Enegija vode je energija dobijena iz snage vode, najčešće kao posledica kretanja. Izvori energije koji troše vodu su oko nas hiljadama godina u obliku vodenih satova i vodeničkih točkova (waterwheels). Novija inovacija je hidroelektricitet ili elektricitet dobijen protokom vode kroz (preko) brane. U 21. veku naučnici razvijaju nove metode za primenu vode kao što su energija plime i termalna energija.

Istorija energije vode je skoro duga kao i istorija civilizacije, što je čini prvim oblikom alternativne energije koji su ljudi koristili. Drevni Egipćani su napravili vodene satove, gde su se točkovi okretali protokom vode. Egipćani i Sirijci su koristili uređaj noria, vodeni točak (vodenicu) sa zakačenom kofom, koja je služula da zahvati vodu iz Nila za zalivanje useva.

Pre dve hiljade godina Grci su gradili vodene točkove za gnječenje grožđa i mlevenje žitarica. U približno isto doba, Kinezi su koristili vodene točkove za rad mehova za oblikovanje gvožđa.

Drevni Rimljani su bili veoma vešti u upravljanju vodom. U stvari, engleska reč za vodoinstalaciju (plumber) potiče od latinskereči plumbum, što znači olovo i odnosi se na olovne cevi koje su se koristile za vodovod i na simbol za olovo Pb. Rimljani su napravili strukture koje su prenosile vodu, primitivni  vodovod nazvan akvadukt, iz prirodnih izvora do kanala. Blizu Arla, južna Frnacuska, na primer, Rimljani su napravili ogroman točak za mlevenje žita koji je pokretao 16 vodeničnih točkova.

U vekovima koji su sledili, sve dok fosilna goriva nisu postala primarni izvor energije tokom industrijske revolucije, farmeri su koristili prednosti tokova reka i potoka za različčite poljoprivredne svrhe, uključujući mlevenje zrnevlja i pumpanjae vode za navodnjavanje. Engleski manuscript, spis() nazvan Doomsday Book, napisan 1086. godine listed, sadržao je 5624 vodenica južno…

Farmeri nisu bili jedini koji su koristili vodenične točkove. Rane fabrike, naročito u Velikoj Britaniji i severoistočnoj Americi oslanjali su se na snagu vode. Reke su često napajale poduhvate sawmill ali i tekstilnu industriju. Snaga vode pokretalaje Spinning Jenny, mačinu za spinning pamuka. 1796. godine engleski pronalazač i industrijalista Ričard Arkvrajt patentirao je water-poweredtexitile loom za spinning pamuka koji je uneo revoluciju u industriju tekstila.

Rezultati tokom narednih pola veka je bum u tekstilnoj industriji, prvo u Britaniji, a kasnije i u SAD. Jedan od pionira u ovoj oblasti je Frensis Kabot Lovel (Francis Cabot Lowell). Početkom 19. veka on je uvezao tehnologiju vodeničkog točka u SAD i iskoristio ga u industriji tekstila. Nakon određenog perioda ova industrija je bila u mogućnosti da proizvodi milione metara odeće i sve to zahvaljujući energiji vode.

Glavni problem u ranim vodeničnim točkovima bila je nemogućnost skladištenja snage za kasniju upotrebu kao i teškoća distribucije na više korisnika. Ova poteškoća savladana je razvojem hidroelektriciteta. Hidroelektrišne brane, za razliku od točkova, ne zavise u potpunosti od protoka vode već proizvodnjom elektriciteta snaga se može skladištiti i prenositi na više korisnika.

Hidroelektricitet je privi put upotrebljen 1880. Godine kada je Wolverine Chain Factory počela proizvodnju hidrolektrične snage za svoje potrebe. Prva hidroelektrana,koja je strujom snabdevala više korisnika, otpočela je sa radom 30. Septembra 1882. U Viskonsinu. Lester Alan Pelton (Lester Allan Pelton), nazvan ocem hidroelektrične energije, bio je pronalazač koji je razvio novi, efikasniji dizajn za turbine u hidroelektranama.

