Энергія прыліву

Большасць электрычнасці выпрацоўваецца з аднаўляльных крыніц. Прыпяўныя токі залежаць ад арбіты Месяца і кручэння Зямлі, таму прыпяўныя табліцы могуць быць надрукаваны на некалькі гадоў уперад. У некаторых вузкіх каналах, такіх як Пентлендскі фёрст паміж Шотландыяй і Оркнейскімі астравамі, гэта рух становіцца цячэннем хуткасцю 3-5 метраў у секунду, хутчэй, чым большасць людзей можа бегчы. Калі ў яго ўсталяваць турбіну, то атрымаецца электрастанцыя, вытворчасць якой можна будзе прагназаваць з дакладнасцю да гадзіны на працягу ўсяго стагоддзя.

Гэтая старонка выконвае тое ж правіла, што і наша Ванная сцяна даследавання: спачатку фізіка, затым тое, што рэальныя машыны змерылі, а потым тое, што каштуе ў параўнанні з еталонам кожнай ідэі на будынку, які павінен перамагчы, сонечная панэль на даху. Кароткая версія: ** прыпякавы струмень працуе, ён прадказальны, і новыя праекты ўсё яшчэ каштуюць у некалькі разоў больш, чым сонечныя або ветравыя фермы. Ён можа перамагчы на астравах і аддаленных узбярэжжах, дзе энергія ўжо дарагая, і можа стаць каштоўнай, стабільнай часткай некаторых сетак, калі кошты будуць працягваць зніжацца. Гэта ніколі не будзе вялікай часткай сусветнай электрычнасці. **

Што гэта

У ёй ёсць два шляхі для атрымання электрычнасці з прыліву.

Прылівны дыяпазон выкарыстоўвае розніцу паміж высокай і нізкай вадой. У верхняй частцы ракі (у раёне горада) і ў яе прытоках (у тым ліку ў рэках, якія зліваюцца з ёй) утвараюцца вадасховішчы. У 1966 годзе ў Брытаніі была адкрыта электрастанцыя «Ла-Ранс», а ў 2011 годзе — «Сіва» (254 МВт). Але ўсе яны былі знішчаны, а іх зямля была падзелена на некалькі частак. Найбуйнейшая прапанова апошніх гадоў, лагуна магутнасцю 320 МВт у заліве Суонсі ў Уэльсе, атрымала дазвол на праектаванне ў 2015 годзе і была адхіленая брытанскім урадам з-за кошту ў 2018 годзе.

Прылівны струмень, тэма гэтай старонкі, ставіць турбіны ў самую плынь, без дамбы. Яны звычайна ўтвараюцца на паверхні вады, у асноўным пад вадой або ў яе падводным пласты. Гэта робіць іх надзвычай лёгкімі для асяроддзя і значна меншымі па маштабах, адна машына за раз, што з’яўляецца прычынай таго, што амаль усе сучасныя распрацоўкі адбываюцца ў прыпяцкі час.

Як гэта працуе

Чаму прылівы прадказальны. Гравітацыя Месяца выцягвае акіяны ў два выпукласці па супрацьлеглых баках Зямлі, і Зямля круціцца пад імі. Час у шляху да Сонца складае 12 гадзін і 25 хвілін. У выніку ўсяго гэтага ўзнікла невялікая плынь. Калі Сонца і Месяц вызначаюцца, у новы і поўны месяц, яны дадаюцца да моцных веснавых прыпадаў; праз тыдзень яны часткова знішчаюцца ў слабыя неап прыпады. Насельніцтва 14,8 тыс. чал. Усе гэтыя рысы дазваляюць вызначыць, што ў той ці іншай мясцовасці на працягу стагоддзяў была традыцыйная гаспадарка.

