillating Water Column)
Οι διατάξεις onshore της δεύτερης κατηγορίας (άμεσης μετατροπής της κινητικής ενέργειας των κυμάτων σε ηλεκτρική) φαίνεται ότι αποτελούν (προς το παρόν τουλάχιστον) την πλέον δημοφιλή μέθοδο ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων. Οι διατάξεις αυτές (δοκιμαστικά πρωτότυπα των οποίων έχουν κατασκευαστεί και εγκατασταθεί ήδη από τη δεκαετία του 1980) στη Σκωτία, τη'Νορβηγία, την Αυστραλία, την Ιαπωνία, τις Ινδίες, την Κίνα και άλλες χώρες) χρησιμοποιούν στο σύνολο τους την ίδια βασική αρχή για τη μετατροπή της ενέργειας των κυμάτων: Τα κύματα που φθάνουν στην ακτή εισέρχονται σε ένα ημιδυθισμένο τεχνητό "σπήλαιο" το άνω άκρο του οποίου (αυτό που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας) καταλήγει σε μία χοάνη. Μέσα στη χοάνη βρίσκεται ένας αεριο-στρόβιλος. Καθώς η κορυφή ενός κύματος εισέρχεται στο σπήλαιο, η στάθμη του νερού μέσα σε αυτό ανέρχεται ταχύτατα, ωθώντας και διοχετεύοντας στη χοάνη τον αέρα που βρίσκεται πάνω από το νερό. Το δημιουργούμενο ρεύμα αέρα προσπίπτει στα πτερύγια του στροβίλου και προκαλεί την περιστροφή του. Στη συνέχεια, και καθώς το κύμα υποχωρεί σχηματίζοντας κοιλία, η στάθμη του νερού κατέρχεται, προκαλώντας την αναρρόφηση αέρα μέσω της χοάνης και την εκ νέου περιστροφή του στροβίλου, ο οποίος είναι σχεδιασμένος έτσι ώστε να περιστρέφεται κατά την ίδια φορά ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του προσπίπτοντος αέρα. Όταν τα κύματα ενισχυθούν υπερβολικά, μια βαλβίδα κλείνει αυτόματα ώστε να προστατευθεί ο στρόβιλος. 0 στρόβιλος κινεί με τη σειρά του μια ηλεκτρογεννήτρια η οποία παράγει ηλεκτρικό ρεύμα αυτή αρχή λειτουργίας είναι γνωστή (Oscillating Water Column ή Παλλόμενη ροή).
Σύμφωνα με τα λόγια του ίδιου του Whittaker, "κατά τη δεκαετία, του 1980 είχαμε την αφέλεια να πιστεύουμε πως μπορούσαμε να κατασκευάσουμε άμεσα μια εμπορική μονάδα παραγωγής ενέργειας". Με βάση την εμπειρία (και τα λάθη τους) οι επιστήμονες της ομάδας του Whittaker, σε συνεργασία με άλλους ιδιωτικούς και πανεπιστημιακούς φορείς και με χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ενωσης, σχεδίασαν το Limpet 500, μια μονάδα OWC συνολικής ισχύος 500 KW, η οποία εγκαταστάθηκε σε απόσταση 300 περίπου μέτρων από την παλαιότερη πειραματική μονάδα. Για τη μονάδα αυτή προβλέφθηκε η κατασκευή ενός τεχνητού σπηλαίου στην ακτή, με τοιχώματα κατάλληλης κλίσης και ανάγλυφου ώστε να βελτιστοποιείται το ποσοστό "απόσπασης" της ενέργειας των κυμάτων της θάλασσας. Αφού προηγήθηκαν οι κατάλληλες εκσκαφές στην ακτή (λίγο πίσω από την ακτογραμμή), τα προκατασκευασμένα τμήματα του τεχνητού σπηλαίου προωθήθηκαν και συναρμολογήθηκαν επιτόπου κατά την περίοδο που ο καιρός ήταν ήρεμος. Οταν ολοκληρώθηκε η συναρμολόγηση, αφαιρέθηκε το τμήμα της ακτής που μεσολαβούσε μεταξύ της μονάδας και της θάλασσας και τα κύματα μπορούσαν να εισχωρήσουν ελεύθερα μέσα στο τεχνητό σπήλαιο αποδίδοντας την ενέργεια τους. Το βάθος του νερού στην είσοδο του σπηλαίου είναι 7 m και η επιφάνεια του 170 m2. Η απόδοση της μονάδας είναι βέλτιστη όταν η ένταση των κυμάτων κυμαίνεται από 15 έως 25 KW ανά μέτρο ακτής. Οι ισχυροί άνεμοι και τα κύματα στα οποία είναι εκτεθειμένες συνήθως οι ακτές όπου εγκαθίστανται οι διατάξεις OCW, δημιουργούν σημαντικές δυσκολίες στην ανέγερση τους. Οταν πρόκειται για μικρές μονάδες, μπορεί να ακολουθηθεί η μέθοδος της κατασκευής ενός προσωρινού φράγματος σε μικρή απόσταση από την ακτογραμμή (μέσα στη θάλασσα) ώστε να προστατευθεί η μονάδα κατά τη φάση κατασκευής. Οταν η μονάδα ετοιμαστεί, το φράγμα κατεδαφίζεται.
Στην περίπτωση μεγαλύτερων μονάδων, η μέθοδος αυτή είναι είναι πολύ δύσκολο να εφαρμοστεί και για τον λόγο αυτόν ακολουθούνται συνήθως μέθοδοι στις οποίες η κατασκευή ξεκινά από την ακτή, όπως στην περίπτωση του σταθμού που κατασκεύασε η Wavegen στο νησί Islay. Το τεχνητό σπήλαιο της μονάδας των 500 KW του νησιού Islay καταλήγει σε δίδυμες χοάνες στις οποίες έχουν τοποθετηθεί δύο στρόβιλοι Wells,καθένας από τους οποίους κινεί μια γεννήτρια ισχύος 250 KW, οπότε η συνολική ισχύς της μονάδας φθάνει τα 500 KW. Οι στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται στο Limpet 500 όπως και στις περισσότερες μονάδες OCW, αποτελούν μια ειδική κατηγορία στροβίλων την οποία επινόησε ο μηχανικός Α. Wells το 1977. Ο στρόβιλος Wells φέρει πτερύγια ειδικής σχεδίασης έτσι ώστε να μπορεί να περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ρεύματος αέρα που προσπίπτει σε αυτά. Με τον τρόπο αυτόν αφενός εξαλείφεται η ανάγκη για ανάστροφες βαλβίδες και αφετέρου αυξάνεται η απόδοση εφόσον ο στρόβιλος δεν χρειάζεται να διακόπτει και να ξαναρχίζει την περιστροφή του. Με τη σημερινή του μορφή στρόβιλος Wells μετατρέπει μόνο το 40% της ενέργειας του προσπίπτοντος αέρα σε ηλεκτρική και ήδη διάφοροι σχεδιαστές αναζητούν τρόποι βελτίωσης του.
Στην περίπτωση του Limpet στο νησί Islay το πρόβλημα αντιμετωπίστηκε με τη χρησιμοποίηση δύο στροβίλων Wells συνδεδεμένων ( σειρά, που στρέφονται κατ' αντίθετες κατευθύ σεις. Με τον τρόπο αυτόν είναι δυνατή η μετατροπή του 60% της ενέργειας του ρεύματος αέρα c ηλεκτρισμό. Μια βελτιωμένη παραλλαγή του στρόβιλο Wells σχεδιασμένη από τον καθηγητή Stephe Salter του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, διαθιλιομέτρων μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ηλεκτροδότησης 250.000 ατόμων με κόστος 0,01-0,03 δολάρια ανά KWh. Για σύγκριση αναφέρουμε ότι οι σημερινοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν τις τελευταίου τύπου γεννήτριες "συνδυασμένου κύκλου αερίων" παράγουν ενέργεια με κόστος 0,05 δολάρια ανά KWh, ενώ οι σταθμοί που χρησιμοποιούν ως καύσιμο το πετρέλαιο παράγουν ενέργεια με κόστος 0,08 (ή και περισσότερο) δολάρια ανά KWh. Πάντως οι αριθμοί που δίνει η Ocean Power Technologies αντιμετωπίζονται επιφυλακτικά από πολλούς επιστήμονες, οι οποίοι υποστηρίζουν ότι ακόμη και οι πιο ευνοϊκές εκτιμήσεις όσον αφορά το κόστος της ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας που μπορεί να παραχθεί με τις αποδοτικότερες σημερινές διατάξεις, είναι από 0,05 έως 0,08 δολάρια ανά KWh. Σύμφωνα με συμβούλους της Ευρωπαϊκής Ενωσης, η τεχνολογία των υδροπιεζοηλεκτρικών γεννητριών είναι μεν εφικτή, αλλά όταν μια νεοεμφανιζόμενη μέθοδος παρουσιάζει τόσο χαμηλό κόστος δημιουργεί σκεπτικισμό. Ας αναφέρουμε τέλος ότι η ιαπωνική εταιρία Penta-Ocean Construction Co. Ltd. έχει επενδύσει ένα άγνωστο μέχρι στιγμής ποσόν για τη χρηματοδότηση της κατασκευής ενός πειραματικού πρωτοτύπου της πιεζοηλεκτρικής γεννήτριας ισχύος 1KW, στον Κόλπο του Μεξικού.
