Tidevandsenergi

De fleste vedvarende el afhænger af vejret. Tidevandsstrømmene afhænger af Månens bane og Jordens rotation, hvorfor tidevandstabeller kan udskrives år i forvejen. I nogle få smalle kanaler, såsom Pentland Firth mellem det skotske fastland og Orkneyøerne, bliver denne bevægelse til en strøm på 3-5 meter i sekundet, hurtigere end de fleste mennesker kan løbe. Sæt en turbine i den, og du har et kraftværk, hvis output du kan forudsige til timen for resten af århundredet.

Denne side følger den samme regel som vores Fan Wall research: fysikken først, så hvad rigtige maskiner har målt, og derefter hvad det koster i forhold til benchmarket enhver idé på en bygning skal slå, et tag solpanel. Den korte version: Tidal stream fungerer, det er forudsigeligt, og nye projekter koster stadig flere gange så meget som sol- eller vindparker. Det kan vinde på øer og fjerntliggende kyster, hvor strømmen allerede er dyr, og det kunne blive en værdifuld, stabil del af nogle net, hvis omkostningerne bliver ved med at falde. Det vil aldrig blive en stor del af verdens elektricitet.

Hvad det er

Der er to måder at lave elektricitet fra tidevand.

Tidevandsområde bruger højdeforskellen mellem højt og lavt vand. En dæmning over en flodmunding (en dæmning) eller en mur omkring en del af havet (en lagune) holder vandet tilbage, og lader det derefter løbe gennem turbiner, meget ligesom en floddæmning. Det er bevist: La Rance i Bretagne har kørt siden 1966, og Sihwa Lake i Sydkorea, 254 MW, åbnede i 2011. Men en dæmning ændrer et helt flodmundingsområde, og der er kun bygget meget få. Det største forslag i de senere år, en 320 MW lagune ved Swansea Bay i Wales, fik planlægningstilladelse i 2015 og blev afvist af den britiske regering på grund af omkostningerne i 2018.

Tidevandsstrøm, som er emnet for denne side, sætter vindmøller i selve strømmen uden dæmning. De ligner undersøiske vindmøller, enten fastgjort til havbunden eller hængende under et flydende skrog. Det gør dem langt lettere for miljøet og meget mindre i skala, én maskine ad gangen, hvilket er grunden til næsten al nuværende udvikling er tidevandsstrøm.

Sådan virker det

Hvorfor tidevand er forudsigeligt. Månens tyngdekraft trækker havet ind i to buler på modsatte sider af Jorden, og Jorden drejer under dem. Månens tidevand gentages hver 12 timer og 25 minutter. Solen tilføjer et mindre tidevand af sin egen. Når Sol og Måne står på linje, ved ny- og fuldmåne, giver de to sammen stærke Tidevand i foråret; en uge senere de delvist annullere i svag nær tidevand. Den fulde cyklus tager 14,8 dage. Hver af disse rytmer er astronomi, så strømmen på et givet sted kan forudsiges årtier frem.

Den kraft, der strømmer i en strøm. Præcis som for vind er den kraft, der strømmer gennem et område A, P = ½ ρ A v³, hvor ρ er væskens massefylde og v dens hastighed. En turbine beholder en brøkdel af det, effektkoefficienten Cp. Havvand vejer 1.025 kg pr. kubikmeter, luft ca. 1,2. Så selvom strømmene er langsomme, gør tætheden det mere end godt: Ved 3 m/s bærer en kvadratmeter strøm 13,8 kW, mens den samme kvadratmeter ved en stærk vind på 12 m/s bærer 1,1 kW. Derfor giver en 18 m tidevandsrotor 1,5 MW, det samme som en vindrotor fire gange så bred.

Terningen virker begge veje. Fordi kraften går med terningen af hastighed, leverer en strøm, der halveres, en ottendedel af effekten. Strømmen på et sted stiger og falder to gange om dagen og svinger mellem kilder og neaps hver fjortende dag, så en turbine dimensioneret til at fange de hurtigste forårstidevandet ville sidde stort set inaktiv. Konstruktører vælger derfor en nominel hastighed, ofte omkring 2,5 til 3 m/s, hvorefter turbinen kaster den ekstra effekt. Ovenstående forklarer trade-off: en lavere nominel hastighed giver en højere kapacitetsfaktor (mere af tiden ved fuld effekt), men en mindre maskine.