Сіла току. Як і для ветру, сіла, якая працякае праз плошчу A роўная P = ½ ρ A v³, дзе ρ — шчыльнасць вадкасці, а v — яе хуткасць. У турбіне захоўваецца дробная частка яе, каэфіцыент магутнасці Cp. Seawater weighs 1,025 kg per cubic metre, air about 1.2. Так, хоць токі павольныя, шчыльнасць больш чым кампенсуе гэта: пры хуткасці 3 м/с квадратны метр току нясе 13.8 кВт, у той час як той жа квадратны метр моцнага ветру 12 м/с нясе 1.1 кВт. That is why an 18 m tidal rotor makes 1.5 MW, the same as a wind rotor four times wider.

Куб працуе ў абодва бакі. Паколькі магутнасць павялічваецца з кубам хуткасці, то ток, які павялічваецца напалову, дае восьмую частку магутнасці. The current at a site rises and falls twice a day and swings between springs and neaps every fortnight, so a turbine sized to catch the fastest spring tides would sit mostly idle. У выніку дызайнеры выбіраюць намінальную хуткасць, звычайна каля 2,5—3 м/с, вышэй якой турбіна страчвае дадатковую магутнасць. У гэтым выпадку лічыцца, што ўсе рэчывы маюць аднолькавую хуткасць (у большасці выпадкаў гэта хуткасць руху), але розныя памеры.

Колькі можа даць канал. Канал не з’ яўляецца бесканечнай рэчкай энергіі. Турбіны запавольваюць ваду, з якой яны бяруць энергію, і дастаткова з іх закрываюць канал, каб прыпіў знаходзіў іншы шлях. Гаррэт і Каммінс паказалі, што максімальная магутнасць канала можа быць у сярэднім каля 20-24% ад максімальнага ціску вады з аднаго канца да другога ў часе пікавага патоку, часта значна менш чым кінетычная энергія, якая праходзіць праз яе найбольш вузкую кропку (Мн.: «Гарадзея», 2005). Турбіна ў канале можа пераадолець 59,3 % мяжу Бец для адкрытай вады, таму што сцены канала затрымліваюць патокі, але частка гэтага прыросту зноў губляецца, калі хуткія і павольныя патокі змешваюцца за ім (гл.Мн.: «Мастацтва», 2007.).

![Два доўгія шэрыя турбінныя ротары на сталёвым каркасе на прычале суднаверфі, з рабочымі ў камуфляжах побач з імі для павышэння бачнасці.](../../../assets/initiatives/tidal-seagen-rotors-quay.jpg “SeaGen’s twin 16 m rotors on the quay before the machine was installed in Strangford Narrows, Northern Ireland, in April 2008. Шаблон:Праект:Public domain

Абмежаванні: тэарэтычныя і практычныя

The whole planet. The tides lose about 3.7 terawatts to friction, roughly a quarter of it in the deep ocean and the rest in shallow seas and coasts (Egbert and Ray, 2000). Усяго ў свеце налічваецца каля 3,4 тыс. відаў, але большасць з іх не мае ніякага дачынення да жывёл і не маюць ніякага значэння для навукі. Толькі ў некалькіх дзясятках месцаў у свеце цячэнні перавышаюць 2—2,5 м/с: на поўначы Шатландыі, Норманскіх астравах і Брытаніі, у бухце Фандзі ў Канадзе, частках Карэі, Кітая, Японіі і Інданезіі.

A realistic national figure. For the United Kingdom and Channel Islands, which have some of the best sites in the world, a 2021 review supported a practical resource of 34 TWh a year, about 11% of current UK electricity demand, from roughly 11.5 GW of turbines by 2050 (Coles et al., 2021). У большасці краін гэты паказчык блізка да нуля.