Η βρετανική εταιρία (Ocean Power Delivery Systems) με έδρα το Εδιμβούργο έχει αναπτύξει μια πρωτότυπη μέθοδο ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων. Η διάταξη την οποία επινόησε ο R. Yemm, μαθητής του Salter, αποτελείται από μια επιμήκη σειρά συνδεδεμένων μεταξύ τους πλωτών δεξαμενών. Μέσα στα κύματα της θάλασσας, το σχήμα της διάταξης λαμβάνει τη μορφή μιας κατά προσέγγιση ημιτονοειδούς καμπύλης, η οποία σύμφωνα με τους κατασκευαστές είναι υπολογισμένη κατάλληλα ώστε να εκμεταλλεύεται τις δημιουργούμενες κυματομορ-φές. Οι διαδοχικές κορυφές και κοιλίες των κυμάτων προκαλούν τη σχετική κίνηση των πλωτών δεξαμενών της διάταξης, η οποία παρατηρούμενη από απόσταση θυμίζει την κίνηση φιδιών (και γι' αυτόν τον λόγο η διάταξη ονομάστηκε Pelamis από το όνομα μιας οικογένειας θαλάσσιων φιδιών). Η σχετική κίνηση κάθε τμήματος της διάταξης ως προς τα γειτονικά του προκαλεί την κίνηση εμβόλων στο εσωτερικό τους. Τα έμβολα ωθούν υδραυλικό υγρό το οποίο με τη σειρά του μεταδίδει κίνηση σε ηλεκτρογεννήτριες. Το μήκος της όλης διάταξης που αποτελείται από 10 πλωτές δεξαμενές φθάνει τα 120 m.
Σύμφωνα με τους τεχνικούς της εταιρίας, μπορούν να κατασκευασθούν μοντέλα [ την βοήθεια υπολογιστή τα οποία να προσομοιάζουν την κυματομορφή κάθε παράλιας ζώνης κ< με βάση αυτά τα μοντέλα να κατασκευαστούν διατάξεις με τις καταλληλότερες διαστάσεις (δηλαδή διατάξεις που ακολουθούν όσο το δυνατόν πλησιέστερα την κυματομορφή των κυμάτων), ώστ να μεγιστοποιείται η συνεργατική λειτουργία τω εμβόλων και συνεπώς η λαμβανόμενη ενέργεια. Μια άλλη πολλά υποσχόμενη μέθοδος που επί νοήθηκε από τον F. Gardener έχει την ονομασία"Κυματαιώρα του Αρχιμήδη" (Archimedes Wav< Swing) και αναπτύχθηκε στο στάδιο πρωτότυποι ήδη από το 1995 στο Ενεργειακό Κέντρο της Ολλανδίας. Η αρχή πάνω στην οποία βασίζεται η επι· νόηση αυτή θεωρεί τη θάλασσα ως μια τεράστιο μάζα η οποία ταλαντώνεται με σταθερή συχνότητα. Το μέσο μήκος των κυμάτων της θάλασσας που διανύουν μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες ενέργειας είναι 120 m και η μέγιστη ισχύς που μεταφέρουν φθάνει τα 100 KW/m σε περιοχές ή περιόδους μεγάλου κυματισμού.
Η "Κυματαιώρα του Αρχιμήδη" αποτελείται από διατάξεις κατακόρυφων θαλάμων συνδεδεμένων μεταξύ τους, οι οποίοι πληρούνται με αέρα και οι οποίοι βρίσκονται εγκατεστημένοι κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Στο άνω μέρος κάθε θαλάμου υπάρχει ένας κινητός πλωτήρας, υπολογισμένος έτσι ώστε να διατηρείται σε ισορροπία, πιεζόμενος από το βάρος της στήλης νερού πάνω από αυτόν. Οταν πάνω από έναν θάλαμο φθάσει η κορυφή ενός κύματος, ο πλωτήρας πιέζεται προς τα κάτω από το πρόσθετο βάρος της στήλης νερού, πιέζοντας με τη σειρά του μέσω ενός εμβόλου τον αέρα του θαλάμου κάτω από αυτόν. Ο πιεζόμενος αέρας διοχετεύεται σε άλλον θάλαμο (στον οποίο δεν έχει φθάσει ακόμη η κορυφή του κύματος) και ο πλωτήρας κατέρχεται. Η διαδικασία αυτή αντιστρέφεται όταν πάνω από τον θάλαμο έλθει η κοιλία του κύματος, οπότε ο πλωτήρας ανέρχεται. Καθώς το κύμα περνά διαδοχικά πάνω από κάθε θάλαμο (κάθε διάταξη αποτελείται από τρείς συνδεδεμένους θαλάμους) οι πλωτήρες εκτελούν κατακόρυφη παλινδρόμηση, υπό την επίδραση της αυξομειούμενης πίεσης. Η παλινδρομική κίνηση των πλωτήρων (που λειτουργούν σαν σφόνδυλοι) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση ηλεκτρογεννητριών. Οι πλωτήρες έχουν σχήμα κωνικό και είναι ανοικτοί στο κάτω μέρος τους. Οι συνδεδεμένοι θάλαμοι απέχουν απόσταση 40 m μεταξύ τους. Το σύστημα θα τοποθετείται σε βάθος 20 m από την επιφάνεια της θάλασσας για να προστατεύεται από τις ακραίες καταπονήσεις όταν ο κυματισμός είναι πολύ έντονος. Ενα πρωτότυπο της "Κυματαιώρας του Αρχιμήδη" κλίμακας 1/20 έχει κατασκευασθεί και δοκιμαστεί με επιτυχία. Σε πλήρη κλίμακα κάθε πλωτήρας της διάταξης θα έχει διάμετρο 20 m και θα ζυγίζει 1.000 τόννους. Οι υπολογισμοί των ερευνητών του Κέντρου στο οποίο αναπτύσσεται η "Κυματαιώρα" δείχνουν ότι κάθε διάταξη τριών τέτοιων θαλάμων μπορεί να αποδώσει ηλεκτρική ισχύ έως 2,7 MW. Μια άλλη βρετανική επινόηση (δεν είναι τυχαίο ότι το μεγαλύτερο μέρος των σχετικών επινοήσεων προέρχονται από τη Βρετανία αν ληφθεί υπόψη η ισχύς των κυμάτων του Ατλαντικού που φθάνουν στα βρετανικά παράλια), είναι η Αντλία Κυμάτων McCabe (McCabe Wave Pump) του Peter McCabe της Hydam Technology με έδρα το Killarney της Ιρλανδίας.
