조류 에너지
달은 수십 년 전부터 알려진 시간표에 따라 하루에 두 번씩 바다를 좁은 운하로 끌어당깁니다. 수중 터빈은 그 전류를 전기로 바꿀 수 있습니다. 물리학은 관대합니다; 바다는 아니며, 가격은 여전히 높습니다.
Orbital Marine Power / S. Clark, via Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)
대부분의 재생 가능한 전기는 날씨에 따라 달라집니다. 조수류는 달의 궤도와 지구의 회전에 의존하므로, 조수표를 수년 전부터 인쇄할 수 있다. 스코틀랜드 본토와 오크니 섬 사이의 펜트랜드 피어스(Pentland Firth)와 같은 좁은 해협에서는 이러한 움직임이 초당 3~5m의 속도로 변화하여 대부분의 사람들이 달릴 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 흐르게 된다. 터빈을 넣으면 발전소가 생기는데 그 출력은 세기의 나머지 기간 동안 시간당 예측할 수 있습니다.
이 페이지는 우리의 팬 벽 연구와 동일한 규칙을 따릅니다: 물리학 먼저, 다음 실제 기계가 측정 한 다음 비용은 건물에 모든 아이디어를 이길 수있는 벤치마크, 지붕 태양 전지판과 비교하여. 짧은 버전: ** 조수 스트림 작동, 그것은 예측 가능하고 새로운 프로젝트는 여전히 태양 또는 풍력 발전소보다 몇 배 많은 비용. 전력이 이미 비싼 섬과 원격 해안에서도 승리할 수 있으며, 비용이 계속 하락하면 일부 그리드의 가치있는 안정적인 부분이 될 수 있습니다. 세계 전기의 큰 비중을 차지하지는 못할 것입니다.**
무엇인가요?
조수로부터 전기를 만들 수 있는 두 가지 방법이 있습니다.
조수 범위는 높은 물과 낮은 물 사이의 고도 차이를 사용합니다. 강 하구를 가로지르는 댐(댐) 또는 바다 일부를 둘러싼 벽(호수)은 물을 붙잡고, 강 댐과 비슷하게 터빈을 통해 물이 흐르도록 한다. 브르타뉴의 라랑스는 1966년부터 운영되고 있으며, 한국의 시화호는 254MW로 2011년에 개장했다. 하지만 댐은 강우량을 바꾸고, 아주 적게 지어졌습니다. 최근 몇 년간 가장 큰 제안은 웨일즈의 스완지 만에 있는 320MW 라군으로, 2015 년에 계획 허가를 받았으며 2018 년 영국 정부로부터 비용을 거절당했습니다.
조수 흐름,이 페이지의 주제는, 댐없이 현재 자체에 터빈을 넣어. 이들은 바다 밑바닥에 고정되거나 부유하는 선체 아래에 매달려 있는 수중 풍력 터빈과 같습니다. 그것은 환경에 훨씬 가볍고 규모가 훨씬 작은, 한 번에 하나의 기계를 만듭니다. 이것이 거의 모든 현재 개발이 조수 스트림인 이유입니다.
어떻게 작동하는지
조수가 예측 가능한 이유. 달의 중력은 지구의 반대편에 있는 두 개의 볼록한 바다로 바다를 당기고, 지구는 그들 아래에서 회전합니다. The main lunar tide repeats every 12 hours and 25 minutes. 태양은 자체적으로 작은 조수를 추가한다. 태양과 달이 정렬할 때, 새달과 보름달에 두 개의 숫자가 강한 봄조로 합쳐지고, 일주일 후에는 부분적으로 약한 부적조로 취소된다. The full cycle takes 14.8 days. 이러한 리듬은 모두 천문학이기 때문에, 주어진 장소의 전류는 수십년 전에 예측할 수 있습니다.
전류의 힘. 바람과 마찬가지로, 영역 A을 통과하는 힘은 P = ½ ρ A v³이며, 여기서 ρ는 유체의 밀도이고 v는 그 속도이다. 터빈은 그것의 분수를 유지, 파워 계수 Cp. 바닷물의 무게는 입방미터당 1,025kg이고 공기의 무게는 약 1.2kg이다. 그래서 비록 전류가 느리지만, 밀도는 그것을 위해 보상보다 더: 3 m / s에서 전류의 제곱 미터를 수행 13.8kW, 강한 12 m / s 바람의 동일한 평방 미터는 1.1 kW를 수행하는 동안. That is why an 18 m tidal rotor makes 1.5 MW, the same as a wind rotor four times wider.