Hvor meget en kanal kan give. En kanal er ikke en endeløs flod af energi. Turbiner bremser det vand, de tager energi fra, og nok af dem vil blokere kanalen, så tidevandet finder en anden vej rundt. Garrett og Cummins viste, at den største effekt en kanal kan give i gennemsnit er omkring 20 til 24% af det maksimale trykhoved fra den ene ende til den anden gange det maksimale flow, ofte meget mindre end den kinetiske energi, der flyder gennem det smalleste punkt (Garrett og Cummins, 2005). En turbine i en kanal kan slå Betz-grænsen på 59,3 % for åbent vand, fordi kanalvæggene holder strømmen inde, men noget af denne gevinst går tabt igen, da de hurtige og langsomme strømme blander sig bag den (Garrett og Cummins, 2007).

Grænserne: teoretiske og praktiske

Hele planeten. Tidevandet mister omkring 3,7 terawatt til friktion, cirka en fjerdedel af det i dybe have og resten i lavvandede farvande og kyster (Egbert og Ray, 2000). Det lyder som en masse sammenlignet med verdens gennemsnitlige elforbrug på omkring 3,4 TW, men næsten ingen af det flyder hurtigt nok, tæt nok til kysten, i vand lavvandet nok til at bygge i. Kun nogle få steder i verden har havstrømme over 2 til 2,5 m/s: det nordlige Skotland, Kanaløerne og Bretagne, Bay of Fundy i Canada, dele af Korea, Kina, Japan og Indonesien.

En realistisk national figur. For Det Forenede Kongerige og Kanaløerne, som har nogle af de bedste steder i verden, understøttede en gennemgang i 2021 en praktisk ressource på 34 TWh om året, ca. 11 % af det nuværende britiske elforbrug, fra ca. 11,5 GW vindmøller i 2050 (Coles et al., 2021). For de fleste lande er tallet tæt på nul.

Havet selv. De praktiske grænser er teknik og penge:

• Masser. Vandets massefylde betyder, at en tidevandsrotor føler kræfter mange gange større end en vindrotor af samme størrelse, og tidevandskanaler er turbulente. Vinger, lejer og tætninger skal kunne klare dette i 20 år.
• Adgang. Dykkere og fartøjer kan kun arbejde ved lavvande, den korte pause mellem høj- og lavvand, og i roligt vejr. Specialfartøjer er dyre at leje pr. dag. Flydende design som Orbitals O2, der kan hæve deres rotorer op af vandet, blev i vid udstrækning opfundet for at reducere disse omkostninger.
• Korrosion og begroning. Saltvand, havvækst og sediment angriber alt.
• Grid. De bedste steder er på fjerntliggende kyster, langt fra efterspørgsel og fra stærke netforbindelser.

Virkelige projekter, målt

Projekt	Hvor	Størrelse	Status	Hvad blev målt eller rapporteret
MeyGen fase 1A	Bedste spisesteder i Pentland Firth, Skotland	4 × 1,5 MW, 18 m rotorer	I drift siden 2016 til 2018	13,8 GWh i 2019 (en kapacitetsfaktor på 26%), over 50 GWh i begyndelsen af 2023; ca. 59 MW mere med garanterede priser for 2027 til 2029 (MeyGen)
Orbitale O2	Hoteller i nærheden af Fall of Warness, Orkney (EMEC)	2 MW, dobbelte 20 m rotorer på et 72 m flydende skrog	Netforbundet juli 2021	Designet til at opfylde den årlige efterspørgsel fra omkring 2.000 britiske hjem; Yderligere O2-klasse maskiner har britiske kontrakter (Orbital Marine PowerVi fandt ingen fuldstændig offentliggjort registrering af målt årlig produktion.
Hoteller i nærheden af Nova Innovation Shetland Tidal Array	Billeder af Bluemull Sound	6 × 100 kW på sit højeste	Første vindmølle 2016; de tre ældste fjernet 2023	469 MWh i mere end 14.000 driftstimer inden december 2020; et senere design med direkte drev reducerer turbineomkostningerne med ca. en tredjedel (Nova Innovation)
SeaGen	Bedste spisesteder i Strangford Lough, Nordirland	1,2 MW, dobbelt rotorer på en pæl	2008, siden nedlagt	Den første tidevandsstrømturbine i megawatt-skala, der nåede fuld effekt på et netværk, i december 2008 (Tidevandsstrømgenerator)
La Rance (tidsinterval, for kontekst)	Billeder af Bretagne, Frankrig	240 MW dæmning	Siden 1966	Omkring 540 GWh om året, en kapacitetsfaktor på 26 %; bygget for omkring USD 340 pr. kW i 2012-penge (København, 2014)
Billeder af Sihwa Lake (tidsmæssigt interval)	Rejser til Gyeonggi, Sydkorea	254 MW	Siden 2011	552 GWh om året; koster omkring USD 560 millioner, bygget i en eksisterende havvold (Sihwa Lake)

