Hidrocentralele reprezintă în acest moment principala sursă de energie electrică “curată”. La nivel global, hidrocentralele amenajate pe râuri și fluvii produc mai multă energie electrică decât centralele nucleare și mai multă electricitate decât turbinele eoliene și panourile fotovoltaice la un loc. 

De altfel, inclusiv România are un potențial major din acest punct de vedere, pentru că aproximativ 20% din energia electrică produsă în țară provine din hidrocentrale, comparativ cu media europeană de 17%. Asta în timp ce țări precum Norvegia și Brazilia produc mai mult de jumătate din energia electrică prin hidrocentrale. 

În mod ironic, încălzirea globală are un impact negativ asupra celei mai importante surse de energie electrică “curată”. Temperaturile ridicate și seceta au condus în vara anului 2022 la scăderea dramatică a debitelor râurilor și fluviilor din întreaga lume. Iar efectele sunt deja vizibile: în primele 9 luni ale anului, Europa a produs cu circa 11% mai puțină energie electrică din hidrocentrale – 575 TWh comparativ cu media anuală de 650 TWh – în timp ce în prima jumătate a anului producția Hidroelectrica în România a scăzut cu 30% comparativ cu perioada similară din 2021, de la 10 TWh la numai 7 TWh. Inclusiv China a raportat o scădere cu 30% pentru luna septembrie. 

La fel de ironic, încălzirea globală antrenează topirea ghețarilor și, implicit, creșterea nivelului mărilor și oceanelor. Concomitent cu creșterea fenomelor meteo extreme, locuitorii din zonele de coastă ale continentelor încep să se confrunte nu numai cu creșterea nivelului mărilor și oceanelor, ci și cu forța puternică a valurilor. 

Cum ar fi însă dacă am profita de valurile tot mai puternice de pe țărmurile continentelor pentru a produce energie electrică și pentru a compensa astfel scăderea producției hidrocentralelor?

Potențialul energiei electrice din valuri

Principalul avantaj al valurilor este că pot transfera o cantitate mare de energie cu o eficiență ridicată. Cercetătorii consideră că valurile sunt eficiente dacă au o capacitate de producție de energie electrică de 30 kW pentru fiecare metru liniar de val, iar la nivel global există circa 800.000 de kilometri de coastă unde există frecvent astfel de valuri. 

Potrivit comisiei Intergovernmental Panel on Climate Change din cadrul Națiunilor Unite, la nivel global, valurile pot genera o cantitate teoretică de energie electrică de 32.000 TWh pe an, un pic mai mult decât producția totală de energie electrică înregistrată anual în întreaga lume – 28.000 TWh. 

Pentru un exemplu practic, inginerii de la Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă au lucrat cu un scenariu realist: dacă omenirea ar folosi doar 2% din cei 800.000 de kilometri de coastă propice pentru această tehnologie, iar conversia energiei valurilor în energie electrică ar avea o eficiență de 40%, atunci omenirea ar avea o capacitate globală de producție de energie electrică din valuri de circa 500 GW. Pentru comparație, România are o capacitate de producție de energie electrică din hidrocentrale de circa 6 GW. 

Practic, din punct de vedere teoretic, valurile pot asigura o cantitate suficientă de energie electrică pentru a rezolva orice criză energetică. Ușor de spus, mai greu însă de implementat, întrucât proiectele de generare de energie electrică din valuri sunt mai degrabă în stadii incipiente de dezvoltare. 

Principiul de conversie a energiei valurilor

În cele mai multe cazuri, valurile se formează sub acțiunea vântului la suprafața apei și sunt cu atât mai mari și mai puternice cu cât vântul este mai puternic. Inginerii au conceput o întreagă varietate de convertoare pentru a capta energia valurilor și pentru a o transforma în eletricitate, iar în literatură de specialitate le vei întâlni sub numele comun Wave Energy Converter (WEC). 

Din punct de vedere al amplasării convertoarelor, captarea energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică se poate face în trei moduri. 

De exemplu, convertoarele pot fi plasate și fixate prin diverse metode de țărm, cu avantajul că această tehnică permite o mentenanță foarte ușoară a dispozitivelor. O altă soluție este plasarea convertoarelor în apă la numai 10-25 de metri de țărm, iar de cele mai multe ori în astfel de cazuri vorbim despre convertoare care plutesc pe mare. În fine, a treia soluție este poziționarea convertoarelor la peste 40 de metri de țărm și ancorarea acestora de fundul mării. Totuși, această ultimă soluție este cea mai provocatoare din cauza costurilor mari de întreținere și a duratei de viață mai mică pentru astfel de dispozitive. 