Η επινόηση αυτή αποτελείται από ένα σταθερό τμήμα αγκυρωμένο στον βυθό, στις πλευρές του οποίου είναι συνδεδεμένοι μέσω αρθρώσεων δύο επιπλέοντες πλωτήρες. Η κορυφή ενός κύματος προκαλεί την ανύψωση του ενός από τους κινούμενους πλωτήρες, ενώ η κοιλία του κύματος την κάθοδο του άλλου πλωτήρα. Η σχετική ως προς το σταθερό σημείο άρθρωσης τους στο αγκυρωμένο τμήμα ανοδοκάθοδος των πλωτήρων συνιστά ένα είδος αντλίας, το υδραυλικό υγρό της οποίας μεταφέρει κίνηση σε μια ηλεκτρογεννήτρια. Η πρώτη δοκιμή ενός πρωτοτύπου ισχύος 140 KW της Αντλίας του McCabe το 1996 στα ανοικτά της νοτιοδυτικής Ιρλανδίας, αντιμετώπισε προβλήματα με ισχυρά κύματα τα οποία προκάλεσαν τη ρήξη των υδραυλικών σωλήνων. Ενα βελτιωμένο πρωτότυπο με ισχυρότερους σωλήνες δοκιμάστηκε με μεγαλύτερη επιτυχία κατά το 1999. Βρετανική επινόηση (μιας ερευνητικής ομάδας του Πανεπιστημίου του Coventry με επικεφαλής τον Μ. West) αποτελεί και η λεγόμενη "Clam" (Αχιβάδα). Η διάταξη περιλαμβάνει έξι αεροθαλάμους, αναρτημένους γύρω από ένα κοίλο κυκλικό πλαίσιο. Καθώς τα κύματα προσπίπτουν διαδοχικά πάνω στους αεροθαλάμους ο συμπιεζόμενος αέρας "κινείται" μεταξύ των θαλάμων μέσω του κοίλου πλαισίου στο εσωτερικό του οποίου έχουν τοποθετηθεί στρόβιλοι Wells. Οι στρόβιλοι περιστρέφονται από το δημιουργούμενο ρεύμα αέρα και κινούν γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται στην ακτή με υποθαλάσσια καλώδια.
Ενα μοντέλο υπό κλίμακα της "Clam" έχει κατασκευαστεί και λειτουργήσει δοκιμαστικά στο Λόχ Νες της Σκωτίας. Εκτός από τις παραπάνω αναφερθείσες υπάρχουν και αρκετές άλλες διατάξεις οι οποίες παλινδρομούν, περιστρέφονται, κάμπτονται ή συμπιέζονται πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του νερού, μετατρέποντας με διάφορους τρόπους την ενέργεια των κυμάτων σε μηχανική ενέργεια που μπορεί να κινήσει ηλεκτρογεννήτριες. Το κοινό που έχουν μεταξύ τους όλες αυτές οι διατάξεις είναι τα προβλήματα που πηγάζουν από τη λειτουργία τους μέσα στο ιδιαίτερα αντίξοο θαλάσσιο περιβάλλον: Το πρώτο και βασικότερο πρόβλημα είναι η αγκύρωση των μονάδων ώστε αυτές να μη παρασυρθούν η καταστραφούν από τα τεράστια κύματα καταιγίδων και γενικά ακραίων καιρικών φαινομένων. Το δεύτερο είναι η μεταφορά στην ξηρά της παραγόμενης ενέργειας. Το τρίτο είναι η δυσκολία συντήρησης ή επισκευών αν η διάταξη απέχει αρκετή απόσταση από την ακτή, ιδίως κατά τη χειμερινή περίοδο. Το τέταρτο πρόβλημα είναι τα μή σταθερά χαρακτηριστικά των κυμάτων της θάλασσας (τα κύματα άλλοτε είναι πολύ ισχυρά και άλλοτε ασθενή και η διάταξη πιθανόν να μη μπορεί να λειτουργήσει εξίσου αποδοτικά σε όλες τις παραπάνω συνθήκες για καθαρά κατασκευαστικούς λόγους, π.χ. βάρος κλπ.). Υπάρχει τέλος μια ολόκληρη κατηγορία προβλημάτων που πρέπει να αντιμετωπιστούν τα οποία σχετίζονται με τη γνωστή "ικανότητα" του θαλάσσιου νερού να διαβρώνει και να προκαλεί βραχυκυκλώματα στον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Παρά τις προόδους που έχουν σημειωθεί όσον αφορά την αντιμετώπιση των προβλημάτων και τη βελτίωση του βαθμού απόδοσης, η τεχνολογία των διατάξεων offshore για την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας των κυμάτων της θάλασσας, δεν θεωρείται ακόμη "ώριμη".
Αλλωστε το γεγονός της ύπαρξης μιας πληθώρας εφευρέσεων που αναπτύσσονται αποτελεί ένδειξη ότι δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί η αποτελεσματικότερη κατεύθυνση προς την οποία πρέπει να συγκεντρωθούν οι προσπάθειες (και οι χρηματοδοτήσεις). Πάντως σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τόσο των ερευνητών όσο και των οικονομικών αναλυτών, η λύση είναι πολύ πλησιέστερα απ'όσο φαινόταν κατά την προηγούμενη δεκαετία.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (1) THE BIG BREAK, New Scientist, October 1998. (2) GOLF KRACHT, Natuur & Techniek, 11/1996. (3) ELECTRICITY FROM THE SEA, Fujita Research 1996-2001. (4) LIMPET 500 TECHNICAL SPECIFICATION, Wavegen Co. U.K. (5) WORLD'S FIRST COMMERCIAL WAVE PLANT -OPENS IN BRITAIN, CNN. Com, Nov 21, 2000. (6) WAVE ENERGY SYSTEMS, Australian CRC for Renewable Energy Ltd, 5/2001. Περισκόπιο της Επιστήμης
Η θεώρηση των προβλημάτων που σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας αφορά δύο διαφορετικούς "κόσμους": Ο ένας περιλαμβάνει τις χώρες της βιομηχανικά ανεπτυγμένης Δύσης οι οποίες με πληθυσμό το 1/6 περίπου του παγκόσμιου κατέχουν και νέμονται τα 4/5 του πλούτου και της ενέργειας του πλανήτη. Ο άλλος περιλαμβάνει τις "αναπτυσσόμενες" χώρες στις οποίες αντιστοιχεί το συντριπτικό μερίδιο αυτού που θα μπορούσαμε να ονομάσουμε "παγκόσμιες προσδοκίες" όσον αφορά τον εν λόγω πλούτο και ενέργεια.
Στις πρώτες η παραγωγή ενέργειας αποτελεί ένα μέσο κρίσιμης σημασίας για την τροφοδότηση της περαιτέρω ανάπτυξης τους και της επέκτασης του πεδίου δράσης τους. Στις χώρες αυτές η παραπέρα άνοδος του (ήδη υψηλού) επιπέδου ευημερίας που έχει επιτευχθεί, προσδιορίζεται όλο και περισσότερο με όρους βελτίωσης της "ποιότητας" ζωής, η οποία πλέον γίνεται αντιληπτή όχι μόνον ως ατομική αλλά και ως συλλογική (βλέπε πολιτική) επιδίωξη. Μια από τις σημαντικότερες πλευρές της επιδίωξης αυτής, ανεκτής/επι-τρεπτής (προς το παρόν τουλάχιστον) στα πλαίσια των δυτικού τύπου συστημάτων διακυβέρνησης είναι η οικολογική, που στον τομέα της ενέργειας σημαίνει πίεση για την ανάπτυξη καθαρών ή λιγότερο επιβαρυντικών για το περιβάλλον μεθόδων παραγωγής ενέργειας.
Από την άλλη πλευρά, οι αναπτυσσόμενες χώρες, στον αγώνα τους για επιβίωση και ανάπτυξη, πιέζονται (υπό την έννοια των προσδοκιών των πληθυσμών τους) αλλά και πιέζουν (υπό την έννοια του ανταγωνισμού) τις. ανεπτυγμένες, με σκοπό να προσεγγίσουν το δικό τους επίπεδο ευημερίας. Στην προσπάθεια τους αυτή βασικό ρόλο παίζει η αύξηση της παραγωγής ενέργειας, η οποία στην περίπτωση τους σχετίζεται με δύο παράγοντες αποφασιστικής σημασίας: Ο ένας είναι το δημογραφικό δυναμικό. Με άλλα λόγια πέντε (και σε μερικά χρόνια οκτώ) δισεκατομμύρια άνθρωποι προσδοκούν να ζήσουν (δηλαδή να παράγουν και κυρίως να καταναλώσουν) όπως οι αντίστοιχοι τους στις ΗΠΑ, στην Ευρώπη, στην Ιαπωνία και στις υπόλοιπες ανεπτυγμένες χώρες. Ο άλλος είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος του ενεργειακού (και άλλου) πλούτου του πλανήτη βρίσκεται υπό τον έλεγχο των ανεπτυγμένων χωρών και η τάση είναι αυτός ο έλεγχος να γίνεται όλο και σφικτότερος στο μέλλον. Στην περίπτωση λοιπόν των αναπτυσσόμενων χωρών προβάλλει εκ των πραγμάτων μια ανάγκη αύξησης της παραγόμενης ενέργειας και μάλιστα από ανανεώσιμες και "μη ελεγχόμενες" πηγές μέσω νέων μεθόδων (το κατά πόσον οι μέθοδοι αυτές θα είναι λιγότερο επιβαρυντικές για τον πλανήτη είναι δευτερεύον, όχι αδιάφορο) όχι τόσο ως αίτημα βελτίωσης της "ποιότητας ζωής", αλλά κυρίως ως αποτέλεσμα δημογραφικής πίεσης και μη ελεύθερης πρότασης σε πηγές ενέργειας και πρώτες ύλες.