To ærlige læsninger af denne tabel. For det første, teknologien virker: Møller har kørt i årevis i nogle af de mest voldsomme vand i Europa og sendte snesevis af gigawatt-timer til nettet. For det andet tidlige arrays har produceret mindre end håbet. De første arrays forventedes at nå kapacitetsfaktorer på 35 til 42% (Ocean Energy Systems, 2015). MeyGens bedste første år gav 26%, og i de første år lå gennemsnittet tættere på 20%, da enkelte vindmøller blev taget ud til reparation og erstattet med opgraderede maskiner. Novas seks 100 kW vindmøller viser det samme mønster i mindre skala: rigtig elektricitet, rigtig læring og maskiner, der er gået på pension inden for få år.


Hvad det koster

Tidevandsstrømme prissættes primært efter, hvad regeringerne er villige til at garantere, fordi intet projekt endnu betaler sig selv.

Kilde	Hvad det er	Pris
UK Contracts for Difference, runde 6 (2024)	Garanteret pris for 28 MW tidevandsstrøm, 15 år	172 GBP pr. MWh i 2012 priser, omkring £ 250 eller $ 0,32 pr kWh i 2025 penge
Samme auktion	Solparker / onshore vindmøller / offshore vindmøller	50 GBP/51 GBP/54 GBP pr. MWh (2012-priser)
Coles et al. (2021)	Anslået nuværende britiske tidevandsstrøm omkostninger	omkring £240 pr. MWh, falder til under £150 efter 124 MW af indlæring
Havenergisystemer (2015)	Første arrays / anden arrays / første kommercielle projekter	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 pr. MWh
La Rance og Sihwa (IRENA, 2014)	Gamle, afbetalte tidevandsdæmninger	0,02 til 0,04 EUR pr. kWh
Vores benchmark for kvalitet	Solcelleanlæg på tag af bygning, Fan Wall model; Lazard 2026 serie til kommerciel og kommunal solenergi	$0.19 pr. kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (juni 2026)	Ny solenergi / onshore vind / offshore vind	$0.04 to $0,10 / $0.04 to $0,10 / $0.11 to $0,17 pr. kWh

Så ny tidevandsstrøm koster omkring $0.25 to $0,35 pr. kWh i dag, halvanden til to gange tagsol og tre til otte gange sol- og landvind. Sammenligningen med offshore vind, den anden store marine teknologi, er den, der skal holdes øje med: Offshore vind var også langt dyrere end sol og onshore vind for et årti siden, og dens pris faldt kraftigt, da projekter voksede til hundredvis af megawatt. Tidal Stream håber at følge den vej, men indtil videre har de installeret megawatt, hvor offshore-vind har installeret gigawatt.

En simpel LCOE fanger ikke en ting, som tidevandsenergi har og sol- og vindkraft ikke: dens output er kendt på forhånd og afhænger ikke af vejret. Coles og kolleger hævder, at dette kan reducere omkostningerne ved at balancere et netværk, som almindelige omkostningssammenligninger udelader. Det er en reel fordel, men endnu ikke stor nok til at lukke kløften.

Hvor det kan vinde, og hvor det ikke kan

Det kan vinde:

• Øer og fjerntliggende kyster med stærke strømme, såsom Orkneyøerne, Shetlandsøerne, Kanaløerne, Nova Scotia og dele af Indonesien og Filippinerne, hvor elektriciteten ofte kommer fra importeret diesel, og kabler til fastlandet er dyre.
• Som en stabil, forudsigelig del af et net domineret af sol og vind, der fylder nogle af de timer, hvor begge er lave, fordi tidevandet ignorerer vejret.
• Hvor der allerede findes en struktur. Sihwa Lake blev bygget ind i en havmur, der allerede var der; broer, dæmninger og havneindløb med hurtige strømme er værd at se på.
• Små, off-grid belastninger i hurtigt vand: overvågning af bøjer, navigationslys og akvakulturområder.

