Getystroom energie

Meeste hernubare elektrisiteit hang af van die weer. Getystroome hang af van die baan van die Maan en die draai van die Aarde, wat is waarom gety tabelle kan gedruk word jare vooruit. In ‘n paar smal kanale, soos die Pentland Firth tussen die vasteland van Skotland en Orkney, word die beweging ‘n stroming van 3 tot 5 meter per sekonde, vinniger as wat meeste mense kan hardloop. Sit ‘n turbine daarin en jy het ‘n kragopwekker waarvan die uitset jy tot op die uur kan voorspel vir die res van die eeu

Hierdie bladsy volg dieselfde reël as ons Venstermuur-navorsing: die fisika eerste, dan wat werklike masjiene gemeet het, dan wat dit kos in vergelyking met die standaard wat elke idee op ‘n gebou moet oortref, ‘n dak-sonpaneel. Die kort weergawe: ** getystroom werk, dit is voorspelbaar en nuwe projekte kos nog steeds verskeie kere soveel as son- of windfarme. Dit kan wen op eilande en afgeleë kusstreke waar krag reeds duur is, en dit kan ‘n waardevolle, stabiele deel van sommige grids word as die koste voortgaan om te daal. Dit sal nooit ‘n groot deel van die wêreld se elektrisiteit wees nie.**

Wat dit is

Daar is twee maniere om elektrisiteit te maak van die gety.

Gety-omvang gebruik die hoogteverskil tussen hoë en lae water. ‘n Dam oor ‘n estuarium (‘n dam) of ‘n muur om ‘n deel van die see (‘n lagune) hou water terug, en laat dit dan deur turbines loop, baie soos ‘n rivierdam. Dit is bewys: La Rance in Bretagne loop sedert 1966, en Sihwa Lake in Suid-Korea, 254 MW, is in 2011 geopen. Maar ‘n dam verander ‘n hele estuarium, en daar is baie min gebou Die grootste voorstel van die afgelope jare, ‘n 320 MW-lagune by Swansea Bay in Wales, het in 2015 beplanningsvergunning ontvang en is in 2018 deur die Britse regering weens koste verwerp.

Tidal stream, die onderwerp van hierdie bladsy, plaas turbines in die strome self, sonder ‘n dam. Hulle lyk soos onderwater windturbines, of vas aan die seebodem of hang onder ‘n dryfskip Dit maak hulle ligter op die omgewing en baie kleiner in skaal, een masjien per keer, wat is waarom byna al die huidige ontwikkeling getystroom is.

Hoe dit werk

Waarom getye voorspelbaar is. Die Maan se gewig trek die oseaan in twee bulte aan teenoorgestelde kante van die Aarde, en die Aarde draai onder hulle. Die hoof maan gety herhaal elke 12 uur en 25 minute. Die son voeg ‘n kleiner gety van sy eie by. Wanneer die Son en Maan in lyn kom, by nuwemaan en volle maan, tel die twee saam tot sterk lentegety; ‘n week later kanselleer hulle gedeeltelik tot swak neap gety. Die volle siklus neem 14,8 dae. Elke een van hierdie ritmes is astronomie, sodat die huidige op ‘n gegewe plek kan voorspel word dekades vooruit.

Die krag in ‘n stroom. Precies soos vir wind, die krag wat deur ‘n area A vloei is P = ½ ρ A v³, waar ρ die digtheid van die vloeistof en v sy spoed is. ‘n Turbine behou ‘n fraksie daarvan, die vermogenskoëffisiënt Cp. Seewater weeg 1025 kg per kubieke meter, lug ongeveer 1.2 Dus, hoewel strome stadig is, maak die digtheid dit meer as reg: by 3 m/s dra ‘n vierkante meter van die huidige 13.8 kW, terwyl dieselfde vierkante meter van ‘n sterk 12 m/s wind 1.1 kW dra. Daarom maak ‘n 18 m gety-rotor 1,5 MW, dieselfde as ‘n windrotor wat vier keer so breed is.

Die kubus werk beide kante toe. Omdat krag saam met die kubus van spoed gaan, ‘n stroom wat half is, lewer ‘n achtste van die krag. Die strome op ‘n plek styg en val twee keer per dag en swaai tussen die bronne en die neaps elke twee weke, so ‘n turbine groot genoeg om die vinnigste lente getye te vang sal meestal stilsit Ontwerpers kies daarom ‘n gegradeerde spoed, dikwels ongeveer 2.5 tot 3 m/s, waarbo die turbine die ekstra krag afwerp. Die verduideliker hierbo wys die trade- off: ‘n laer gewaardeerde spoed gee’ n hoër kapasiteit faktor (meer van die tyd by volle uitset) maar’ n kleiner masjien.

