Синя енергия

Електроенергията има остра нужда от нови енергийни източници, нови принципи на нейното преобразуване и транспортиране, нови „интелигентни“ системи за организиране на енергийните доставки. В този аспект от значение е използването на морската възобновяема енергия.

Морските възобновяеми енергии са форма на възобновяема енергия, произтичаща от различните природни процеси, протичащи в морската среда. Има четири вида такава енергия, а именно:

-Енергия на океана;

-Вятърна енергия от турбини, разположени в офшорни райони;

-Геотермална енергия, получена от подводни геотермални ресурси;

-Биоенергия, получена от морска биомаса, особено водорасли, получени от

океана.

Възобновяемата океанска енергия идва от шест различни източника, всеки с различен произход и изискващ различни технологии за преобразуване, но общото е, че всички те се получават от потенциалната, кинетична, топлинна и химическа енергия на морската вода. Тези шест различни източника са вълните, приливите и отливите, приливните течения, океанските течения, преобразуването на топлинна енергия в океана и, накрая, градиентите на солеността. Вълните, които се генерират от въздействието на вятъра върху водата, произвеждат енергия, която може да бъде използвана. По отношение на приливите и отливите, тяхната амплитуда генерира енергия чрез циклично покачване и спадане във височината на океана. Същото важи и за приливните течения, които се генерират от хоризонталните движения на водата, техните потоци са резултат от покачването и спада на прилива. Океанските течения, които съществуват в открития океан, са друг източник на енергия. Преобразуването на топлинна енергия в океана, от друга страна, е технология за възползване от слънчевата енергия, погълната от океаните, базирана на температурната разлика между горните слоеве вода и тези на по-голяма дълбочина, които са много по-студени. Необходима е обаче минимална температурна разлика от 20 °C между слоевете, за да се използва тази енергия, която следователно може да бъде произведена само в определени части на света, каквито са екваториалните и тропическите региони. Градиентите на соленост възникват в резултат на смесването на сладка и морска вода, което се извършва в устията на реките и отделя енергия като топлина. Тази енергия може да бъде използвана чрез процес на обратна електродиализа, основан на разликата в химичния потенциал между сладката и морска вода, или чрез осмотичен енергиен процес, основан на естествената тенденция на двата вида вода да се смесват. Ако се разгледат параметрите на устойчивото развитие и се разширят трите му съставни елемента, а именно – икономическите, социалните и екологичните аспекти, става ясно, че морските възобновяеми енергийни източници имат определящо влияние върху това развитие. Задължително трябва да се отчете факта, че много аспекти от използването на енергийните ресурси, включително морската енергия, изискват транснационално

управление и междудържавно сътрудничество. От съществено значение е и фактът, че Интегрираната морска политика на ЕС (ИМП), за която се заговори още през 2007 г., през 2009 г. придоби международно измерение, надхвърлящо границите си, още преди да бъде включен в съдържанието ù през 2012 г като основен елемент Синия растеж.

В тази сфера Европейският съюз извърши стратегическа оценка на потенциала за сътрудничество в контекста на синия растеж в различните морски басейни и спонсорира поредица от проучвания чрез ГД „Морско дело и рибарство“, за да анализира своя потенциал за син растеж, изследвайки и детайлизирайки всеки от различните модели на развитие на морските индустрии с цел изготвяне на конкретни планове за бъдещето. В този контекст Черно море също е важен обект от гледна точка ползите, които морското сътрудничество би могло да донесе. Докладът, публикуван през 2014 г. и озаглавен „Черно море – идентифициране на елементите за сътрудничество в морските басейни“, който представя най-значимите инициативи и програми в областта на морското сътрудничество на ниво морски басейн, картографира съществуващите проекти и инициативи с морско измерение и дефинира възможните източници на финансиране за проекти за син растеж в Черно море. Докладът също така определя кои се считат за приоритети, които в случая на секторни категории включват офшорни възобновяеми енергийни източници, заедно с офшорни нефт и газ, като средство за осигуряване на енергийна сигурност в региона. Хоризонталните действия обхващат четири основни области, всяка със съответните си подкатегории, а именно: Планиране на синя икономика (морско пространствено планиране; развитие на интелигентна инфраструктура и др.), развиване на знания (съвместно събиране на данни; изграждане на капацитет между индивиди, институции и общество;

- Споделяне на морска култура и наследство, подпомагане на нарастване на ползата, (улесняване на достъпа до финансиране;

- Насърчаване на иновациите;

- Развитие на морските клъстери и подобряване на околната среда (запазване, защита и подобряване на качеството на крайбрежната и морската среда и наследство;  мониторинг на екосистемите; изграждане на устойчивост на въздействието на изменението на климата).