Τις προσδοκίες των αναπτυσσόμενων χωρών συνοδεύει ένα αναπόφευκτο ερώτημα: Είναι, δυνατόν, από οικολογική άποψη, τα δισεκατομμύρια των Κινέζων, Ινδών, Βραζιλιάνων και άλλων, καταναλώνουν ίση "κατά κεφαλή" ενέργεια ( λοιπά προϊόντα) με τους Αμερικανούς, Ευρωπαίους και άλλους προνομιούχους του σήμερα;
Η μάλλον προφανής απάντηση στο παραπάνω ερώτημα εγείρει αμέσως ένα δεύτερο: Στη 6ά ποιας "δημοκρατικής" αρχής και ποιου "ανθρώπινου δικαιώματος" το 83% των κατοίκων του πλανήτη πρέπει να αποκλειστεί από το επίπεδο ευημερίας που απολαμβάνει το 17% έτσι ώστε αυ το τελευταίο να εξακολουθεί να ζει καλύτερα ( καταναλώνει περισσότερα αγαθά, πόρους και υπηρεσίες);
Όλοι βέβαια αντιλαμβάνονται ότι είναι μαλλί απίθανο να δούμε τα πλούσια βιομηχανικά κράτη να παραιτούνται από το επίπεδο της σημερινής ευημερίας τους ή τα αναπτυσσόμενα κράτη από την επιδίωξη των προσδοκιών τους. Οι προοπτικές λοιπόν που διαφαίνονται ως συνέπεια αυτή της κατάστασης είναι ποικίλες (και πάντως όχι αισιόδοξες), ξεκινώντας από την ένταση του ανταγωνισμού (τόσο μεταξύ των χωρών όσο και στο εσωτερικό τους) και φθάνοντας μέχρι την οικολογική κατάρρευση ή την προσπάθεια επιβολής ενός άτεγκτου και αυστηρά ελεγχόμενου συστήματος κατανομής ενέργειας και αγαθών.
Και μια τελευταία παρατήρηση: Η αντιμετώπι ση των οικολογικών συνεπειών της αυξανόμενη( παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας καιπροϊ όντων με "τεχνικές" μεθόδους (δηλαδή με την α νάπτυξη τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας, νέ· ων μεθόδων παραγωγής "καθαρής" ενέργειας, ή και απόλυτης "ορθολογικοποίησης" της χρήσης των υλικών/οικολογικών πόρων), δεν αποτελεί παρά ημίμετρο, εκτός και αν επινοηθεί στο μεταξύ κάποια "μαγική συνταγή" παραγωγής καθαρής και απεριόριστα ανανεώσιμης ενέργειας και αγαθών (ακόμη και σ' αυτήν την περίπτωση δεν θα πρέπει να αποκλεισθεί η μονοπώληση, η επιλεκτική χρήση της "συνταγής" ή εν πάσει περιπτώσει η χρησιμοποίηση της με τρόπο που να εξασφαλίζει πλεονέκτημα κάποιων σε βάρος κάποιων άλλων).
Μέσα στα πλαίσια αυτά τοποθετούνται όλες οι προσπάθειες ανάπτυξης νέων, "καθαρών1"ή λιγότερο επιβαρυντικών για το περιβάλλον μορφών παραγωγής ενέργειας. Από τις προσπάθειες αυτές, η αξιοποίηση με διάφορες μεθόδους της θάλασσας για την παραγωγή καθαρής (ή καθαρότερης) και ανανεώσιμης ενέργειας, φαίνεται ότι μετατρέπεται τα τελευταία χρόνια σε ρεαλιστική προοπτική.
Ας παραθέσουμε εδώ ορισμένα στοιχεία:
Σήμερα η παγκόσμια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας ξεπερνά τα 800 δισεκατομμύρια δολάρια κατ' έτος και η τάση της είναι ανοδική. Εκτιμάται ότι 2 δισεκατομμύρια άνθρωποι στερούνται ουσιαστικά τον ηλεκτρισμό, ενώ στις αναπτυσσόμενες χώρες η παγκόσμια ζήτηση διπλασιάζεται ανά οκτώ περίπου χρόνια (World Watch Inst. 1998)
Η θάλασσα, εκτός από πηγή αγαθών, οδό επικοινωνίας ή στρατηγικό χώρο προβολής ισχύος, μπορεί να αποτελέσει άμεση πηγή ενέργειας. Η διαπίστωση αυτή δεν είναι καινούργια. Ηδη από τον μεσαίωνα (1200-1500) οι άνθρωποι συνήθιζαν να εκμεταλλεύονται το φαινόμενο της παλίρροιας παγιδεύοντας ποσότητες νερού σε ημι-τεχνη-τές δεξαμενές όταν η στάθμη ήταν ψηλά και χρησιμοποιώντας το νερό αυτό για την κίνηση υδρόμυλων όταν η στάθμη έπεφτε.
Η ιδέα της αξιοποίησης της κινητικής ενέργειας των κυμάτων είναι επίσης παλαιά. Το 1799 ο Γάλλος Girard και ο γιος του υπέβαλαν την πρώτη σχετική αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, στην οποία περιέγραφαν μια μέθοδο άμεσης χρησιμοποίησης της ενέργειας των κυμάτων για την κίνηση αντλιών, μύλων, πριονιών και άλλων μηχανών. Η επινόηση των δύο Γάλλων προέβλεπε τη στερέωση μεγάλων ξύλινων προβόλων σε αγκυροβολημένα πολεμικά σκάφη. Η κίνηση των σκαφών (και των προσαρμοσμένων σε αυτά ξύλινων δοκών) από τα κύματα της θάλασσας, θα μετατρεπόταν μέσω ενός συστήματος μοχλών σε αξιοποιήσιμη περιστροφή ή παλινδρόμηση. Δεν υπάρχει πάντως κανένα στοιχείο που να δείχνει ότι η πρόταση των δύο Γάλλων υλοποιήθηκε έστω και δοκιμαστικά.
Στη σύγχρονη εποχή, επιστήμονες και μηχανικοί έχουν αρχίσει εδώ και πέντε περίπου δεκαετίες να μελετούν τρόπους αξιοποίησης των κυμάτων, των παλιρροιών και των θερμοσυσσωρευτι-κών χαρακτηριστικών της θάλασσας σε μεγάλη βιομηχανική κλίμακα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ομως μέχρι πρόσφατα οι εκτιμήσεις (στην Ευρώπη τουλάχιστον) για τις δυνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης της θάλασσας δεν ήταν ευνοϊκές, καθώς οι προτεινόμενες μέθοδοι θεωρούντο αντι-οικονομικές, ανέφικτες ή μη αποδεκτές οικολογικά.
Οι προτεινόμενες μέχρι στιγμής μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από τη θάλασσα μπορούν να καταταγούν σε τρεις γενικές κατηγορίες: Αυτές που αφορούν την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας των κυμάτων, αυτές που προβλέπουν την αξιοποίηση της (επίσης κινητικής) ενέργειας των παλιρροιών και των θαλάσσιων ρευμάτων και αυτές που σχετίζονται με την αξιοποίηση των θερ-μοσυσσωρευτικών χαρακτηριστικών της θάλασσας (δηλαδή των θερμοκρασιακών διαφορών μεταξύ των επιφανειακών και των βαθύτερων στρωμάτων των τροπικών κυρίως θαλασσών). Από τις παραπάνω κατηγορίες φαίνεται ότι οι μέθοδοι ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων είναι οι λιγότερο επιβαρυντικές από την άποψη των γνωστών ή ενδεχόμενων οικολογικών διαταραχών.
Κατά τη δεκαετία του 1980, ενώ η διεξαγωγή διαφόρων πιλοτικών προγραμμάτων έδειξε ότι ήταν δυνατή η παραγωγή ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας με διάφορους τρόπους, αποδείχθηκε επίσης ότι ακόμη και αν αγνοείτο τελείως το κόστος της παραγόμενης ενέργειας, υπήρχαν σοβαρά πρακτικά προβλήματα κυρίως με την κατασκευή εξοπλισμού κατάλληλου ώστε να μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα στο εξαιρετικά αντίξοο θαλάσσιο περιβάλλον.