Самае вялікае мора. Практычныя абмежаванні - гэта інжынерныя і фінансавыя:

• Нагрузка. У выніку шчыльнасць вады азначае, што прыпякавы ротар адчувае сілы ў шмат разоў большыя за вецерны ротар таго ж памеру, і прыпячныя каналы турбулентныя. Blades, bearings and seals must survive this for 20 years.
• Даступны. У перыяд паміж паўночным і паўднёвым полюсамі можна сустрэць толькі дажджы, а ў паўднёвых — толькі дождж. У дні выхадных судна можа быць зачынена для праходжання рэгулярных рэйсаў. Плаўныя дызайны, такія як O2 Orbital, якія могуць падымаць свае ротары з вады, былі распрацаваны ў асноўным для таго, каб скараціць гэтыя выдаткі.
• Пашыраны ў Карэі і Філіпінах. Усе вёскі, гарады і пасёлкі раёна размешчаны на рацэ.
• Сетка. Лепшыя месцы знаходзяцца на аддаленных узбярэжжах, далёка ад попыту і моцных сеткавых злучэнняў.

Рэальныя праекты, вымераны

Праект	Дзе	Памер	& Стан	Што было вымерана ці паведамлена
Фаза 1A	Інтэр-Сунд, Пентландскі залівы, Шатландыя	4 × 1,5 МВт, 18 м ротары	Працаваў з 2016 па 2018 год.	13.8 GWh in 2019 (a 26% capacity factor); past 50 GWh by early 2023; about 59 MW more with guaranteed prices for 2027 to 2029 (MeyGen)
Orbital O2	Заходняя Сахара (англ.)	2 MW, twin 20 m rotors on a 72 m floating hull	Grid-connected July 2021	Спрацавана для задавальнення штогадовага попыту каля 2000 дамоў у Вялікабрытаніі; далейшыя машыны класа O2 маюць кантракты з Вялікабрытаніяй (Orbital Marine Power). Мы не знайшлі поўны апублікаваны запіс вымеранай гадавой прадукцыі.
Шаблон:Сталіца Новай Зеландыі	Блумал- Саунд, Шетланды	6 × 100 кВт на піку	First turbine 2016; three oldest removed 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)
МораGenericName	Паўночная ІрландыяRegion/ state in Ireland	1,2 МВт, двойчы ротары на паліцах	З 2008 года не выходзіць.	The first megawatt-scale tidal stream turbine to reach full power on a grid, in December 2008 (Tidal stream generator)
La Rance (адлік прыпадаў, для кантэксту)	Брытаніяfrance. kgm	240 с. Складальнікі	З 1966 года.	About 540 GWh a year, a 26% capacity factor; built for about USD 340 per kW in 2012 money (IRENA, 2014)
СінгапурCity in Ontario Canada (дыяпазон прыліваў)	Паўднёвая Карэяsouthkorea. kgm	254 МВт	З 2011 года	552 ГВт/г; кошт каля 560 млн. даляраў, пабудаваны ў існуючай марскай сцяне (Sihwa Lake).

У гэтым артыкуле прыводзяцца два прыклады. Першы тэхналогія працуе: турбіны працавалі на працягу многіх гадоў у самых жорсткіх вадаёмах Еўропы і адпраўлялі дзясяткі гігават-гадзін у сетку. У выніку, раннія масівы мелі меншую прадукцыйнасць, чым чакаецца. First arrays were expected to reach capacity factors of 35 to 42% (Ocean Energy Systems, 2015). MeyGen’s best early year gave 26%, and over its first years it averaged closer to 20%, as individual turbines were taken out for repair and replaced with upgraded machines. Nova’s six 100 kW turbines show the same pattern at small scale: real electricity, real learning, and machines retired within a few years.

Колькі гэта каштуе

Усё гэта робіцца для таго, каб не дапусціць падачы грошай у банкі, бо ў іх няма магчымасці атрымаць крэдыт.