Hoeveel ‘n kanaal kan gee. ‘n Kanaal is nie ‘n eindelose rivier van energie nie. Turbines vertraag die water waaruit hulle energie neem, en genoeg van hulle sal die kanaal blokkeer sodat die gety ‘n ander pad vind Garrett en Cummins het getoon dat die meeste krag wat ‘n kanaal op gemiddelde kan lewer, ongeveer 20 tot 24% van die piekdrukkop vanaf een einde na die ander keer die piekstroom is, dikwels baie minder as die kinetiese energie wat deur sy smalste punt vloei (Garrett en Cummins, 2005). ‘n Turbine in ‘n kanaal kan die oopwater Betz-grens van 59.3% oorskry omdat die kanaalmure die vloei binnehou, maar iets van daardie wins word weer verloor as die vinnige en stadige strome agter dit meng (Garrett en Cummins, 2007).

Die grense: teoreties en prakties

Die hele planeet. Die getye verloor ongeveer 3,7 terawatte aan wrywing, ongeveer ‘n kwart daarvan in die diep oseaan en die res in ondiepe see en kus (Egbert en Ray, 2000). Dit klink soos baie naby die wêreld se gemiddelde elektrisiteit gebruik van ongeveer 3.4 TW, maar byna geen van dit vloei vinnig genoeg, naby genoeg om te kus, in water ondiep genoeg om in te bou Slegs ‘n paar dosyn plekke in die wêreld het strome bo 2 tot 2,5 m/s: die noorde van Skotland, die Kanaaleilande en Bretagne, die Baai van Fundy in Kanada, dele van Korea, China, Japan en Indonesië.

‘n Realistiese nasionale figuur. Vir die Verenigde Koninkryk en Kanaaleilande, wat sommige van die beste plekke in die wêreld het, ondersteun ‘n hersiening in 2021 ‘n praktiese hulpbron van 34 TWh per jaar, ongeveer 11% van die huidige VK-kragvraag, van ongeveer 11,5 GW turbines teen 2050 (Coles et al., 2021). Vir die meeste lande is die getal naby nul.

Die see self Die praktiese beperkings is ingenieurswese en geld:

• Ladings. Water se digtheid beteken dat ‘n getyrotor krachten voel vele kere groter as ‘n windrotor van dieselfde grootte, en getykanale is turbulent. Blades, laers en seëls moet dit oorleef vir 20 jaar
• Toegang verkry Duikers en skepe kan net werk by slap water, die kort pauze tussen vloed en eb, en in kalm weer Spesiaalvaartuie is duur om per dag te huur Drijvende ontwerpe soos Orbital se O2, wat hul rotors uit die water kan optel, is grootliks uitgevind om hierdie koste te verminder.
• Korrosie en vervuiling. Zout water, seegroei en sedimente val alles aan
• Grid. Die beste plekke is op afgeleë kus, ver van vraag en van sterk grid verbindings.

Eise

Projek	Waar	Grootte	Status	Wat gemeet of gerapporteer is
MeyGen Fase 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Skotland	4 × 1.5 MW, 18 m rotors	Operatief sedert 2016 tot 2018	13,8 GWh in 2019 (‘n kapasiteitsfaktor van 26%); oor 50 GWh vroeg in 2023; ongeveer 59 MW meer met gewaarborgde pryse vir 2027 tot 2029 (MeyGen)
Orbital O2	Oorspronklike:	2 MW, tweeling 20 m rotore op ‘n 72 m dryfskip	Grid-connected July 2021	Ontworpe om die jaarlikse vraag van ongeveer 2,000 VK-huise te voldoen; verdere O2-klasmasjiene hou VK-kontrakte (Orbital Marine Power). Ons het geen volledige gepubliseerde rekord van gemete jaarlikse uitset gevind nie.
Nova Innovation Shetland Tidal Array	AdaCity in Alaska USA	6 × 100 kW op sy hoogste	Eerste turbine 2016; drie oudste verwyder 2023	469 MWh in more than 14,000 hours of operation by December 2020; a later direct-drive design cut turbine cost by about a third (Nova Innovation)
SeaGen	Noord-Ierland	1.2 MW, tweelingrotors op ‘n stapel	2008, sedert ontmantel	Die eerste megawatt-skaal getystroomturbine om volle krag op ‘n rooster te bereik, in Desember 2008 (Tidal stream generator)
La Rance (getyreeks, vir konteks)	Bretagne, Frankryk	240 MW dam	Sedert 1966	Ongeveer 540 GWh per jaar, ‘n kapasiteitsfaktor van 26%; gebou vir ongeveer USD 340 per kW in 2012-geld (IRENA, 2014)
Sihwa Lake (getyreeks)	Korea, Suid	254 MW	Sedert 2011	552 GWh per jaar; koste ongeveer USD 560 miljoen, ingebou in ‘n bestaande seemuur (Sihwa-meer)