Det kan ikke vinde:

• Som billig bulk-el, hvor som helst sol- eller vindmølleparker kan bygges på land.
• På langt de fleste kyster, hvor spidsstrømmene er under ca. 2 m/s: terningeloven gør kraften for tynd.
• Hurtigt. Godkendelser, netforbindelser, specialfartøjer og en lille forsyningskæde betyder, at projekter tager mange år.

Hvad er bevist, plausibelt og spekulativt

Bevist: tidevands astronomi og forudsigelighed; effektligningen og vandets densitetsfordel; at horisontale-akse turbiner kan køre i årevis i stærke tidevandskanaler og eksportere til nettet; at tidevandsdæmninger kan køre i mere end et halvt århundrede; at der ikke var registreret kollisioner mellem havdyr og driftsmøller indtil 2021 (Coles et al., 2021).


Plausibelt: omkostningerne falder til under 150 £ pr. MWh, når der bygges arrays på snesevis af megawatt; flydende turbiner reducerer vedligeholdelsesomkostningerne; kapacitetsfaktorer på 35-40 % i modne arrays med god tilgængelighed; en netværdi for forudsigelighed, som er værd at betale for.

Spekulativt: tidevandsstrøm når omkostningerne ved offshore vind; meget store arrays i en enkelt kanal uden væsentligt at ændre dens strømme og økologi; langsigtede effekter på sediment, stratificering og rovdyr, der fodrer omkring turbiner på gigawatt skala.

Åbne forskningsspørgsmål

• Arrays, ikke enkeltmøller. Hvordan interagerer kølvande fra rækker af møller, og hvor meget bremses kanalen, når der er installeret mange?
• Pålidelighed. Hvilke designs af vinger, lejer, tætninger og generatorer overlever 20 års turbulent vand uden dyre løft?
• Billigere installation og adgang. Flydende skrog, færre og større fundamenter og arbejde uden for slapt vand.
• Ydelsesmåling. Måling af effektkurver i ægte, turbulent flow med metoden fra standarden IEC TS 62600-200, så købere kan sammenligne maskiner retfærdigt (Renewable Energy, 2023).
• Miljø. Kollisionsrisiko for sæler, marsvin og dykkerfugle; støj; virkninger på sediment og på de arter, der lever i hurtigt vand.
• Værdien af forudsigelighed. Hvor meget er en forudsigelig megawatt-time værd i et net med masser af sol og vind?

Hvad en fungerende prototype ville kræve

En ny tidevandsidé (en ny rotor, en billigere fortøjning, en ny måde at vedligeholde maskiner på) kan først afprøves i lille skala. Omkostningerne nedenfor er vores grove skøn for et lille team, der skal raffineres med et testcenter.


Fase	Arbejde	Hvad det beviser	Omkostninger	Tid
1. Trækrør eller bugseringstank	En 0,3 til 1 m model rotor i en universitets-render eller trukket gennem stillestående vand, 0,5 til 2 m/s	Målt effektkoefficient og tryk mod hastighed	$20k to $80k	2 til 4 måneder
2. Flod- eller flodmundingslods	En 1 til 10 kW enhed på en ponton eller lille ramme i en hurtig flod eller estuarium, med en strømmåler og en logget effektmåler	Virkelig effektkurve, opstartshastighed, tilsmudsning og snavs	$50k to $200k	6 til 12 måneder
3. Skala test site	En 10 til 100 kW-maskine på et planteskoleanlæg som f.eks. EMEC’s skalaanlæg i Orkney, med uafhængig måling	Pålidelighed, vedligeholdelsestid, miljøovervågning	$0.5 million to $3 millioner	1 til 2 år
4. Fuld skala	En megawatt-maskine på en netforbundet testplads	Bankable præstationsdata	titusinder af millioner	i flere år

De første to faser er inden for rækkevidde af en universitetsgruppe eller et beslutsomt team af producenter. De er også præcis, hvad en bane har brug for: En model, der drejer i rigtigt vand og en måler, der viser, hvad den lavede.