Крыніца	Што гэта	Кошт
UK Contracts for Difference, round 6 (2024)	Гарантаваная цана на 28 МВт прыпячнага току, 15 гадоў	172 за МВт/гадзіну у цэнах 2012 года, каля £ 250 або $ 0.32 за кВт / гадзіну ў 2025 годзе
Тым жа аўкцыёнам	Сонечныя фермы / прыбярэжны вецер / марскі вецер	£50 / £51 / £54 per MWh (2012 prices)
Coles et al. (2021)	Шаблон:Прыродныя рэсурсы Беларусі	каля 240 фунтаў за МВт/гадзіну, падае ніжэй за 150 фунтаў пасля вывучэння 124 МВт
Нацыянальны склад насельніцтва (2015 г.)	Першы масіў / другі масіў / першы камерцыйны праект	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 за МВт/гадзіну
Сістэма рэгіянальных і мясцовых органаў улады (2014).	Старыя, выплачаныя прыпяўныя плошчы	0,02 да 0,04 € за кВт/гадзіну
Наша мэта	Rooftop solar on a building, Fan Wall model; Lazard 2026 range for commercial and community solar	$0.19 за кВт∙г; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	Новая сонечная / прыбярэжная ветравая / марская ветравая энергетыка	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 на кВт·гадзіну

So new tidal stream costs roughly $0.25 to $0.35 per kWh today, one and a half to two times rooftop solar and three to eight times utility solar and onshore wind. У адрозненне ад іншых вялікіх марскіх тэхналогій, напрыклад, ветравых электрастанцый, прыбярэжныя ветравыя станцыі былі значна даражэйшыя за сонечныя і берагавыя ветравыя станцыі дзесяцігоддзе таму, а іх кошт рэзка зніжаецца, паколькі праекты выраслі да сотняў мегават. У гэты час у горадзе дзейнічаў рыбны завод, які вырабляў рыбу для гандлю ў Гібралтары.

У звычайным LCOE не ўлічваецца тое, што прыпяцкая энергія мае, а сонечная і ветравая — не: яе выхад вядома з нагоды і не залежыць ад надвор’я. У выніку, звычайныя і зваротныя лічбы могуць быць выкарыстаны для ацэнкі таго, ці з’яўляецца сістэма эфектыўнай. Гэта сапраўдная перавага, але яшчэ не дастаткова вялікая, каб закрыць прабел.

Дзе ён можа перамагчы, а дзе не можа

Яно можа перамагчы:

• Востраў і адлеглыя берагі з моцнымі цячэнняміУ некаторых краінах, такіх як Оркнейскія астравы, Шэтландскія астравы, Нормандзкія астравы, Новая Шатландыя і часткі Інданезіі і Філіпін, электрычнасць часта паступае з імпартаванага дызельнага паліва, а кабелі да кантынента дарагія.
• Як стабільная, прадказальная частка сеткі, у якой дамінуюць сонца і вецер, запаўняючы некаторыя гадзіны, калі і адлівы, і прылівы нізкія, таму што адлівы не ўлічваюць надвор’ е.
• Where a structure already exists. Sihwa Lake was built into a sea wall that was already there; bridges, causeways and harbour entrances with fast flows are worth looking at.
• Малыя, не падлучаныя да сеткі нагрузкі ў хуткай вадзе: маніторынг буяў, навігацыя і аквакультурныя пляцоўкі.

Яно не можа перамагчы:

• Як танная электрычнасць, дзе сонечныя або ветравыя фермы могуць быць пабудаваныя на зямлі.
• На большасці берагоўУ верхняй частцы возера працякае рака Пясчаная, якая мае даўжыню каля 2 км.
• Хутчэй. У сувязі з гэтым, тэхнічныя праблемы, недахоп фінансавання і невялікая колькасць вытворцаў дазволілі працягнуць выпуск.

Што даказана, верагодна і спекулятыўна

Proven: the astronomy and predictability of tides; the power equation and the density advantage of water; that horizontal-axis turbines can run for years in strong tidal channels and export to the grid; that tidal range barrages can run for more than half a century; that no collisions between marine animals and operating turbines had been detected up to 2021 (Coles et al., 2021).

Plausible: cost falling below £150 per MWh as arrays of tens of megawatts are built; floating turbines cutting maintenance costs; capacity factors of 35 to 40% in mature arrays with good availability; a grid value for predictability that is worth paying for.