Twee eerlike lees van hierdie tabel Eerstens, die tegnologie werk: turbines het vir jare in sommige van die gewelddadigste waters in Europa geloop en tientalle gigawatt-ure na die netwerk gestuur. Tweedens, vroeë array’s het minder as verwagte resultate geproduseer. Eerste array’s was verwag om kapasiteit faktore van 35 tot 42% te bereik (Ocean Energy Systems, 2015). MeyGen se beste vroeë jaar het 26% gegee, en oor die eerste jare was dit gemiddeld nader aan 20%, omdat individuele turbines uitgehaal is vir herstelwerk en vervang is met opgegradeerde masjiene. Nova se ses 100kW turbines toon dieselfde patroon op klein skaal: werklike elektrisiteit, werklike leer en masjiene wat binne ‘n paar jaar met pensioen gaan.

Wat dit kos

Getystroom word hoofsaaklik bepaal deur wat regerings bereid is om te waarborg, omdat geen projek nog self betaal nie.

Bron	Wat dit is	Prijs
VK Kontrakte vir Verskil, ronde 6 (2024)	Gegarandeerde prys vir 28 MW getystroom, 15 jaar	£172 per MWh in 2012 pryse, ongeveer £250 of $0.32 per kWh in 2025 geld
Selfde veiling	Sonkragboerderye / onshore wind / offshore wind	£50 / £51 / £54 per MWh (2012-pryse)
Coles et al. (2021)	Geskatte huidige VK getystroom koste	£240 per MWh, wat onder £150 daal na 124 MW van leer
Oseaan-energiestelsels (2015)	Eerste skakelaars / tweede skakelaars / eerste kommersiële projekte	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 per MWh
La Rance en Sihwa (IRENA, 2014)	Ou, afgebetaalde gety-reeksdam	€0.02 tot €0.04 per kWh
Ons standaard	Rooftop sonkrag op ‘n gebou, Fan Wall model; Lazard 2026 reeks vir kommersiële en gemeenskapssonkrag	$0.19 per kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (Junie 2026)	Nuwe nuts zonne- / onshore wind / offshore wind	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 per kWh

Dus kos nuwe getystroom grofweg $0.25 to $0.35 per kWh vandag, een en ‘n half tot twee keer daksonkrag en drie tot acht keer nutssonkrag en onshore wind. Die vergelyking met die offshore wind, die ander groot mariene tegnologie, is die een om na te kyk: Offshore wind was ook baie duurder as sonkrag en onshore wind ‘n dekade gelede, en sy prys het steil gedaal toe projekte tot honderde megawatts gegroei het. Tidal Stream hoop om die pad te volg, maar tot dusver het dit megawatts geïnstalleer waar offshore wind gigawatts geïnstalleer het.

‘n Eenvoudige LCOE vang een ding nie wat getykrag het en son- en windkrag nie: sy uitset is van tevore bekend en hang nie af van die weer nie. Coles en kollegas beweer dat dit die koste van ‘n kragnetwerk kan verminder, wat gewone kostevergelykings weglaat. Dit is ‘n reële voordeel, maar nog nie groot genoeg om die gat te sluit nie

Waar dit kan wen, en waar dit nie kan nie

Dit kan wen:

• Eilande en afgeleë kuslyn met sterk strome, soos Orkney, Shetland, die Kanaaleilande, Nova Scotia en dele van Indonesië en die Filippyne, waar elektrisiteit dikwels van ingevoerde diesel afkomstig is en kabels na die vasteland duur is.
• As ‘n vaste, voorspelbare deel van ‘n rooster wat deur son en wind gedomineer word, vul dit sommige ure wanneer beide laag is, omdat die gety die weer ignoreer.
• Waar ‘n gebou reeds bestaan. Sihwa-meer is in ‘n seemuur wat al daar was, ingebou; brugge, padpaaie en haweingange met vinnige strome is die moeite werd om na te kyk.
• Kleine, off-grid ladings in vinnige water: monitering boeie, navigasie ligte en akwakultuur webwerwe.