Синята енергия е и енергията, отделяна от сместа на солена вода от океана с прясна вода от река. соленост и осмотично налягане водата произвежда енергия, която може да се използва за различни цели. Този процес протича естествено на определени места на планетата и може да се използва за генериране на чиста енергия. Този тип източник е наистина екологичен, тъй като не генерира газове като въглероден диоксид, той има ниско съдържание въздействие върху околната среда тъй като растенията могат да се изграждат под земята, така че да не променят екосистемата или природната среда. Това не променя качеството или осигуряването на питейна вода за близките градове. Това също е процес, който е доста ефективен, тъй като връзката между повърхността и енергията, която може да се получи от мястото, е добра. Един кубичен метър вода позволява извличането на голямо количество енергия. Местата, където могат да бъдат инсталирани сини електроцентрали, са районите, където реките се вливат в океана. В много градове е обичайно индустриите да се намират в тези пристанищни райони, така че е много полезно да можете да снабдявате мощност не само за битова, но и за промишлена употреба. Синята енергия има голям потенциал като алтернативен източник в бъдеще. Черно море има потенциал за поне някои форми на морска енергия, а именно морска вятърна енергия, вълнова енергия, приливни баражи и производство на биогорива. Освен това трябва да се отбележи, че настоящата ситуация на влошаване на околната среда прави Черно море идеално пространство за инвестиции в благоприятни за климата технологии, тъй като те спомагат за намаляване на емисиите и избягване на риска от аварии със сериозни последици, за разлика например от офшорните петролни платформи. Съществуват четири вида преобразуване на енергията на океана: преобразуване на енергията на вълните, енергията на приливите и отливите, енергията на морските течения и топлинната енергия на океана.

Това е революционен процес, наречен "хелиокултура" е разработен от "Joule Biotechnologies" и произвежда въглеводородно гориво чрез комбиниране на солена вода, хранителни вещества, фотосинтезиращи организми, въглероден диоксид и слънчева светлина. За разлика от другите продукти, получени от водорасли, при хелиокултурата се произвежда гориво директно под формата на етанол или въглеводороди, което не изисква пречистване. Всъщност, методът използва естествения процес на фотосинтезата като по този начин се получава гориво.

Енергия на вълните

Енергията на вълните се генерира от движението на устройство, което плава по повърхността на океана или е акостирано към океанското дъно. Изследвани са много различни инсталации за преобразуване на вълновата енергия в електрическа. Средната енергия за океанските вълни се оценява на 50 kW на линеен метър. Устройствата за преобразуване на вълни, които плуват на повърхността, имат елементи, шарнирно свързани, които се деформират еластично, заедно с вълните. Получената кинетична енергия дава възможност да се изпомпва течност през турбини и да се произвежда електрическа енергия. Стационарните устройства за преобразуване на енергията на вълните използват колебания в налягането, получено в тръби от вълните, извършващи колебателни движения нагоре и надолу. Това движение задвижва турбина при достигане на критично налягане. Енергията на вълните се оказва най-напредналата в търговската мрежа от океанските енергийни технологии с участието на редица компании, които се конкурират за водещата роля. Определяща се явява, в крайна сметка, нормираната на един линеен метър от вълновия формат мощност на морските вълни в дълбоководните зони. На база експертни данни стойността на този показател в участъците от крайбрежието на САЩ и Япония е около 40 kW/m, по западното крайбрежие на Англия – до 60 kW/m, а за черноморското крайбрежие (България) – до 1215 kW/m. Научни институти и частни компании по целия свят се стремят да усъвършенстват технологиите за извличане на енергия от морските вълни като един перспективен възобновяем източник. Усилията им се подкрепят и от нормативната рамка в областта, която предвижда като цел за страните от ЕС 3.6 GW енергия от морските вълни към 2020 г. и 188 GW – към 2050 г.

Преобразуване на топлинната енергия на океана Преобразуването на топлинната енергия на океана е хидроенергийна система, която използва температурната разлика между дъното и повърхностните води за производство на топлинна енергия.

Приливните и отливните вълни имат много голям енергиен потенциал. Движението на океанските маси при приливите и отливите е причинено от гравитационното взаимодействие между Земята и Луната. Два са основните вида електроцентрали на морските вълни. Единият е брегови електростанции, използващи енергията на прибойните вълни, а другият е електроцентрали изцяло или полупотопени в морето, в близост до брега. Океанската енергия се състои от два типа енергия: термална енергия, идваща от топлината на слънцето и механичната енергия, идваща от вълните и енергия на приливите и отливите. Океаните покриват над 70 % от повърхността на земята, правейки ги най-големите колектори на слънчева енергия. Слънцето затопля повърхностните води повече от колкото дълбоките океански води и тази температурна разлика съхранява термална енергия. Термалната водна енергия има много приложения, в това число и за генериране на електрическа енергия. Има три типа електропреубразователни системи - със затворен цикъл, с отворен цикъл и хибридни.

Приливният цикъл настъпва на всеки дванадесет поради гравитационното влияние на Луната. Разликата във височината на водата при отлив и при прилив е всъщност потенциална енергия. Подобно на традиционната хидроенергия, генерирана от язовирни съоръжения, приливната вода може да бъде уловена по време на прилив и принудително да премине през хидротурбина по време на отлив. За да се получи достатъчна мощност от приливния енергиен потенциал, височината на прилива трябва да бъде поне с пет метра по-голяма от тази на отлива. Има само около двадесет места на земята с толкова високи приливи и отливи. Заливът на Фънди между Мейн и Нова Скотия се отличава с най-високите приливи и отливи в света, достигайки 17 метра. Тази зона има потенциал да произведе 10 00 MW. Поради малките размери в Черно море се образуват незначителни приливи и отливи (3÷8 cm). При буря ветровете предизвикват значително по-големи колебания на морското равнище (10÷20 cm).