Speculative: tidal stream reaching the cost of offshore wind; very large arrays in a single channel without significantly changing its currents and ecology; long-term effects on sediment, stratification and predators feeding around turbines at gigawatt scale.

Адкрыць даследчыя пытанні

• Масевы, а не адзінкавыя турбіны. Як узаемадзейнічаюць хваляваньні з радкоў турбін, і наколькі канал запавольваецца, калі ўстаноўлена шмат?
• Надзейнасць. У 20 стагоддзі ў выніку рэканструкцыі, перабудовы і пашырэння будынка з’явіліся два новыя паверхі.
• Дэшевее установка и доступ. Плаўныя корпусы, менш і большыя падмуркі, а таксама праца з-за слабой вады.
• Performance measurement. Measuring power curves in real, turbulent flow with the method of the IEC TS 62600-200 standard, so buyers can compare machines fairly (Renewable Energy, 2023).
• Экалагічная. У ёй вывучаюцца: геаграфія, фізіка і хімія; прыродазнаўства; геалогія; геаграфічныя звесткі аб рэгіёне.
• Вызначэнне прадказальнасці. Колькі каштуе прадказальны мегават-гадзіна для сеткі з шматлікімі сонечнымі і ветравымі?

Што трэба для стварэння прататыпу

Новая ідэя (новая мадэль, новы спосаб выкарыстання тэхналогіі, новы спосаб абслугоўвання машыны) можа быць выпрабавана ў невялікім маштабе. У выніку, усё большая колькасць людзей аддае перавагу малым групам, якія могуць быць звязаныя з адным месцам.

Ступень	Праца	Што гэта даказвае	Грубы кошт	Час
1. Флюім або буксіруючы бак	У 0,3-1 м мадэлі ротара ў універсітэцкім канале або буксуюць праз стабільную ваду, 0,5-2 м / с	Вымераны каэфіцыент магутнасці і цяга супраць хуткасці	$20k to $80к	2 да 4 месяцаў
2. Рыба або эстуарий	Адзінка ад 1 да 10 кВт на понтоне або невялікай рамцы ў хуткай рацэ ці эстуариі, з метрам току і запісаным метрам магутнасці	Рэальная крывая магутнасці, хуткасць запуску, забруджванне і адходы	$50k to $200 кб	Ад 6 да 12 месяцаў
3. Маштабаваць тэставы сайт	A 10 to 100 kW machine at a nursery site such as EMEC’s scale site in Orkney, with independent measurement	Надзейнасць, час абслугоўвання, маніторынг асяроддзя	$0.5 million to $3 million	1 да 2 гадоў
4. Full scale	Мегаватная машына на тэставым прычале, падлучаным да сеткі	Дадзеныя пра хуткасць	мільёны	некалькі гадоў

Першыя два этапы знаходзяцца ў межах даступнасці для універсітэцкай групы або вызначанай каманды стваральніка. Гэта таксама значыць, што ўсе элементы маюць аднолькавую масу і форму, а таксама тое, што яны з’яўляюцца адзінкамі вымярэння.

Хто нам патрэбен

• Гісторыя гістарычных рэлігій і іх уплыў на сучасную рэлігію.
• Інжынерныя і тэхнічныя службы. для фундаментаў, швартаў, плавучых корпусаў і марскіх аперацый.
• Падводныя электрычныя і энергетычныя інжынеры для генератараў, кабельных і сеткавых злучэнняў.
• Праверка: універсітэцкія каналы і буксірныя танкі, эстуариі з доступам, і тэставыя цэнтры, такія як EMEC на Оркнейскіх астравах або FORCE у Новай Шатландыі.
• Марскія эколагі для кантролю за сутыкненнямі, шумам і месцамі пражывання.
• Сертыфікацыя Знаёмы з стандартамі IEC 62600 для марскіх энергетычных сістэм.
• Вытворчасць і продаж тэхнічных і будаўнічых матэрыялаў.