Κατά τα τέλη όμως της δεκαετίας του 1990 υπήρξαν σαφείς ενδείξεις ότι οι τεχνολογικές πρόοδοι έχουν καταστήσει εφικτή, οικονομικά ανταγωνιστική αλλά και αξιόπιστη την παραγωγή "καθαρής" και ανανεώσιμης ενέργειας από τα κύματα των θαλασσών και των ωκεανών. Από τον Νοέμβριο του 2000 λειτουργεί στη Βρετανία ο πρώτος εμπορικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας. Ο σταθμός αυτός, που έχει εγκατασταθεί στο νησί Islay της Σκωτίας, κατασκευάστηκε από την εταιρία Wavegen και κόστισε 1 εκατομμύριο βρετανικές λίρες (εκτός των δαπανών έρευνας και ανάπτυξης). Ο σταθμός παράγει 500 KW ηλεκτρικής ισχύος που καλύπτουν τις ανάγκες φωτισμού 400 σπιτιών. Οι δύο ηλεκτροπαραγωγές μονάδες του σταθμού (των 250KW η κάθε μία) ανήκουν στην κατηγορία των διατάξεων "OCW" (Oscillating Water Column, "Παλλόμενη Στήλη Νερού") και η ανάπτυξη τους ήταν αποτέλεσμα συνεργασίας της Wavegen με το Πανεπιστήμιο Queen's του Belfast, το Ανώτερο Τεχνικό Ινστιτούτο της Πορτογαλίας, την Ευρωπαϊκή Ενωση και τη μελετητική εταιρία Charles Brand Engineering. Αρκετές άλλες χώρες (κυρίως της Ευρώπης και της Απω Ανατολής) έχουν προχωρήσει στην κατασκευή μικρότερων πειραματικών μονάδων και μελετούν σοβαρά την αναβάθμιση τους.
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ
Η τεράστια κινητική ενέργεια που κρύβουν μέσα τους τα κύματα της θάλασσας μπορεί εύκολα να γίνει αντιληπτή από τον καθένα, αρκεί να παρατηρήσει τη "δύναμη" των κυμάτων που ξεσπούν στις παραλίες όταν ο άνεμος είναι αρκετά ισχυρός. Πώς όμως ποσοτικοποιείται το ενεργειακό δυναμικό των κυμάτων της θάλασσας ώστε να υπάρχει μια σαφής εικόνα για το τι μπορεί να προσφέρουν αυτά από την άποψη της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας;
Κατ' αρχήν πρέπει να τονίσουμε πως η ενέργεια των κυμάτων είναι στην πραγματικότητα μια μορφή ηλιακής ενέργειας. Ο ήλιος θερμαίνει ανισομερώς την επιφάνεια της Γης με αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της ατμοσφαιρικής πίεσης και τη δημιουργία ρευμάτων αέρα. Τα ρεύματα αέρα σχηματίζουν ανέμους οι οποίοι με τη σειρά τους προκαλούν την εμφάνιση των κυμάτων της θάλασσας.
Οι πλουσιότερες από ενεργειακή άποψη περιοχές κυμάτων, είναι οι περιοχές κοντά σε παράλια στα οποία καταλήγουν κύματα προερχόμενα από θαλάσσιες επιφάνειες μεγάλης έκτασης. Για παράδειγμα, καθώς τα κύματα "ταξιδεύουν" κατά μήκος του Βόρειου Ατλαντικού για να καταλήξουν στις ακτές της Ευρώπης, οι άνεμοι που πνέουν προσδίδουν συνεχώς ενέργεια σε αυτά. Οταν τα κύματα φθάσουν τελικά στα παράλια της Ευρώπης, η ισχύς που περικλείουν είναι πραγματικά τεράστια.
Η ενέργεια (ή ισχύς) που περιέχουν τα κύματα τα οποία φθάνουν στα παράλια έχει μετρηθεί και υπάρχουν εκτιμήσεις για όλες τις περιοχές του πλανήτη. Οι περιοχές (παράλιες ζώνες) έχουν καταταγεί σε κατηγορίες ανάλογα με την ενεργειακή απόδοση που θα μπορούσαν να έχουν. Η ισχύς των κυμάτων μετρείται σε KW ανά μέτρο ακτής. Στις "πλουσιότερες" από ενεργειακή άποψη παράλιες ζώνες, ανήκουν οι δυτικές ακτές της Σκωτίας, ο βόρειος Καναδάς, οι βορειοδυτικές και βορειοανατολικές ακτές των ΗΠΑ, η νότια Αφρική και η Αυστραλία. Στις περιοχές αυτές το ενεργειακό δυναμικό των κυμάτων κυμαίνεται από 40 έως 70 KW/m. Στις πτωχότερες από την άποψη της ενέργειας των κυμάτων τους περιοχές περιλαμβάνονται οι παράλιες ζώνες των νοτιοανατολικών ΗΠΑ, της βορειοανατολικής Ν.Αμερικής και της νότιας Ιαπωνίας, όπου τα κύματα "αποδίδουν" μόνο 10-20 KW/m.
Επίσης η ενεργειακή απόδοση των κυμάτων ποικίλλει ανάλογα με την εποχή. Οι πιο ισχυροί άνεμοι (και συνεπώς κύματα) εμφανίζονται κατά τη χειμερινή περίοδο, επειδή, λόγω αυξημένων θερμοκρασιακών διαφορών, οι ατμοσφαιρικές πιέσεις είναι υψηλότερες.
Παρά τις διαφορές της ισχύος των κυμάτων από περιοχή σε περιοχή και από εποχή σε εποχή, το συνολικό ενεργειακό δυναμικό τους είναι πολύ υψηλό. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του Βρετανού αναλυτή αγορών ανανεώσιμης ενέργειας Τ Thorpe, ο οποίος είναι ο κύριος σύμβουλος της Βρετανικής κυβέρνησης όσον αφορά τον τομέα της ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας, ήδη από το 1989, αν οι τεχνολογίες μετατροπής της ενέργειας των κυμάτων που υπάρχουν σήμερα χρησιμοποιούντο σε ευρεία κλίμακα, η ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί θα έφθανε το 16% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρισμού. Αυτό ισοδυναμεί με 2.000 TWh (Τερα-βατώρες) και αντιστοιχεί στο σύνολο περίπου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τις μεγάλες υδροηλεκτρικές μονάδες που βρίσκονται σε λειτουργία σήμερα.
Η ενεργειακή αξιοποίηση των κυμάτων της θάλασσας μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: Ο ένας περιλαμβάνει διατάξεις εγκατεστημένες στη θαλάσσια ακτή (onshore) οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια των κυμάτων που προσπίπτουν στην ακτή σε περιστροφή ενός στροβίλου. Ο άλλος τρόπος περιλαμβάνει διατάξεις εγκατεστημένες μέσα στη θάλασσα (offshore) οι οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό την κίνηση (ταλάντωση, παλινδρόμηση κλπ.) ενός πλωτού τμήματος τους.
ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ONSHORE
Για να μετατραπεί η κινητική ενέργεια των κυμάτων σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, απαιτείται η μεσολάβηση μιας διάταξης η οποία να επιτρέπει στα κύματα να κινούν τα μηχανικά μέρη (π.χ. τον στρόβιλο) μιας γεννήτριας. Η διάταξη αυτή μπορεί είτε να συσσωρεύει για ένα χρονικό διάστημα την ενέργεια των κυμάτων και να την αποδίδει κατόπιν κινώντας κάποια ηλεκτρογεννήτρια είτε να μεταφέρει απ' ευθείας την ενέργεια στη γεννήτρια.