The cube works both ways. Because power goes with the cube of speed, a current that halves delivers an eighth of the power. 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. 디자이너는 따라서 선택 정격 속도, 종종 주위에 2.5 ~ 3 m / s, 그 위의 터빈은 여분의 전력을 흘린다. 위의 설명은 트레이드오프를 보여줍니다: 정격 속도가 낮으면 더 높은 용량 인자 (전체 출력에서 더 많은 시간)를 제공하지만 작은 기계입니다.
채널이 얼마나 많이 줄 수 있습니까? 채널은 에너지의 무한한 강이 아닙니다. 터빈은 그들이 에너지를 얻는 물을 느리게 만들고, 충분한 수의 터빈이 운하를 차단하여 조수가 다른 방법을 찾도록 합니다. 개렛과 Cummins는 채널이 평균적으로 생산할 수있는 가장 많은 전력은 약 한쪽 끝에서 다른 쪽으로의 최대 압력 헤드의 20~24%, 자주 가장 좁은 지점을 통해 흐르는 운동 에너지보다 훨씬 적은 (개렛과 커민스, 2005). 운하에 있는 터빈은 운하벽이 유량을 막아주기 때문에 59.3%의 개방수 베츠 한계를 뛰어넘을 수 있지만, 이익 중 일부는 뒤쪽에서 빠른 흐름과 느린 흐름이 섞이면서 다시 잃어버린다(Garrett and Cummins, 2007).
한계: 이론적이고 실용적인
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). 이는 세계 평균 전기 사용량인 3.4TW에 비하면 많은 수치이지만, 거의 아무것도 충분히 빠르게 흐르지 않고, 해안에 가까운 곳에 있지 않으며, 건설할 수 있는 얕은 물 속에 있다. 세계에서 2~2.5m/s 이상의 해류가 있는 지역은 몇 십 개에 불과하다: 스코틀랜드 북부, 채널 제도와 브리튼, 캐나다의 펀디 만, 한국의 일부, 중국, 일본, 인도네시아.
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). For most countries the figure is close to zero.
바다 자체. 실질적인 한계는 공학과 돈입니다.
- 엄청나게 물의 밀도는 조수 회전자가 같은 크기의 바람 회전자보다 수배나 더 많은 힘을 받게 되며, 조수 채널은 난류를 일으킨다. 블레이드, 베어링 및 씰은 이러한 상황에서 20년 동안 생존해야 합니다.
- Access. 다이버와 선박은 느슨한 물, 홍수와 흐름 사이의 짧은 휴식, 그리고 평온한 날씨에서만 작동 할 수 있습니다. 항공기는 하루에 몇 대씩 운항한다. 로터를 물 위로 올릴 수 있는 오비탈의 O2와 같은 부동 설계는 이 비용을 줄이기 위해 주로 발명되었다.
- 부식과 오염. 소금물, 해양 식물과 퇴적물이 모든 것을 공격합니다.
- 그리드. 최고의 사이트는 수요와 강한 그리드 연결에서 멀리 원격 해안에 있습니다.