У вас ёсць лепшая ідэя?

У некаторых краінах існуюць спецыяльныя камітэты, якія могуць вызначыць правілы гульні. Для таго, каб быць прадстаўленай, ідэя павінна мець працуючую, рэальную мадэль, якая на самай справе вырабляе энергію, з яе выхадным паказчыкам, які вымераецца прыладай, а не прэтэндуецца: маленькі ротар у ручаі або рацэ з зарэгістраваным метрам каштуе больш, чым любы малюнак. Ідэі для артыкулаў таксама прымаюцца: калі фізіка і лічбы цвёрдыя, мы можам апублікаваць іх тут на сайце. Але прыцягненне капіталу без працаздольнага мадэлі вельмі складана, і тут няма абяцання фінансавання, вяртання або ўвядзення.

Адпраўце сваю ідэю праз форму дапаможнік, выбраўшы Green Initiative. У залежнасці ад таго, якую задачу ён вырашае, праверце фізіку (колькі кВт на квадратны метр ротара, пры якой хуткасці току), грубая цана за кВт·гадзіну і найменшы тэст, які можа даказаць яго памылковасць. Змяніць Стварыць новы спіс распаўсюджвання параўноўвае гэтую ідэю з адзінаццаццю іншымі.

Крыніца

1. Усходняя частка (з вёскі Сінькі) і паўднёвая (з вёскі Астрашыцы) — забудаваныя. Праект MeyGen tidal stream: турбіны, магутнасць, этапы генерацыі і планы фаз. См. таксама MeyGen на Вікіпедыі для штогадовага выпуску і кантрактных раундаў.
2. UK Department for Energy Security and Net Zero (2024). Спіс астравоў Паўднёвай Амерыкі 6..
3. Чэмпіён Еўропы і свету (2014). Энергетыка Расійскай Федэрацыі.
4. Нацыянальны статыстычны камітэт (2015). Міжнародная роўная цана энергіі для акіянічных энергетычных тэхналогій.
5. А. А. Сідаровіч, А. В. Грыцкевіч, А. І. Кірылавіч і інш. (2021). A review of the UK and British Channel Islands practical tidal stream energy resource. Насельніцтва 477 чал..
6. Гарэцкі, С. і інш. (2005). У ёй вызначаюцца магчымыя патэнцыйныя прытокі ў каналах. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Гарэцкі, С. і інш. (2007). У выніку гістарычнага працэсу ўтвораны канал. Journal of Fluid Mechanics 588, 243-251.
8. Г. Д. Рэй і Р. Д. Эгберт. (2000). У выніку геаграфічная шырыня ўключае ў сябе і глыбіню, вызначаную па даных астранамічных прыбораў. Nature 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power launches O2; Orbital Marine Power на сайце Вікіпедыі.
10. Новая гісторыя. Шаблон:Шэтландскія астравыШаблон:Марскія птушкі Шры-Ланкі Вывучэнне прыкладу.
11. Tidal stream generator and Tidal power, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay; SeaGen, Wikipedia: twin 16 m rotors, усталяваны ў красавіку 2008 года, выдалены з 2016 па 2019 год.
12. Шаблон:Сталіца СірыіВікіпедыя.
13. Lazard (June 2026). Выраўнаваны кошт энергіі+, версія 19.
14. Local Solar System Фонд. The Fan Wall: open model and benchmark, rooftop solar at $0.19 per kWh.
15. А., Сідаровіч В., Сідаровіч І. (2023). Tidal turbine power performance assessments following IEC TS 62600-200 using measured and modelled power outputs. Аднаўляльныя крыніца энергіі.
16. Sabella (кампанія), Wikipedia: 1 МВт турбіна D10, падлучаная да сеткі Ушан у лістападзе 2015 года.
17. Density of air, Wikipedia: 1.225 kg per cubic metre at sea level in the International Standard Atmosphere.