TapChan (Tapered Channel)
Οι διατάξεις onshore της πρώτης κατηγορίας (που λειτουργούν συσσωρεύοντας και αποδίδοντας κατόπιν την ενέργεια των κυμάτων) αντιπροσωπεύονται από το λεγόμενο TapChan (Tapered Channel). Η διάταξη αυτή αποτελείται από ένα κανάλι που στενεύει βαθμιαία και καταλήγει σε μια δεξαμενή κατασκευασμένη στην ακτή μερικά μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η στένωση του καναλιού αναγκάζει τα κύματα που εισέρχονται σε αυτό να αυξάνονται σε ύψος καθώς οδεύουν προς το εσωτερικό του και τελικά να υπερχειλίζουν πάνω από τα τοιχώματα του και να χύνονται μέσα στη δεξαμενή. Η διάταξη TapChan μετατρέπει την κινητική ενέργεια των κυμάτων σε δυναμική συσσωρεύοντας την, καθώς το νερό συλλέγεται στη δεξαμενή. Το νερό της δεξαμενής διοχετεύεται στη συνέχεια και πάλι προς τη θάλασσα, οπότε κατερχόμενο λόγω της υψομετρικής διαφοράς δεξαμενής-θάλασσας αποδίδει τη δυναμική ενέργεια του κινώντας έναν στρόβιλο ο οποίος ενεργοποιεί με τη σειρά του μια ηλεκτρογεννήτρια. Η μέθοδος αυτή αποτελεί ουσιαστικά προσαρμογή της βασικής διαδικασίας που ακολουθείται σε όλους τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας: Συλλογή του νερού, συσσώρευση του νερού σε δεξαμενή (φράγμα) και διοχέτευση του σε χαμηλότερη στάθμη έτσι ώστε να κινεί έναν ή περισσότερους υδροστροβίλους κατά την κάθοδο του. Τα πλεονεκτήματα αυτής της διάταξης, εκτός από το ότι δεν παράγει ρύπους κανενός είδους, είναι η απλότητα της (ελάχιστα κινούμενα μέρη), το μικρό κόστος συντήρησης, η μεγάλη αξιοπιστία και η παροχή ενέργειας όταν αυτή ζητηθεί (εφόσον η ενέργεια μπορεί να παραμένει συσσωρευμένη στη δεξαμενή).
Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε όλες τις ακτές. Κατάλληλες για το σύστημα TapChan είναι οι ακτές που έχουν σταθερό κυματισμό, με κύματα αρκετά υψηλής μέσης ισχύος και παλίρροια που δεν ξεπερνά το 1m, μεγάλο βάθος πυθμένα κοντά στην ακτογραμμή και κατάλληλη θέση στην ακτή για την κατασκευή του καναλιού και της δεξαμενής.
Η πρώτη διάταξη TapChan κατασκευάστηκε το 1985 σε ένα νησί κοντά στο Bergen της Νορβηγίας και συνεχίζει να λειτουργεί μέχρι σήμερα παρέχοντας ηλεκτρική ισχύ στο τοπικό δίκτυο. Η Νορβηγία έχει επίσης αναλάβει την κατασκευή μιας μονάδας TapChan στην Ιάβα της Ινδονησίας ισχύος 1,1 MW. Το κανάλι της μονάδας αυτής το οποίο αξιοποιεί ένα φυσικό άνοιγμα σε μια βραχώδη ακτή, έχει είσοδο πλάτους 7 m προς τη θάλασσα, ενώ τα τοιχώματα των βράχων στο τμήμα που στενεύει έχουν "εξομαλυνθεί" ώστε η ροή του νερού να είναι απρόσκοπτη. Η δεξαμενή στην οποία υπερχειλίζουν τα εισερχόμενα κύματα βρίσκεται 4 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που θα παράγει η μονάδα αυτή υπολογίζεται από τους Νορβηγούς κατασκευαστές σε 0,1 δολάρια ανά KWh. Η γεννήτρια που θα παράγει το ρεύμα κινείται από έναν στρόβιλο Κάπλαν. Η Χιλή, η Ινδία και η Σρι Λάνκα έχουν εκδηλώσει επίσης ενδιαφέρον προς τους Νορβηγούς για την ίδια τεχνολογία.
OCW (Oscillating Water Column)
Οι διατάξεις onshore της δεύτερης κατηγορίας (άμεσης μετατροπής της κινητικής ενέργειας των κυμάτων σε ηλεκτρική) φαίνεται ότι αποτελούν (προς το παρόν τουλάχιστον) την πλέον δημοφιλή μέθοδο ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων. Οι διατάξεις αυτές (δοκιμαστικά πρωτότυπα των οποίων έχουν κατασκευαστεί και εγκατασταθεί ήδη από τη δεκαετία του 1980) στη Σκωτία, τη'Νορβηγία, την Αυστραλία, την Ιαπωνία, τις Ινδίες, την Κίνα και άλλες χώρες) χρησιμοποιούν στο σύνολο τους την ίδια βασική αρχή για τη μετατροπή της ενέργειας των κυμάτων: Τα κύματα που φθάνουν στην ακτή εισέρχονται σε ένα ημιδυθισμένο τεχνητό "σπήλαιο" το άνω άκρο του οποίου (αυτό που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας) καταλήγει σε μία χοάνη. Μέσα στη χοάνη βρίσκεται ένας αεριο-στρόβιλος. Καθώς η κορυφή ενός κύματος εισέρχεται στο σπήλαιο, η στάθμη του νερού μέσα σε αυτό ανέρχεται ταχύτατα, ωθώντας και διοχετεύοντας στη χοάνη τον αέρα που βρίσκεται πάνω από το νερό. Το δημιουργούμενο ρεύμα αέρα προσπίπτει στα πτερύγια του στροβίλου και προκαλεί την περιστροφή του. Στη συνέχεια, και καθώς το κύμα υποχωρεί σχηματίζοντας κοιλία, η στάθμη του νερού κατέρχεται, προκαλώντας την αναρρόφηση αέρα μέσω της χοάνης και την εκ νέου περιστροφή του στροβίλου, ο οποίος είναι σχεδιασμένος έτσι ώστε να περιστρέφεται κατά την ίδια φορά ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του προσπίπτοντος αέρα. Όταν τα κύματα ενισχυθούν υπερβολικά, μια βαλβίδα κλείνει αυτόματα ώστε να προστατευθεί ο στρόβιλος. 0 στρόβιλος κινεί με τη σειρά του μια ηλεκτρογεννήτρια η οποία παράγει ηλεκτρικό ρεύμα αυτή αρχή λειτουργίας είναι γνωστή (Oscillating Water Column ή Παλλόμενη ροή).
Σύμφωνα με τα λόγια του ίδιου του Whittaker, "κατά τη δεκαετία, του 1980 είχαμε την αφέλεια να πιστεύουμε πως μπορούσαμε να κατασκευάσουμε άμεσα μια εμπορική μονάδα παραγωγής ενέργειας". Με βάση την εμπειρία (και τα λάθη τους) οι επιστήμονες της ομάδας του Whittaker, σε συνεργασία με άλλους ιδιωτικούς και πανεπιστημιακούς φορείς και με χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ενωσης, σχεδίασαν το Limpet 500, μια μονάδα OWC συνολικής ισχύος 500 KW, η οποία εγκαταστάθηκε σε απόσταση 300 περίπου μέτρων από την παλαιότερη πειραματική μονάδα. Για τη μονάδα αυτή προβλέφθηκε η κατασκευή ενός τεχνητού σπηλαίου στην ακτή, με τοιχώματα κατάλληλης κλίσης και ανάγλυφου ώστε να βελτιστοποιείται το ποσοστό "απόσπασης" της ενέργειας των κυμάτων της θάλασσας. Αφού προηγήθηκαν οι κατάλληλες εκσκαφές στην ακτή (λίγο πίσω από την ακτογραμμή), τα προκατασκευασμένα τμήματα του τεχνητού σπηλαίου προωθήθηκαν και συναρμολογήθηκαν επιτόπου κατά την περίοδο που ο καιρός ήταν ήρεμος. Οταν ολοκληρώθηκε η συναρμολόγηση, αφαιρέθηκε το τμήμα της ακτής που μεσολαβούσε μεταξύ της μονάδας και της θάλασσας και τα κύματα μπορούσαν να εισχωρήσουν ελεύθερα μέσα στο τεχνητό σπήλαιο αποδίδοντας την ενέργεια τους. Το βάθος του νερού στην είσοδο του σπηλαίου είναι 7 m και η επιφάνεια του 170 m2. Η απόδοση της μονάδας είναι βέλτιστη όταν η ένταση των κυμάτων κυμαίνεται από 15 έως 25 KW ανά μέτρο ακτής. Οι ισχυροί άνεμοι και τα κύματα στα οποία είναι εκτεθειμένες συνήθως οι ακτές όπου εγκαθίστανται οι διατάξεις OCW, δημιουργούν σημαντικές δυσκολίες στην ανέγερση τους. Οταν πρόκειται για μικρές μονάδες, μπορεί να ακολουθηθεί η μέθοδος της κατασκευής ενός προσωρινού φράγματος σε μικρή απόσταση από την ακτογραμμή (μέσα στη θάλασσα) ώστε να προστατευθεί η μονάδα κατά τη φάση κατασκευής. Οταν η μονάδα ετοιμαστεί, το φράγμα κατεδαφίζεται.