Voda u rekama i potocima nije jedina voda koja se kreće. Okeani se kreću i u kasnom 20. i početkom 21.  veka  mnogo napora je uložena da bi se iskoristila snaga sadržana u okeanskim talasima, strujama i u plimi i oseci. U osnovi ovi izvori snage malo se razlikuju od snage reka i potoka. Voda se kreće tako da to predstavlja izazov za inženjere i naučnike da osmisle novenačine da pretvore energiju kretanja u elektricitet. Dok se napori i dalje ulažu praktična upotreba ovih izvora energije je i dalje u ranim fazama.

Snaga plime i oseke za generisanje elektriciteta je relativno nova tehnologija. Postoji nekoliko elektrana koje rade na ovom principu kao što je elektrana u Francuskoj izgrađena 1966. godine snage 240 MW. Postoje elektrane u Rusiji, Kanadi, SAD, UK, …

Talasi i okeanske struje, kao i plima, sadrže enormne količine energije. Prvi patent za mašinu koju pokreće energija talasa, na sličan način kao i vodenički točak (vodeničko kolo), podnet je u Francuskoj 1799. Ne postoje dokazi da je ta mašina ikada napravljena. Jedan od prvih, važniji trenutaka u razvoju iskorišćenja ove snage dogodio se 1974. godine kada je britanski inženjer izmislio uređaj nazvan patka. Ovo je bio hidraulički mehanizam koji je konvertovao snagu talasa u elektricitet. Prva elektrana snage 500 kW puštena je u rad 2000. Godine na obalama Škotske.

Okeani na Zemlji su izvor termalne energije ili toplote koji okeani absorbuju od sunca. U knjizi „20000 milja pod morem“ (1870.) Žil Vern je opisao dobijanje elektriceta iz razlike temperatura u okeanu, ali prvi naučnik koji je predložio ovaj princip  1881. Godine bio je Žak A. Darsonval (Jacques Arsene d’Arsonval). Darsonvalov student je 30-tih godina prošlog veka sagradio prvi sistem snage 22 kW na obali Kube.

Da bi se u potpunosti razumela priroda snage vode, prvo se moraju razjasniti dva termina: energija i voda. U svakodnevnoj upotrebi reč energija često se odnosi na substancu kao što je benzin, ugalj ili prirodni gas. Striktno rečeno ove supstance nisu energija, one su samo hemijska jedinjenja. Njihova energija se nalazi zaključana u njihovim hemijskim vezama i otpušta se sagorevanje. Ono što čini ove substance, materijale,,,,, korisnim je to što sadrže mnogo energije koja se lako može otpustiti sagorevanjem (spaljivanjem).

Za većinu ljudi rad znači posao koji treba obaviti (ofarbati ogradu, očistiti prašinu, …). U svetu nauke rad se definiše kao proces konverzije (pretvaranja) energije iz jednog oblika u drugi kao što se hemijska energija prirodnog gasa pretvara u toplotu. Naučnici obično mere izlaz energije u smislu količine rada koji se može izvršiti. Kalorija je jedinica koja meri oblik rada. …..

Za proizvodnju energije nije uvek neophodno spaljivanje nečega. Kretanje reke pokreće vodenički točak, kolo i energija koji poseduje voda zove se kinetička energija (energija kretanja).

Da bi voda obavljala rad, da bise voda stavila u rad neophodno je da se kreće. Najbolji načnin za pokretanje velikih količina vode je prepustiti gravitaciji da obavi posao. Potoci i reke teku zato što se voda u njima kreće nizbrdo, sledeći gravitaciono privlačenje….

Naučnici mere koji rada telo vode može proizvesti koristeći protok, što je u stvari zapremina vode po jedinici vremena, m3/h. Ovo je u principu osnovna nauka iz kinetičke energije. Voda teče naniže, nizbrdo, privučena gravitacijom, sadrži kinetičku energiju. Uređaj, naprava kao što je vodenički točak, kolo pretvara ovu kinetičku energiju u mehaničku koja može biti upotrebljena za mlevenje žita. Kinetička energija se može i prevesti u električnu.

