Japonský pokus o energetické perpetuum mobile. Turbína pod mořem

Japonsko, třetí nejsilnější ekonomika světa, je známé svou fascinací pro nové technologie, zejména v oblasti robotiky. Nicméně ani v oblasti energetiky se nebojí nových řešení.

Jedním z důkazů je iniciativa strojírenské korporace IHI Corporation, jež vyrábí lodě, kosmické nosné rakety, letecké motory, lodní dieselové motory nebo plynové turbíny.

Ovládnutí stabilního zdroje

Deset let pracuje rovněž na vývoji oceánských turbín, jež mají využívat pro výrobu elektřiny proudů v moři.

Ty by se mohly stát fakticky neomezeným a zároveň stabilním a spolehlivým zdroj energie, který není závislý na počasí, jako je tomu v případě fotovoltaiky a větrných turbín.

Japonsko, jež je nyní závislé na dovozu energetických surovin, se snaží zbavit této závislosti právě sázkou na dosud nevyzkoušené technologie. Korporace již úspěšně otestovala prototyp obrovského stroje, který připomíná letadlo se dvěma turbínami.

Na místě určení

Podmořské zařízení s názvem Kairyu vážící 330 tun firma po testovací fázi, jež trvala tři a půl roku, přemístila na místo určení u japonského pobřeží, kde jsou silné oceánské proudy.

Zařízení má výkon sto kilowattů, přičemž je v místě působení ukotvené k mořskému dnu. V oblasti silných proudů se „vznáší“ zhruba v hloubce třiceti až padesáti metrů. Na šířku i na délku má systém dvacet metrů. Průměr rotorů je jedenáct metrů. V případě údržby je možné zařízení vytáhnout na povrch oceánu.

SCHÉMA: Jak vypadá podmořská turbína Kairyu a její hlavní součásti

Zdroj: IHI Corporation

Japonsko má ideální polohu

Pro komerční účely mají být turbíny umístěny v proudu Kurošio, jenž je jedním z nejsilnějších oceánských proudů na světě. Je obdobou Golfského proudu (v Atlantiku) a proudí podél východního pobřeží japonských ostrovů.

Turbínami generovaná energie se má přenášet prostřednictvím podmořských kabelů.

Ken Takagi z Graduate School of Frontier Sciences na Tokijské univerzitě zdůraznil, že právě Japonsko má ideální polohu pro využití podmořských proudů. Sám se specializuje na technologie využitelné v oceánech. Větrné turbíny jsou podle něj vhodné zejména pro Evropu, kde převládají západní větry.

Až 200 gigawattů

Japonská organizace pro rozvoj nových energií a průmyslových technologií NEDO odhadla, že mořský proud Kurošio by mohl potenciálně vyrábět elektřinu o výkonu až 200 gigawattů. To představuje stejný objem elektřiny jako tři pětiny současného výkonu elektráren na ostrovech.

Japonsko se po nehodě ve Fukušimě rozhodlo v mnohem větší míře investovat do větrných a solárních zdrojů, nicméně na jádro – na rozdíl od Německa – nezanevřelo.

Stalo se už třetím největším producentem solární energie na světě a také buduje offshore větrné parky. Využití podmořských proudů by ale znamenalo mít v záloze zdroj, který je v čase velmi stabilní.

Kapacitní faktor, tedy poměr z celoročního výkonu elektrárny, jež pracuje na sto procent, je v tomto případě velmi vysoký. Zatímco pro fotovoltaiku se uvádí patnáct procent a pro větrnou energii zhruba třicet procent, v případě podmořského systému to je padesát až sedmdesát procent.

Testování splnilo očekávání

V únoru skončila v IHI testovací fáze demonstrátoru ve spolupráci s NEDO, jež trvala tři a půl roku. Systém se zkoušel ve vodách kolem souostroví Tokara v jihozápadně od hlavních ostrovů Japonska.

Podmořské turbíny Kairyu byly zavěšeny na plavidle a vyrobená energie byla kabelem přenášena na loď. Testy ukázaly, že systém dokáže stabilně pracovat o výkonu sto kilowattů.

Pro komerční využití se počítá se systémem o výkonu dvou megawattů. Jeho nasazení se plánuje po roce 2030.

Nejen podmořské proudy

Ostrovní mocnost samozřejmě zkoumá i další možnosti využití mořských živlů, jako je produkce energie na základě slapových jevů – odlivu a přílivu.

Další možností je využití přeměny tepelné energie oceánu (OTEC), kdy se využívá rozdílu teplot v hloubi oceánu a na jeho povrchu. Do tohoto konceptu investovala japonská přepravní společnost Mitsui OSK Lines. Provozuje také demonstrační zařízení o výkonu sto kilowattů na ostrově Okinawa.

Energetická společnost Kyushu Electric Power zase začíná testovat proveditelnost projektu přílivové elektrárny o výkonu jeden megawatt okolo ostrovů Gotó ve Východočínském moři.

Technologie, jež mají získávat z moře energii, v posledních letech pokročily a prosazují se jako funkční modely, zdůraznil analytik Angus McCrone.