În general, indiferent de soluția adoptată, dispozitivele parcurg mai multe etape în procesul de producție de energie electrică. 

Prima etapă este și cea mai simplă: prin sisteme pneumatice, hidraulice sau mecanice, mișcările unui val sunt transmise dispozitivului cu obiectivul de a converti mișcările lente oscilatorii valurilor în mișcări rapide ale convertorului. 

Ulterior, această energie de mișcare este transformată în electricitate prin intermediului mai multor componente, cum ar fi turbine pneumatice, turbine hidraulice și generatoare electrice. Opțiunile sunt practic limitate doar de imaginația inginerilor, așa că cel mai bine este să aruncăm o privire asupra câtorva sisteme dezvoltate până în prezent.

Platforma plutitoare de la Sea Wave Energy Limited (SWEL)

Unul dintre proiecte provine de la Sea Wave Energy Limited (SWEL), o company din Cipru care activează în domeniu de peste 10 ani. 

Soluția propusă de SWEL se numește Waveline Magnet și ia forma unor platforme plutitoare cu forme neregulate conectate între ele în ceea ce seamănă cu o coloană vertebrală. Sistemul este modular pentru ca dispozitivul să poată urmări mai eficient mișcarea valurilor, iar în condiții ideale un astfel de convertor poate genera până la 100 MW de energie electrică. 

Pentru moment, soluția a fost testată pe țărmul Ciprului, însă pentru ca ideea să fie validată inginerii trebuie să aducă numeroase îmbunătățiri acestui concept. Unul dintre avantaje este că platformele individuale sunt produse din plastic și plastic ranforsat, motiv pentru care costurile de producție și cele pentru mentenanță sunt reduse. 

Platforma marină de la Wave Save Energy

Un alt proiect este în plin proces de testare de mai bine de un an în Australia, însă folosește o tehnologie complet diferită. 

Compania Wave Swell a produs un generator botezat Uni Wave200 care din punct de vedere constructiv seamănă cu o platformă petrolieră. Platforma nu are părți mecanice în mișcare, iar întreaga construcție plutește pe apă. Valurile intră și ies din interiorul platformei prin intermediul unui orificiu de pe una dintre părțile platfomei, iar în cadrul acestui proces împing aerul într-o turbină localizată în partea superioară a platformei, turbină care apoi se mișcă la rândul ei pentru a genera electricitate. 

Principalul dezavantaj este costul de producție al platformei de circa 12 milioane de dolari, însă pe parcursul testelor de un an rata de conversie a fost de 48%, iar capacitatea de producție de 200 kW. Întrucât testele au fost finalizate cu succes, producătorii promit acum dezvoltarea unei platforme cu o capacitate de 1 MW, eventual cu o eficiență îmbunătățită. 

Sistem ancorat de digurile de pe țărm de la Eco Wave Power

Între timp, compania suedeză Eco Wave Power mizează pe un sistem plutitor de pistoane, acumulatori, motoare și generatoare montat la câțiva metri în largul mării. Valurile mării generează o mișcare a pistoanelor, fluidul este transferat către acumulatori și rotește un motor. Ultimul pas în acest lanț este rotirea unui generator de energie electrică, iar aceasta din urmă este transferată apoi în rețea. 

Platforma plutitoare poate avea sisteme de susținere montate pe diguri, ceea ce simplifică inclusiv întreținerea. 

Un astfel de sistem a fost instalat în urmă cu trei ani în Gibraltar.

Un ansamblu de convertoare de la NREL

Cea mai recentă și modernă tehnologie pentru energia valurilor a fost prezentată în luna septembrie 2022 de Laboratorul Național de Energie Regenerabilă (NREL), un laborator de cercetare care face parte din Departamentul de Energie al Statelor Unite. 

NREL a dezvoltat un nou tip de convertor pentru energia valurilor pe baza unei tehnologii cunoscută generic sub numele de Distributed Embedded Energy Converter Technologies (DEEC-Tec). Sună complicat, așa că simplific: DEEC-Tec este în esență o tehnologie care presupune integrarea mai multor convertoare mici de energie într-un singur dispozitiv capabil să genereze mai multă energie din valuri decât metodele convenționale dezvoltate până acum. 