Mesec je u najvećoj meri odgovoran za još jednu vrstu energije koju voda može da obezbedi: energiju plime. Svaki dan mesec (sunce u manjem obimu) ispoljava gravitaciono privlačenje na Zemlji izazivajući ispupčenja na okeanima. U isto vreme zemlja se rotira ispod ove vode, tako da dva puta dnevno na obalama na zemlji se događa visoka i niska plima. Ove plime, kao reke i potoci, su voda u pokretu.

Ovo kretanje izazvano gravitacionim privlačenjem prenosu kinetičku energiju na okeane. Opadanje i protok ovih plima duž obale se malo razlikuju od kretanja vode u reci. Ova energija se može iskoristiti koristeći  tehnologiju sličnu kao na rekama. Zbog protoka vode u dva pravca sistem može generisati snagu kada voda pritiče i otiče. Ipak, elektrana na energiju plime može funkcionisati oko deset sati dnevno, samo kada su plime u pokretu.

Talasi okeana su još jedan potencijalni izvor kinetičke energije. Uzrok za nastajanje talasa su vetrovi koji duvaju preko vode. Najbolji talasi su oni koje prave vetrovi koji duvaju jako i u istom pravcu preko okeana.

Talasi se kreću preko okeana sa malo promena. Približavajući se obali i kada voda postane plića počinju da otpuštaju svoju ogromnu energiju. Tada prednji deo talasa se prelama ili ruši, pada,kolapsira….bacajući tone vode na obalu. Sila koju ova energija vode nosi je toliko velika da nastavlja da ispira, wash away….obale. Neki delovi erodiraju oko 0,9 metara godišnje.

Finalni izvor kinetičke energije u okeanima je morska struja. Struje, kao i talase, pokreće vetar koji duva preko površine. Vetar mora da bude stalan i dugotrajan. Druge struje se formiraju u razlikama temperature i saliniteta čak i pri malim razlinama u elevaciji površine mora. Struje slede putanje određene Koriolisovim efektom ili efektom rotacije Zemlje. Na Sverenoj hemisferi rotacija obrće struje u smeru kazaljke na satu, dok na Južnoj hemisferi struje teku suprotno.

Jedna od najpoznatijih i najproučavanijih okeanskih struja je Golfska struja (link picture).  Golfska struja je 80 km široka i prema nekim procenama oko 16 kubnih kilometara na sat proteče kroz nju. Kreće se tako brzo da se zagrevana voda ne meša sa hladnijom koja je okružuje. Golfska struja u stvari reka. Voda se kreće i sadrži ogromne količine kinetičke energije koja može da se iskoristi za upotrebu čoveka.

Postoji i termanla energija, ili toplota sadržana u okeanima. Iskorišćavanjem ove termalne enrgije nije samo pitanje pumpanja. Ovaj proces se pokreće okeanskim termalnim gradijentom, koji se odnosi na razlike u temperaturi između slojeva u okeanu. Snaga, rad se može proizvoditi kada je razlika između toplije površine i hladnije dublje vode najmanje 20C.

Glavna prednost koju svi oblici energije vode poseduju je ta da mogu obezbediti energiju bez sagorevanja fosilnih goriva. Energija koju voda omogućava je čista nema emisija ugljen dioksida, čestica ili sumpor dioksida u vazduh. Ovaj oblik energije ne doprinosi globalnom zagrevanju, kao ni kiselim kišama.

Još jedna važna prednost energije vode je da je praktično neiscrpan izvor. Jednom kada fosilna goriva nestanu, nestala su. Nemoguće je ih ponovo napraviti. Energija koju voda omogućava će biti tu sve dok sunce sija i reke i okeani postoje na zemlji. Energija koju omogućava voda je u osnovi besplatna sve dok se ne postavi tehnologija za iskorišćenje. Glavna prednost je kada se izgrade hidroelektrane ne treba plaćati pogonsko gorivo.