Hvem vi har brug for

• Marine hydrodynamikere og tidevands ressourcemodeller.
• Offshore og skibsbyggere til fundamenter, fortøjninger, flydende skrog og marine operationer.
• Subsea elektriske og power-elektronik ingeniører for generatorer, kabler og netforbindelse.
• Testfaciliteter: universitetskanaler og slæbetanke, flodmundinger med adgang og testcentre som f.eks. EMEC på Orkney eller FORCE i Nova Scotia.
• Marine økologer til kollision, støj og habitat overvågning.
• Specialister i certificering Kendskab til IEC 62600 marine energi standarder.
• Øsamfund og havnemyndigheder med hurtigt vand og dyr elektricitet.


Har du en bedre idé?

Nogle medlemmer af fonden kan have kontakter, der kunne høre et pitch. For at blive pitchet, skal en idé have et en fungerende, virkelighedsnær model, der rent faktisk producerer strøm, med sin produktion målt på et instrument, ikke hævdet: en lille rotor i en kanal eller en flod med en logget meter er mere værd end nogen tegning. Papiridéer er også velkomne: Hvis fysikken og tallene er solide, kan vi offentliggøre dem her på hjemmesiden. Men at rejse kapital uden en fungerende model er meget vanskeligt, og intet her er et løfte om finansiering, afkast eller introduktioner.

Send din idé via bidragsformular, og vælg det grønne initiativ. Fortæl os det problem, den løser, fysikken (hvor mange kW pr. kvadratmeter rotor, ved hvilken hastighed), en grov pris pr. kWh og den billigste test, der kan bevise, at den tager fejl. energikilder siden sammenligner denne idé med elleve andre.

Kilder

1. MeyGen / Ampeak Energy (tidligere SAE Renewables og SIMEC Atlantis). MeyGen tidevandsstrømprojekt: vindmøller, kapacitet, generation milepæle og fase planer. Se også MeyGen på Wikipedia for årlige output og kontraktrunder.
2. Det britiske ministerium for energisikkerhed og net-nul (2024). Kontrakter for forskel allokering runde 6 resultater.
3. IRENA og IEA-ETSAP (2014). Tidevandsenergiteknologi kort.
4. Ocean Energy Systems (2015). Internationalt udlignet pris på energi til havenergiteknologier.
5. Bjerregaard, A., Andersen, D., & Nielsen, J. (2021). En gennemgang af Storbritannien og de britiske Kanaløer praktisk tidevandsstrøm energiressource. Proceedings of te Royal Society A 477.
6. Garrett, C. og Cummins, P. (2005). Tidevandsstrømmenes effektpotentiale i kanaler. Proceedings of te Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. og Cummins, P. (2007). Effektiviteten af en turbine i en tidevandskanal. Journal of Fluid Mechanics 588, 243-251.
8. Egbert, G.D. og Ray, R.D. (2000). Betydelig spredning af tidevandsenergi i det dybe hav udledes fra satellit højdemåler data. Nature 405, 775-778..
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power lancerer O2; Orbital Marine Power på Wikipedia.
10. Ny innovation. Shetland Tidal Array, med Marine Skotlands case study.
11. Tidevandsstrømgenerator og Tidevandskraft, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay; SeaGen, Wikipedia: to 16 m rotorer, installeret april 2008, fjernet fra 2016 til 2019.
12. Hoteller i nærheden af Sihwa Lake Tidal Power Station, Wikipedia.
13. Lazard (June 2026). Udjævnede energiomkostninger, version 19.
14. Local Solar System Foundation. The Fan Wall: åben model og benchmark, tagsol til $ 0,19 pr. kWh.
15. Jensen, P., Kjærgaard, I. and Nielsen, B. (2023). Tidevandsmøller effektydelse vurderinger i henhold til IEC TS 62600-200 ved hjælp af målte og modellerede effektudgange. Vedvarende energikilder.
16. Sabella (virksomhed), Wikipedia: 1 MW D10-turbinen, der blev tilsluttet Ushant-nettet i november 2015.
17. Luftens massefylde, Wikipedia: 1.225 kg pr. kubikmeter ved havoverfladen i den internationale standardatmosfære.