실제 프로젝트, 측정
| 프로젝트 | 어디 | 크기 | 상태 | 측정 또는 보고된 내용 |
|---|---|---|---|---|
| 메이젠 1A 단계 | 내부 사운드, 펜틀랜드 피어스, 스코틀랜드 | 4 × 1.5 MW, 18 m 회전자 | 2016년부터 2018년까지 운영 | 2019년 13.8GWh(용량인자 26%); 2023년 초에 50GWh를 통과하며, 2027년부터 2029년까지 보장된 가격으로 약 59MW 더 생산할 예정이다 (MeyGen) |
| O2 궤도 | 워네스, 오크니 (EMEC)의 폭락 | 2 MW, twin 20 m rotors on a 72 m floating hull | Grid-connected July 2021 | 약 2,000개의 영국 가정의 연간 수요를 충족시키도록 설계되었으며, 추가적인 O2급 기계는 영국 계약을 보유하고 있습니다(Orbital Marine Power). |
| 노바 혁신 셰틀랜드 조수 배열 | 블루멀 사운드, 셰틀랜드 | 최대 출력 6 × 100kW | 첫 번째 터빈 2016; 세 개의 오래된 제거 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) |
| 이름을 입력하세요 | 스트랭포드 호수, 북아일랜드 | 1.2 MW, 더미에 트윈 로터 | 2008년 이후로는 폐지되었다. | The first megawatt-scale tidal stream turbine to reach full power on a grid, in December 2008 (Tidal stream generator) |
| La Rance (조수 범위, 문맥을 위해) | 브르타뉴, 프랑스 | 240 MW 댐 | 1966년부터 | About 540 GWh a year, a 26% capacity factor; built for about USD 340 per kW in 2012 money (IRENA, 2014) |
| 시화호 (조수 범위) | 경기도, 대한민국 | 254메가와트 | 2011년부터 | 552 GWh a year; cost about USD 560 million, built into an existing sea wall (Sihwa Lake) |
이 테이블의 두 개의 정직한 판독. 첫째, 기술 작동: 터빈은 유럽에서 가장 폭력적인 물의 일부에서 수년 동안 실행하고 그리드에 수십 기가와트 시간을 보냈다. 두번째로, 초기 배열은 예상보다 적게 생산했다. 첫 번째 어레이는 35 ~ 42%의 용량 인자에 도달할 것으로 예상되었다 (Ocean Energy Systems, 2015). MeyGen의 최고 초기 연도는 26%를 냈으며, 개별 터빈이 수리를 위해 제거되어 업그레이드된 기계로 교체되었을 때 첫 해에는 평균적으로 20%에 가까웠다. Nova’s six 100 kW turbines show the same pattern at small scale: real electricity, real learning, and machines retired within a few years.
비용은 얼마인가요?
조수류는 아직 어떤 프로젝트도 자체적으로 돈을 지불하지 않기 때문에 정부가 보장할 의사가 있는 것에 따라 주로 가격이 결정된다.
| 소스 | 무엇인가요? | 가격 |
|---|---|---|
| 영국 차액 계약, 라운드 6 (2024) | 28MW의 조수류에 대한 보장 가격, 15년 | 2012 가격에서 MWh 당 £ 172, 약 £ 250 또는 $ 0.32 2025 돈에 kWh |
| 같은 경매 | 태양광 발전소 / 해상풍력 / 해양풍력 | 메가와트시당 £50 / £51 / £54 (2012년 가격) |
| 콜스 등 (2021) | 현재 영국 조수 스트림 비용 예상 | MWh 당 약 £240, 배움의 124MW 후에 £150 아래로 내려가는 |
| 해양 에너지 시스템 (2015) | 첫번째 배열 / 두번째 배열 / 첫번째 상업적 프로젝트 | $333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $MWh당 280 |
| 라랑스와 시화 (IRENA, 2014) | 옛날, 지불된 조수 범위 댐 | €0.02 to €0.04 per kWh |
| 우리의 벤치마크 | 건물 옥상 태양광, 팬 월 모델; 상업 및 지역 사회용 태양광을 위한 Lazard 2026 범위 | 킬로와트시당 $0.19; $0.09 to $0.20 |
| Lazard (June 2026) | 새로운 유틸리티 태양 / 해상풍력 / 해양풍력 | $0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $킬로와트시당 0.17 |
새로운 조수류를 만들기 위해서는 대략 $0.25 to $오늘 킬로와트시당 0.35, 한 반 두 배 지붕 태양열과 세 여덟 배 유틸리티 태양 및 해상 바람. The comparison with offshore wind, the other big marine technology, is the one to watch: offshore wind was also far more expensive than solar and onshore wind a decade ago, and its price fell steeply as projects grew to hundreds of megawatts. 조수류는 그 길을 따라가기를 바라지만, 지금까지 해양풍력이 기가와트를 설치한 곳에 메가와트만 설치했습니다.
태양과 바람이 가지고 있지 않은 조수력의 한 가지를 LCOE는 포착하지 못한다: 그 출력은 사전에 알려져 있으며 날씨에 의존하지 않는다. 콜과 동료들은 이것이 일반적인 비용 비교에서 제외된 그리드의 균형을 유지하는 비용을 줄일 수 있다고 주장한다. 그것은 진정한 장점이지만, 아직 격차를 줄일 만큼 충분히 큰 것은 아니다.