Енергията на морските течения е енергията на океанската вода, движеща се в една посока. В САЩ се среща предимно край бреговете на Флорида. Това океанско течение е известно като Гълфстрийм. Приливите също създават течения, които текат в две посоки. Кинетичната енергия може да бъде уловена с потопяеми турбини, които са много сходни по външен вид с миниатюрни вятърни турбини. Както при вятърните турбини, постоянното движение на морското течение движи лопатките на ротора, за да генерира електрическа енергия. Черно море е затворено море и видно то картата не притежва течения, които да могат да се използват за производство на енергия от този вид.

Преобразуването на топлинна енергия в океана, или т.н. океанската термална енергия (OTEC), използва температурни разлики в океана от повърхността до дълбочини под хиляда метра, за да извлича енергия. Температурна разлика от само 20 °C може да даде използваема енергия. Изследванията се фокусират върху два вида OTEC технологии за извличане на топлинна енергия и превръщането ù в електрическа енергия: затворен цикъл и отворен цикъл. При метода със затворен цикъл работна течност се изпомпва през топлообменник и се изпарява. Получената пара управлява турбина. Студената вода, намираща се в дълбините на океана, кондензира парите обратно в течност, която се връща в топлообменника.

В етап на разработки е концепцията за използване на сероводорода в Черно море въз основа на най-новите технологични разработки, което позволява да се извлича сероводород от черноморските дълбини с минимален разход на енергия.

Известните методи за получаване на газообразен сероводород могат да бъдат разделени на две групи: извличане от дълбока морска вода, издигната на повърхността или директно in situ. За повдигането на дълбоките води на повърхността с цел обработка и последващо връщане в зоната на сероводорода не е необходимо да се използват помпени устройства. Предложен е метод, при който силата на повдигане се основава на разликата в плътността на водата и емулсията газ-вода. По време на издигането на дълбоките води се очаква да се дегазират при намаляване на налягането и образуването на газововодна емулсия в тръбопровода, спуснат от плаващата платформа. За да започне отделянето на газ, определен обем вода трябва да бъде изпомпан от тръбопровода. При 20 ºC единица обем вода разтваря 2,5 обема сероводород. Разтворът на сероводород във вода се нарича сероводородна вода. За енергийното полезно извличане на сероводородна вода от дълбоките слоеве на Черно море е възможно да се използва технология за издигане на фонтани, добре разработена и широко използвана при разработването на нефт.

Отделянето на сероводорода от морската вода се препятства от следните фактори:

- ниската концентрация на сероводород, стотици пъти по-ниска от наситения му разтвор;

- концентрацията на недисоциираната форма на H2S , която е не повече от 15%, преобладаващата форма на сероводород е до 80-90% и е дисоциирана, т.е. химически свързана. Следователно, не е изненада факта, че независимо от десетилетната история на опитите да се използва сероводород от Черно море, все още не са разработени практически осъществими технологии за отделяне на газообразната му форма от морската вода. Данните показват, че извличането на сероводород от морската вода е доста сложен технологичен проблем, който възпрепятства практическото развитие на резервите на Черноморския сероводород.

Ето защо методите, основани на използването на най-новите материали и технологии, заслужават внимание. По-специално – предложен е мембранен метод за извличане на сероводород, без издигане на водата на повърхността. Той се основава на свойството на полупропускливите хидрофобни мембрани да пропускат газове и да задържат вода. Хидрофобните мембрани вече се използват при дегазация и пречистване на вода, като се получават различни продукти с висока чистота. Черно море е най-големият природен резервоар на сероводород в света. Поради непрекъснатото натрупване на сероводорода, който трябва да се разглежда като вещество за съхранение на енергия, целесъобразно е да се разработят технологии за неговото извличане и преработка. Съществуващите методи и технологии имат редица недостатъци, които не позволяват използването им от икономическа и екологична гледна точка. Ситуацията обаче се подобрява от съвременния напредък в науката и технологиите, които ще могат да получават и използват водород, сяра и дестилирана вода в комплекс от сероводорода. Търсеното на нови възобновяеми енергийни източници, заедно с решаването на екологични проблеми, доведе до идеята за окисление на сероводорода от Черно море в горивна клетка, при едновременно получаване на енергия.

Морските вълни са приятна гледка, oсобено през лятото. Енергията им помага за климатичната неутралност на ЕС до 2050 г. Европейската комисия разработи стратегия за енергия от ВЕИ в морето. С нея ще се увеличи производството на електроенергия от възобновяеми източници в морето от 12 GW през 2020 г. до над 60 GW до 2030 г. и 300 GW до 2050 г.

Вятър, слънчева енергия, вълни, приливи и отливи и използването на водорасли като биогорива - „синята енергия“ на моретата и океаните има огромен потенциал. Европейците са си поставили задача да я използват по най-добрия начин.