Στην περίπτωση μεγαλύτερων μονάδων, η μέθοδος αυτή είναι είναι πολύ δύσκολο να εφαρμοστεί και για τον λόγο αυτόν ακολουθούνται συνήθως μέθοδοι στις οποίες η κατασκευή ξεκινά από την ακτή, όπως στην περίπτωση του σταθμού που κατασκεύασε η Wavegen στο νησί Islay. Το τεχνητό σπήλαιο της μονάδας των 500 KW του νησιού Islay καταλήγει σε δίδυμες χοάνες στις οποίες έχουν τοποθετηθεί δύο στρόβιλοι Wells,καθένας από τους οποίους κινεί μια γεννήτρια ισχύος 250 KW, οπότε η συνολική ισχύς της μονάδας φθάνει τα 500 KW. Οι στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται στο Limpet 500 όπως και στις περισσότερες μονάδες OCW, αποτελούν μια ειδική κατηγορία στροβίλων την οποία επινόησε ο μηχανικός Α. Wells το 1977. Ο στρόβιλος Wells φέρει πτερύγια ειδικής σχεδίασης έτσι ώστε να μπορεί να περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ρεύματος αέρα που προσπίπτει σε αυτά. Με τον τρόπο αυτόν αφενός εξαλείφεται η ανάγκη για ανάστροφες βαλβίδες και αφετέρου αυξάνεται η απόδοση εφόσον ο στρόβιλος δεν χρειάζεται να διακόπτει και να ξαναρχίζει την περιστροφή του. Με τη σημερινή του μορφή στρόβιλος Wells μετατρέπει μόνο το 40% της ενέργειας του προσπίπτοντος αέρα σε ηλεκτρική και ήδη διάφοροι σχεδιαστές αναζητούν τρόποι βελτίωσης του.
Στην περίπτωση του Limpet στο νησί Islay το πρόβλημα αντιμετωπίστηκε με τη χρησιμοποίηση δύο στροβίλων Wells συνδεδεμένων ( σειρά, που στρέφονται κατ' αντίθετες κατευθύ σεις. Με τον τρόπο αυτόν είναι δυνατή η μετατροπή του 60% της ενέργειας του ρεύματος αέρα c ηλεκτρισμό. Μια βελτιωμένη παραλλαγή του στρόβιλο Wells σχεδιασμένη από τον καθηγητή Stephe Salter του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, διαθιλιομέτρων μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ηλεκτροδότησης 250.000 ατόμων με κόστος 0,01-0,03 δολάρια ανά KWh. Για σύγκριση αναφέρουμε ότι οι σημερινοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν τις τελευταίου τύπου γεννήτριες "συνδυασμένου κύκλου αερίων" παράγουν ενέργεια με κόστος 0,05 δολάρια ανά KWh, ενώ οι σταθμοί που χρησιμοποιούν ως καύσιμο το πετρέλαιο παράγουν ενέργεια με κόστος 0,08 (ή και περισσότερο) δολάρια ανά KWh. Πάντως οι αριθμοί που δίνει η Ocean Power Technologies αντιμετωπίζονται επιφυλακτικά από πολλούς επιστήμονες, οι οποίοι υποστηρίζουν ότι ακόμη και οι πιο ευνοϊκές εκτιμήσεις όσον αφορά το κόστος της ενέργειας από τα κύματα της θάλασσας που μπορεί να παραχθεί με τις αποδοτικότερες σημερινές διατάξεις, είναι από 0,05 έως 0,08 δολάρια ανά KWh. Σύμφωνα με συμβούλους της Ευρωπαϊκής Ενωσης, η τεχνολογία των υδροπιεζοηλεκτρικών γεννητριών είναι μεν εφικτή, αλλά όταν μια νεοεμφανιζόμενη μέθοδος παρουσιάζει τόσο χαμηλό κόστος δημιουργεί σκεπτικισμό. Ας αναφέρουμε τέλος ότι η ιαπωνική εταιρία Penta-Ocean Construction Co. Ltd. έχει επενδύσει ένα άγνωστο μέχρι στιγμής ποσόν για τη χρηματοδότηση της κατασκευής ενός πειραματικού πρωτοτύπου της πιεζοηλεκτρικής γεννήτριας ισχύος 1KW, στον Κόλπο του Μεξικού.
Η βρετανική εταιρία (Ocean Power Delivery Systems) με έδρα το Εδιμβούργο έχει αναπτύξει μια πρωτότυπη μέθοδο ενεργειακής αξιοποίησης των κυμάτων. Η διάταξη την οποία επινόησε ο R. Yemm, μαθητής του Salter, αποτελείται από μια επιμήκη σειρά συνδεδεμένων μεταξύ τους πλωτών δεξαμενών. Μέσα στα κύματα της θάλασσας, το σχήμα της διάταξης λαμβάνει τη μορφή μιας κατά προσέγγιση ημιτονοειδούς καμπύλης, η οποία σύμφωνα με τους κατασκευαστές είναι υπολογισμένη κατάλληλα ώστε να εκμεταλλεύεται τις δημιουργούμενες κυματομορ-φές. Οι διαδοχικές κορυφές και κοιλίες των κυμάτων προκαλούν τη σχετική κίνηση των πλωτών δεξαμενών της διάταξης, η οποία παρατηρούμενη από απόσταση θυμίζει την κίνηση φιδιών (και γι' αυτόν τον λόγο η διάταξη ονομάστηκε Pelamis από το όνομα μιας οικογένειας θαλάσσιων φιδιών). Η σχετική κίνηση κάθε τμήματος της διάταξης ως προς τα γειτονικά του προκαλεί την κίνηση εμβόλων στο εσωτερικό τους. Τα έμβολα ωθούν υδραυλικό υγρό το οποίο με τη σειρά του μεταδίδει κίνηση σε ηλεκτρογεννήτριες. Το μήκος της όλης διάταξης που αποτελείται από 10 πλωτές δεξαμενές φθάνει τα 120 m.
Σύμφωνα με τους τεχνικούς της εταιρίας, μπορούν να κατασκευασθούν μοντέλα [ την βοήθεια υπολογιστή τα οποία να προσομοιάζουν την κυματομορφή κάθε παράλιας ζώνης κ< με βάση αυτά τα μοντέλα να κατασκευαστούν διατάξεις με τις καταλληλότερες διαστάσεις (δηλαδή διατάξεις που ακολουθούν όσο το δυνατόν πλησιέστερα την κυματομορφή των κυμάτων), ώστ να μεγιστοποιείται η συνεργατική λειτουργία τω εμβόλων και συνεπώς η λαμβανόμενη ενέργεια. Μια άλλη πολλά υποσχόμενη μέθοδος που επί νοήθηκε από τον F. Gardener έχει την ονομασία"Κυματαιώρα του Αρχιμήδη" (Archimedes Wav< Swing) και αναπτύχθηκε στο στάδιο πρωτότυποι ήδη από το 1995 στο Ενεργειακό Κέντρο της Ολλανδίας. Η αρχή πάνω στην οποία βασίζεται η επι· νόηση αυτή θεωρεί τη θάλασσα ως μια τεράστιο μάζα η οποία ταλαντώνεται με σταθερή συχνότητα. Το μέσο μήκος των κυμάτων της θάλασσας που διανύουν μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες ενέργειας είναι 120 m και η μέγιστη ισχύς που μεταφέρουν φθάνει τα 100 KW/m σε περιοχές ή περιόδους μεγάλου κυματισμού.