Dit kan nie wen nie:

• As goedkoop massa elektrisiteit, waar son- of windfarme op land gebou kan word.
• By die groot meerderheid van kuslyn, waar piekstroome onder 2 m/s is: die kubuswet maak die krag te dun.
• Vlugtelik. Toestemmings, netwerkverbindings, spesialisvaartuie en ‘n klein voorsieningsketting beteken dat projekte jare kan neem

Wat bewys is, plausibel en spekulatief

Bewys: die astronomie en voorspelbaarheid van getye; die kragvergelyking en die digtheidsvoordeel van water; dat horisontale-as turbines vir jare in sterk getykanale kan loop en uitvoer na die rooster; dat getyreeksdampies vir meer as ‘n halfeeu kan loop; dat geen botsings tussen seediere en werkende turbines tot 2021 opgespoor is nie (Coles et al., 2021).

Plaaslike: die koste onder £150 per MWh daal wanneer array-stelsels van tientalle megawatts gebou word; dryfturbines onderhoudskoste verminder; kapasiteitsfaktore van 35 tot 40% in volwasse array-stelsels met goeie beskikbaarheid; en ‘n roosterwaarde vir voorspelbaarheid wat dit werd is om te betaal.

Spekulatief: die getystroom wat die koste van offshore wind bereik; baie groot array’s in ‘n enkele kanaal sonder om sy strome en ekologie aansienlik te verander; langtermyn-effekte op sediment, stratifikasie en roofdiere wat rondom turbines op gigawatt-skaal voed.

Open navorsing vrae

• Arrays, not single turbines. Hoe reageer die wind van riete turbines op mekaar, en hoeveel vertraag die kanaal wanneer daar baie geïnstalleer is?
• Betroubaarheid Watter ontwerpe van blare, laers, seëls en generators oorleef 20 jaar van turbulente water sonder duur lifts?
• Goedkoper installasie en toegang. Drukrompe, minder en groter fondamente, en werk buite die slap water
• Verrigtingsmeting. Meting van kragkruisings in werklike, turbulente stroom met die metode van die IEC TS 62600-200 standaard, sodat kopers masjiene regverdig kan vergelyk (Hernubare Energie, 2023).
• Omgewing. Botsingsrisiko vir seehonde, bruinvisse en duikvoëls; geraas; effekte op sediment en op die spesies wat in vinnige water voed
• Die waarde van voorspelbaarheid. Hoeveel is ‘n voorspelbare megawatt-uur werd vir ‘n rooster met baie sonkrag en wind?

Wat ‘n werklike prototipe nodig sou hê

‘n Nuwe gety-idee (‘n nuwe rotor, goedkoper aanleg, ‘n nuwe manier om masjiene te onderhou) kan eers op klein skaal getoets word. Die koste hieronder is ons grofste skattings vir ‘n klein span, om met ‘n toetssentrum te verfijnd.

Fase	Werk	Wat dit bewys	Grof koste	Tyd
1. Goot of sleeptank	‘n 0,3 tot 1 m modelrotor in ‘n universiteitsgoot of gesleep deur stil water, 0,5 tot 2 m/s	Gemete kragkoëffisiënt en stoot teen spoed	$20k to $80k	2 tot 4 maande
2. Rivier- of estuariumloods	‘n 1 tot 10 kW eenheid op ‘n pontoon of klein raam in ‘n vinnige rivier of estuarium, met ‘n huidige meter en ‘n aangetekende kragomsteller	Echte krag kurwe, begin spoed, vuil en rommel	$50k to $200k	6 tot 12 maande
3. Skaal toets webwerf	‘n 10 tot 100 kW masjien op ‘n kwekeryterrein soos die EMEC se skaalterrein in Orkney, met onafhankelijke meting	Betroubaarheid, onderhoudstyd, omgewingsmonitoring	$0.5 million to $3 miljoen	1 tot 2 jaar
4. Volgrote skaal	‘n Megawatt-masjien by ‘n met die netwerk verbind toetsperron	Bankable verrigting data	tientalle miljoene	jare

Die eerste twee fases is binne bereik van ‘n universiteitsgroep of ‘n vasberade span maakers. Dit is ook presies wat ‘n toneel nodig het: ‘n model wat in werklike water draai en ‘n meter wat wys wat dit gemaak het

Wie benodig ons?