Avantajul? Convertoarele de mici dimensiuni sunt mai ușoare, pot fi construite din materiale mai prietenoase cu mediul înconjurător, se pot întinde, răsuci, îndoi sau suferi alte tipuri de deformări prin care se adaptează practic la forma valurilor. În acest fel crește eficiența în procesul de producție a electricității. Practic, vorbim despre mici traductoare, adică dispozitive care transformă energia fizică a valurilor în electricitate chiar în locul în care se află. În apă.

Pentru moment, noua tehnologie este doar un patent care trebuie urmează să fie implementat într-un produs finit, însă reprezintă un pas important în dezvoltarea soluțiilor care vor permite, la un moment dat, extinderea capacității de producție pentru energia valurilor. 

Așa cum probabil observi, inginerii gândesc diverse strategii pentru a-și îndeplini obiectivul de a converti energia valurilor în electricitate. Toate proiectele mai au însă un numitor comun. Până în prezent, niciunul dintre aceste proiecte nu s-a maturizat suficient de mult din punct de vedere tehnic pentru a deveni cu adevărat o soluție optimă pentru obținerea de energie electrică. 

Cât costă să produci electricitate din valuri?

Pe lângă tehnologia care nu este încă suficient de mătură, o altă problemă este reprezentată de costurile efective de producție. 

În prezent, este destul de dificil de estimat costul efectiv al producției de electricitate din valuri, în primul rând ca urmare a faptului că toate proiectele sunt abia în stadiu incipient de dezvoltare. Pe măsură ce acestea se vor maturiza, și costurile de producție și de mentenanța pentru convertoare și celelalte echipamente hardware vor crește, dar în același timp vor deveni mai predictibile. 

Totuși, există o serie de studii care încearcă să ofere o perspectivă și din acest punct de vedere. În studiul “Renewable and Sustainable Energy Reviews” realizat de o echipă de cercetători spanioli, aceștia afirmă că producția de electricitate din valuri poate costa undeva între 120 – 440 de euro pe MWh. 

În schimb, în studiul “Cost Analysis of Wave Energy in the Pacific” bazat pe un proiect desfășurat pe țărmul Oceanului Pacific estimează costuri de producție între 200 – 1800 de euro pe MWh. Valorile diferă destul de mult tocmai pentru că tehnologia este încă incipientă. 

Totuși, există și o concluzie: costurile menționate sunt mai mult sau mai puțin apropiate de costurile de producție pentru energia eoliană și energia solară. 

Niciunul dintre aceste studii nu ia însă în calcul faptul că energia electrică produsă din valuri va trebui ulterior transportată de la țărm spre consumatori, care se pot afla la mare distanță de țărmul continentelui. Tocmai de aceea, este de așteptat ca energia valurilor să fie folosită în special în zonele de coastă, complementar cu alte surse de energie regenerabilă. 

Chiar dacă primele tehnologii de acest gen au apărut în Marea Britanie în anii ’70, la nivelul anului 2019 capacitatea totală instalată la nivel global era de numai 14 MW, adică de aproape 100 de ori mai mică decât capacitatea centralei nucleare de la Cernavodă. În plus, jumătate din această capacitate este instalată pe țărmul Mării Britanii, în timp ce alte țări cu proiecte de acest gen sunt Danemarca, Portugalia, Spania, Italia, SUA, Australia, Coreea de Sud sau China.

Europa a început să acorde o atenție mai mare acestei tehnologii în 2019, după publicarea celebrului Green Deal care pentru tine este probabil sinonim cu primul pas spre interzicerea vânzărilor de mașini cu motoare termice în 2035. Uniunea Europeană consideră că Islanda este țara europeană cu cel mai mare potențial din acest punct de vedere, întrucât se estimează că aici poate exista o capacitate de producție de 70 kW pe metrul liniar de val.

De asemenea, la sfârșitul anului 2021, Guvernul Marii Britanii a anunțat un program prin care va investi 20 de milioane de lire sterline anual în dezvoltarea acestor tehnologii. Sigur, este mai degrabă o sumă similară cu o picătură într-un ocean, mai ales că Marea Britanie are un potențial major pentru această tehnologie, întrucât este o insulă și poate instala sisteme pentru generarea de energie electrică pe aproape orice țărm. 

În concluzie, valurile ne oferă potențialul de a asigura energie electrică pentru o mare parte din populația globului, însă cel puțin pentru moment se află într-un stadiu incipient de dezvoltare și, cel mai probabil, vor mai trece mulți ani, poate chiar decenii, până când tehnologia va ajunge într-un stadiu care să permită cu adevărat integrarea în rețelele internaționale de energie electrică.

Foto principală: Dreamstime.