Η "Κυματαιώρα του Αρχιμήδη" αποτελείται από διατάξεις κατακόρυφων θαλάμων συνδεδεμένων μεταξύ τους, οι οποίοι πληρούνται με αέρα και οι οποίοι βρίσκονται εγκατεστημένοι κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Στο άνω μέρος κάθε θαλάμου υπάρχει ένας κινητός πλωτήρας, υπολογισμένος έτσι ώστε να διατηρείται σε ισορροπία, πιεζόμενος από το βάρος της στήλης νερού πάνω από αυτόν. Οταν πάνω από έναν θάλαμο φθάσει η κορυφή ενός κύματος, ο πλωτήρας πιέζεται προς τα κάτω από το πρόσθετο βάρος της στήλης νερού, πιέζοντας με τη σειρά του μέσω ενός εμβόλου τον αέρα του θαλάμου κάτω από αυτόν. Ο πιεζόμενος αέρας διοχετεύεται σε άλλον θάλαμο (στον οποίο δεν έχει φθάσει ακόμη η κορυφή του κύματος) και ο πλωτήρας κατέρχεται. Η διαδικασία αυτή αντιστρέφεται όταν πάνω από τον θάλαμο έλθει η κοιλία του κύματος, οπότε ο πλωτήρας ανέρχεται. Καθώς το κύμα περνά διαδοχικά πάνω από κάθε θάλαμο (κάθε διάταξη αποτελείται από τρείς συνδεδεμένους θαλάμους) οι πλωτήρες εκτελούν κατακόρυφη παλινδρόμηση, υπό την επίδραση της αυξομειούμενης πίεσης. Η παλινδρομική κίνηση των πλωτήρων (που λειτουργούν σαν σφόνδυλοι) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση ηλεκτρογεννητριών. Οι πλωτήρες έχουν σχήμα κωνικό και είναι ανοικτοί στο κάτω μέρος τους. Οι συνδεδεμένοι θάλαμοι απέχουν απόσταση 40 m μεταξύ τους. Το σύστημα θα τοποθετείται σε βάθος 20 m από την επιφάνεια της θάλασσας για να προστατεύεται από τις ακραίες καταπονήσεις όταν ο κυματισμός είναι πολύ έντονος. Ενα πρωτότυπο της "Κυματαιώρας του Αρχιμήδη" κλίμακας 1/20 έχει κατασκευασθεί και δοκιμαστεί με επιτυχία. Σε πλήρη κλίμακα κάθε πλωτήρας της διάταξης θα έχει διάμετρο 20 m και θα ζυγίζει 1.000 τόννους. Οι υπολογισμοί των ερευνητών του Κέντρου στο οποίο αναπτύσσεται η "Κυματαιώρα" δείχνουν ότι κάθε διάταξη τριών τέτοιων θαλάμων μπορεί να αποδώσει ηλεκτρική ισχύ έως 2,7 MW. Μια άλλη βρετανική επινόηση (δεν είναι τυχαίο ότι το μεγαλύτερο μέρος των σχετικών επινοήσεων προέρχονται από τη Βρετανία αν ληφθεί υπόψη η ισχύς των κυμάτων του Ατλαντικού που φθάνουν στα βρετανικά παράλια), είναι η Αντλία Κυμάτων McCabe (McCabe Wave Pump) του Peter McCabe της Hydam Technology με έδρα το Killarney της Ιρλανδίας.
Η επινόηση αυτή αποτελείται από ένα σταθερό τμήμα αγκυρωμένο στον βυθό, στις πλευρές του οποίου είναι συνδεδεμένοι μέσω αρθρώσεων δύο επιπλέοντες πλωτήρες. Η κορυφή ενός κύματος προκαλεί την ανύψωση του ενός από τους κινούμενους πλωτήρες, ενώ η κοιλία του κύματος την κάθοδο του άλλου πλωτήρα. Η σχετική ως προς το σταθερό σημείο άρθρωσης τους στο αγκυρωμένο τμήμα ανοδοκάθοδος των πλωτήρων συνιστά ένα είδος αντλίας, το υδραυλικό υγρό της οποίας μεταφέρει κίνηση σε μια ηλεκτρογεννήτρια. Η πρώτη δοκιμή ενός πρωτοτύπου ισχύος 140 KW της Αντλίας του McCabe το 1996 στα ανοικτά της νοτιοδυτικής Ιρλανδίας, αντιμετώπισε προβλήματα με ισχυρά κύματα τα οποία προκάλεσαν τη ρήξη των υδραυλικών σωλήνων. Ενα βελτιωμένο πρωτότυπο με ισχυρότερους σωλήνες δοκιμάστηκε με μεγαλύτερη επιτυχία κατά το 1999. Βρετανική επινόηση (μιας ερευνητικής ομάδας του Πανεπιστημίου του Coventry με επικεφαλής τον Μ. West) αποτελεί και η λεγόμενη "Clam" (Αχιβάδα). Η διάταξη περιλαμβάνει έξι αεροθαλάμους, αναρτημένους γύρω από ένα κοίλο κυκλικό πλαίσιο. Καθώς τα κύματα προσπίπτουν διαδοχικά πάνω στους αεροθαλάμους ο συμπιεζόμενος αέρας "κινείται" μεταξύ των θαλάμων μέσω του κοίλου πλαισίου στο εσωτερικό του οποίου έχουν τοποθετηθεί στρόβιλοι Wells. Οι στρόβιλοι περιστρέφονται από το δημιουργούμενο ρεύμα αέρα και κινούν γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται στην ακτή με υποθαλάσσια καλώδια.
Ενα μοντέλο υπό κλίμακα της "Clam" έχει κατασκευαστεί και λειτουργήσει δοκιμαστικά στο Λόχ Νες της Σκωτίας. Εκτός από τις παραπάνω αναφερθείσες υπάρχουν και αρκετές άλλες διατάξεις οι οποίες παλινδρομούν, περιστρέφονται, κάμπτονται ή συμπιέζονται πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του νερού, μετατρέποντας με διάφορους τρόπους την ενέργεια των κυμάτων σε μηχανική ενέργεια που μπορεί να κινήσει ηλεκτρογεννήτριες. Το κοινό που έχουν μεταξύ τους όλες αυτές οι διατάξεις είναι τα προβλήματα που πηγάζουν από τη λειτουργία τους μέσα στο ιδιαίτερα αντίξοο θαλάσσιο περιβάλλον: Το πρώτο και βασικότερο πρόβλημα είναι η αγκύρωση των μονάδων ώστε αυτές να μη παρασυρθούν η καταστραφούν από τα τεράστια κύματα καταιγίδων και γενικά ακραίων καιρικών φαινομένων. Το δεύτερο είναι η μεταφορά στην ξηρά της παραγόμενης ενέργειας. Το τρίτο είναι η δυσκολία συντήρησης ή επισκευών αν η διάταξη απέχει αρκετή απόσταση από την ακτή, ιδίως κατά τη χειμερινή περίοδο. Το τέταρτο πρόβλημα είναι τα μή σταθερά χαρακτηριστικά των κυμάτων της θάλασσας (τα κύματα άλλοτε είναι πολύ ισχυρά και άλλοτε ασθενή και η διάταξη πιθανόν να μη μπορεί να λειτουργήσει εξίσου αποδοτικά σε όλες τις παραπάνω συνθήκες για καθαρά κατασκευαστικούς λόγους, π.χ. βάρος κλπ.). Υπάρχει τέλος μια ολόκληρη κατηγορία προβλημάτων που πρέπει να αντιμετωπιστούν τα οποία σχετίζονται με τη γνωστή "ικανότητα" του θαλάσσιου νερού να διαβρώνει και να προκαλεί βραχυκυκλώματα στον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Παρά τις προόδους που έχουν σημειωθεί όσον αφορά την αντιμετώπιση των προβλημάτων και τη βελτίωση του βαθμού απόδοσης, η τεχνολογία των διατάξεων offshore για την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας των κυμάτων της θάλασσας, δεν θεωρείται ακόμη "ώριμη".
Αλλωστε το γεγονός της ύπαρξης μιας πληθώρας εφευρέσεων που αναπτύσσονται αποτελεί ένδειξη ότι δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί η αποτελεσματικότερη κατεύθυνση προς την οποία πρέπει να συγκεντρωθούν οι προσπάθειες (και οι χρηματοδοτήσεις). Πάντως σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τόσο των ερευνητών όσο και των οικονομικών αναλυτών, η λύση είναι πολύ πλησιέστερα απ'όσο φαινόταν κατά την προηγούμενη δεκαετία.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (1) THE BIG BREAK, New Scientist, October 1998. (2) GOLF KRACHT, Natuur & Techniek, 11/1996. (3) ELECTRICITY FROM THE SEA, Fujita Research 1996-2001. (4) LIMPET 500 TECHNICAL SPECIFICATION, Wavegen Co. U.K. (5) WORLD'S FIRST COMMERCIAL WAVE PLANT -OPENS IN BRITAIN, CNN. Com, Nov 21, 2000. (6) WAVE ENERGY SYSTEMS, Australian CRC for Renewable Energy Ltd, 5/2001. Περισκόπιο της Επιστήμης