Skotsko také věří síle moře

Japonsko není využívání síly moře osamocené, dalšími příklady jsou aktivity ve Skotsku. Firma Orbital Marine Power zde staví systémy přílivových elektráren u ostrovů Orkneje.

V Edinburgu firma SIMEC Atlantis Energy představila dosud nejsilnější turbínu o výkonu 1,5 megawattu.

Hluboké mořské proudy sice nemají tak velkou rychlost jako příliv a odliv, je to zhruba 1 až 1,5 metru za sekundu, což je zhruba poloviční rychlost, ale elektrárna může pracovat prakticky pořád.

Mezivládní iniciativa Ocean Energy Systems uvádí, že na celém světě mohou vzniknout turbíny v oceánech, jež budou mít do roku 2050 výkon 300 gigawattů. Jedním z omezujících faktorů je lodní doprava, což platí i pro Japonsko, připomenul Takagi.

Běh na dlouhou trať

Koncern IHI ale tvrdí, že podmořské turbíny dopravu na moři neomezují. Na druhou stranu firmu čeká ještě poměrně dlouhá cesta, než bude mít projekt z komerčního pohledu zásadnější význam.

Japonsko navíc nemá velké zkušenosti se stavbou infrastruktury na otevřeném moři, obává se Takagi z Tokijské univerzity. Turbína musí odolávat nepříznivým podmínkám v hloubce oceánu, kde panuje silný proud.

Vyplatí se to?

Japonsko by ale mělo využít každou příležitost, jak vyrobit zelenou energii, dodal. IHI ale bude muset ještě prokázat, že jsou náklady na takto vyrobenou energii konkurenceschopné.

Strojírenská firma hovoří o ceně 20 jenů (3,40 koruny) za kilowatthodinu, pokud dojde k rozšíření technologie podmořských turbín.

To by bylo srovnatelné s cenou elektřiny pocházející z fotovoltaických zdrojů (17 jenů) nebo z větrných parků na moři (12 až 16 jenů). Korporace IHI by se s podporou japonské vlády mohla stát průkopníkem výroby mořské energie po celém světě, myslí si McCrone.

Jak snížit závislost na dovozu?

Současná geopolitická situace ale komplikuje plány Japonska v přechodu na obnovitelné zdroje. Válka na Ukrajině a protiruské sankce totiž znamenají, že země vycházejícího slunce musí přehodnotit svou závislost na dovozu zemního plynu a uhlí.

Ta se zvýšila po havárii v jaderné elektrárně Fukušima, kdy bylo odstaveno 54 jaderných bloků. Do sítě se postupně připojuje jen část z nich, na začátku roku to bylo deset reaktorů.

Japonská ekonomika se po roce 2011 zaměřila na zvýšení dovozu zkapalněného zemního plynu (LNG) a posilování obnovitelných zdrojů.

Nyní se ukazuje, že je třeba financovat další inovace v energetice, tvrdí Mikiko Sogaová, partnerka právní společnosti Nishimura & Asahi, jež se také specializuje na financování nových projektů. Sogaová je rovněž členkou vládních výborů pro udržitelnou energii.

Nutnost deregulovat trh s energiemi

Tvrdí, že japonská energetika je postižena stále velkou mírou regulace trhu. Větší konkurence v sektoru energetiky by měla energie zlevnit, věří.

Přechod na obnovitelné zdroje ale paradoxně komplikují vysoké ceny ropy a plynu, protože řada japonských energetických firem musí platit vysoké částky za dovoz energetických surovin a už nemají prostředky na investice do „zelených“ zdrojů.

I když asijská ekonomika podporuje západní protiruské sankce, v oblasti energetiky je opatrnější. Japonsko si v současné době nemůže dovolit odejít z rusko-japonského projektu těžby plynu na Sachalinu, vysvětlil pro The Financial Times blízký poradce japonského premiéra Sejdži Kihara.

„Energie je pro nás otázkou života a smrti,“ zdůraznil. Tokio se nicméně zavázalo, že přestane dovážet ruské uhlí.

Sázka na zelený vodík

Vláda premiéra Fumia Kišidy (nahradil dlouholetého premiéra Šinzó Abeho ve funkci v říjnu 2021) se zavázala, že do roku 2030 zvýší podíl obnovitelných zdrojů na produkci elektřiny na 38 procent (ze současných dvaceti), bude to ale obtížné splnit.

Japonsko tradičně podporuje i vodíkové technologie. V současné době politici i průmysl vkládají naděje do výroby zeleného vodíku z energie z obnovitelných zdrojů, říká vedoucí partner právní a poradenské firmy Allen & Overy v Tokiu a Soulu Matthias Voss.

Založil celofiremní skupinu Hydrogen Interest Group, jež má pro firemní klienty sloužit jako poradce pro plánování projektů pro výrobu, přepravu a skladování vodíku. Doufá, že bude cena zeleného vodíku v delším časovém horizontu klesat a nahradí současná fosilní paliva.

„Mám rád vodík, protože na rozdíl od baterií neskončíte se spoustou toxického odpadu, se kterým nakonec nevíte, co dělat. V některých ohledech jsou baterie jako jaderný odpad, ale lidé to přehlížejí,“ vysvětlil Voss, proč lobbuje za vodík.