• Mariene hidrodinamiste en getybronmodelleerders.
• Offshore en marine ingenieurs vir fondamente, aanleg, dryfhulle en mariene operasies.
• Onderwater elektriese en krag-elektroniese ingenieurs vir generators, kabels en netwerkverbinding.
• Toetsfasiliteite: universiteitsgote en sleeptenks, estuaria met toegang, en toetssentrums soos EMEC in Orkney of FORCE in Nova Scotia.
• Mariene ekoloë vir botsing, geraas en habitatmonitoring.
• Sertifikaat spesialiste bekend is met die IEC 62600-standaarde vir mariene energie.
• eilandgemeenskappe en hawe-autoriteite met vinnige water en duur elektrisiteit.

Het jy ‘n beter idee?

Sommige lede van die stichting het dalk kontakte wat ‘n voorstel kan aanhoor Om te kan versprei, benodig ‘n idee werklike model wat werklik krag produseer en, met sy uitset gemeet op ‘n instrument, nie geëis: ‘n klein rotor in ‘n goot of rivier met ‘n aangeteken meter is meer werd as enige tekening. Papier idees is ook welkom: as die fisika en getalle solide is, kan ons dit hier op die webwerf publiseer. Maar kapitaal op te wek sonder ‘n werkbare model is baie moeilik, en niks hier is ‘n belofte van fondse, terugkeer of bekendstellings.

Stuur jou idee deur die bydraevorm, kies die Groene Inisiatief. Vertel ons die probleem wat dit oplos, die fisika-toets (hoeveel kW per vierkante meter van rotor, teen watter huidige spoed), ‘n grof koste per kWh, en die goedkoopste toets wat dit verkeerd kan bewys. Die energiebronne bladsy vergelyk hierdie idee met elf ander.

Bronne

1. MeyGen / Ampeak Energy (voorheen SAE Renewables en SIMEC Atlantis). MeyGen getystroomprojek: turbines, kapasiteit, produksie-mijlpale en faseplanne. Sien ook MeyGen op Wikipedia vir jaarlikse uitvoer en kontrakrondes.
2. Britse Departement vir Energieveiligheid en Net Null (2024). Kontrak vir Verskil Toewysing Ronde 6 resultate.
3. IRENA en IEA-ETSAP (2014). Getijde-energietegnologie kort.
4. Die Oos-Kaapse Waterwese (2015). Internasionaal geëvalueerde koste van energie vir oseaan-energietegnologieë.
5. Coles, D., Angeloudis, A., Greaves, D. et al. (2021). ‘n Oorsig van die VK en Britse Kanaaleilande se praktiese getystroom-energiebron Proceedings of the Royal Society A 477.
6. Garrett, C. en Cummins, P. (2005). Die krag potensiaal van gety strome in kanale. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. en Cummins, P. (2007). Die doeltreffendheid van ‘n turbine in ‘n getykanaal. Journal of Fluid Mechanics 588, 243-251.
8. Egbert, G.D. en Ray, R.D. (2000). Belangrike dissipasie van getyenergie in die diep oseaan afgelei uit satelliet hoogtemeter data. Nature 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power launches O2; Orbital Marine Power op Wikipedia.
10. Nuwe Innovasie Shetland Tidal Array, met Marine Scotland se gevalstudie.
11. Tidal stream generator en Tidal power, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay; SeaGen, Wikipedia: twin 16 m rotors, installed April 2008, removed 2016 to 2019.
12. Sihwa-meer getykragstasie, Wikipedia.
13. Lazard (Junie 2026). Vergelykte koste van energie+, weergawe 19.
14. Local Solar System Stifting. Die Ventilatormuur: oop model en standaard, daksonkrag teen $ 0.19 per kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. en Sellar, B. (2023). Getyturbinekragprestasie-beoordelings volgens IEC TS 62600-200 met behulp van gemete en gemodelleerde kragafset Hernubare energie.
16. Sabella (maatskappy), Wikipedia: die 1 MW D10-turbine, wat in November 2015 aan die Ushant-netwerk gekoppel is.
17. Lugdigtheid, Wikipedia: 1.225 kg per kubieke meter op seevlak in die Internasionale Standaard Atmosfeer.