Ovi izvori energije nisu bez mana. Dok se brane za elektrane nalaze među nama preko jednog veka, mehanizmi za iskorišćenje energija plime, talasa, okeanskih struja i okeanske termalne energije su tek u začetku. Eksploatacija ove energije zahteva velike investicije. Izgradnja elektrane na snagu plime može koštati više milijardi evra.

Druga mana je da energija vode nije pouzdana. U sušnim sezonama brzina vode u rekama može značajno opasti. Nivo vode u rezervoarima iza brama može opasti tako da operateri moraju smanjiti protok i proizvodnju energije…. U slučaju okeana operateri ne mogu da kontrolišu vodu. Snaga, energija plime može varirati tokom dana zaviseći od poravnanja zemlje sa suncem i mesecom. Talasi mogu imati velike oscilacije u zavisnosti od preovlađujućih vetrova. Dok su snage okeansih sutrja i termalnog gradijenta predvidijive glavna prepreka je kako stići.

Povezan problem je taj da voda nije podjednako zastupljena na planeti. Neka obalna područja imaju više plime od drugih, usled neke geografske odlike. Neophdna razlika između visoke i niske (oseka) plime za funkcionisanje elektrane iznosi oko 5 metara. Ova razlika se može naći na oko 40 mesta na planeti.

Poslednja mana je ta što se ne može izgraditi bilo gde kao elektrana na fosilna goriva kojoj je moguće transportovati gorivo. U ovom slučaju elektrana se dovodi do goriva.

Glavna mana upotrebe energije je potencijlno narušavanje okoline. U drugu ruku upotreba energije vode može imati pozitivne uticaje na životnu sredinu kao što je čistiji vazduh smanjeno globalno zagrevanje. Ipak elektrane mogu razarajući uticati na lokalne ekosisteme.

Hidroelektrane su dobar primer lošeg uticaja. Širom sveta nalazi se oko 40000 velikih hidroelektrana. Većina ovih elektrana izgrađena je bez imalo obzira prema životnoj sredini.Brane zahtevaju rezervoare. U stvari one pretvaraju rečni ekosistem u ekosistem jezera i u isto vreme gutaju velike površine zemljišta. Brane blokiraju migraciju riba i sprečavaju kretanje mulja koji je bogat nutrijentima.

Ekonomski uticaj energije vode je uvek bio veliki. Gradic Lovel nastao je od tekstilnih firmi pokretanih energijom reke i do sredine 1830-tih 20 fabrika zapošljavalo je 8000 ljudi i proizvodilo oko 50 miliona metara odeće godišnje.

Hidroelektricitet je imao još veći uticaj. Širom sveta hidroelektrane obezbeđuju energiju za 16% svetske populacije (3427 teravat sati 2010 godine). Ovaj oblik energija donosi uštede od više stotina milijardi dolara.  Drugi oblici energije vode obećavaju još više. Okean obuhvata više od 70% površine zemlje. Količina vode je zapanjujuća: 527 miliona km kubnih. Svaki dan absorbuju ogromne količine toplote sa sunca. Okeani u stvari predstavljaju najveći solarni panel. Procenjuje se da za jedan dan oko 60 miliona kvadratnih km okeani u tropskim predelima absorbuju količinu energije sa sunca jednaku kao 250 milijardi barela nafte.

Ovaj uticaj energije vode je u osnovi isti kao i kod bilo kog oblika obnovljive energije. Čista, obnovljiva energija može umanjiti štetne efekte sagorevanja fosilnih goriva. Pošto je gorivo  besplatno više iskorišćenja energije vode može sačuvati milijarde evra i koristiti ti se u druge svrhe.  Upotreba ove energije može koristiti životnoj sredini smanjujući potrebu za rudnicima i bušotinama. Ova energija može uticati i na siromašnije nacije koje nemaju novca za uvoz fosilnih goriva i omogućiti im relativno jeftin način za razvoj i omogućiti im bogatiju ekonomsku, društvenu, obrazovnu i kulturniju budućnost.