승리할 수 있는 곳과 이길 수 없는 곳
이기는 법:
- 강한 해류가 있는 섬과 원격 해안, 오크니, 셰틀랜드 제도, 채널 제도, 노바 스코샤와 인도네시아와 필리핀의 일부, 전기가 자주 수입 디젤과 본토에 케이블에서 비싸게 온다.
- 태양과 바람에 의해 지배되는 그리드의 안정적이고 예측 가능한 부분으로서, 조수가 날씨를 무시하기 때문에 두 가지 모두가 낮을 때 시간 중 일부를 채웁니다.
- 구조물이 이미 존재하는 곳. 시화호는 이미 있었던 바다벽에 지어졌으며, 다리와 둑길, 빠른 물의 항구 입구가 보기 좋습니다.
- 빠른 물에서 작은 오프그리드 부하: 부표, 항해등 및 수산업 사이트 모니터링.
이기지 못할 수 있습니다:
- 저렴한 대량 전기로, 어디서나 태양 또는 풍력 농장은 땅에 지어질 수 있습니다.
- 해안의 대부분에서, 최대 전류가 약 2 m / s 이하인 경우: 입방법칙은 전력을 너무 얇게 만듭니다.
- 신속하게. 동의, 그리드 연결, 전문 선박 및 소규모 공급망은 프로젝트가 수년이 걸리는 것을 의미합니다.
증명된, 가능성이 있고 추측적인 것은 무엇인가
검증됨: 천문학과 조수의 예측 가능성; 전력 방정식과 물의 밀도 이점; 수평축 터빈은 강한 조수 채널에서 년 동안 실행하고 그리드에 수출 할 수 있습니다; 그 조수 범위 댐은 반 세기 이상을 실행할 수 있습니다; 해양 동물과 작동 터빈 사이의 충돌이 없습니다 2021까지 감지되었다 (콜스 등, 2021).
가능성: 수십 메가와트의 어레이가 건설되면 MWh당 £150 이하로 비용이 내려갑니다. 부동 터빈은 유지 보수 비용을 절감합니다. 가용성이 좋은 성숙한 어레이에서 35 ~ 40 %의 용량 인자; 예측 가능성에 대한 그리드 가치는 지불할 가치가 있습니다.
추측: 조수 스트림 해양 바람의 비용에 도달; 크게 그것의 전류와 생태계를 변경하지 않고 단일 채널에서 매우 큰 어레이; 기가와트 규모에서 터빈 주위에 먹이를 퇴적물, 계층화 및 포식자에 장기적인 영향.
개방형 연구 질문
- 단일 터빈이 아닌 배열. 터빈의 행에서 나오는 웨이크가 어떻게 상호 작용하며, 많은 터빈이 설치되면 채널이 얼마나 느려집니까?
- 신뢰성. 어떤 블레이드, 베어링, 씰 및 발전기 설계가 비용이 많이 드는 리프트 없이 20년 동안 난류에서 살아남을 수 있습니까?
- 저렴한 설치 및 액세스. 부동 선체, 적고 큰 기초, 그리고 느슨한 물 밖에서 작업.
- 성능 측정. 구매자가 기계를 공정하게 비교할 수 있도록 IEC TS 62600-200 표준 방법을 사용하여 실제 난류에서 전력 곡선을 측정합니다(재생 가능한 에너지, 2023년).
- 환경. 물개, 참새와 다이빙 조류에 대한 충돌 위험; 소음; 퇴적물과 빠른 물에서 사는 종에 미치는 영향.
- 예측 가능성의 가치. 태양과 바람이 많이 있는 그리드에 예측 가능한 메가와트시는 얼마나 가치가 있습니까?
작동하는 프로토타입에 필요한 것
새로운 조수 아이디어 (새로운 회전자, 더 싼 연결, 기계를 유지하는 새로운 방법)는 먼저 소규모로 시험할 수 있습니다. 아래 비용은 소규모 팀에 대한 대략적인 추정치이며, 테스트 센터와 함께 정제됩니다.
| 단계 | 작업 | 그것이 증명하는 것은 | 대략적인 비용 | 시간 |
|---|---|---|---|---|
| 1. 유출구 또는 견인 탱크 | 대학 굴뚝에 있는 0.3 | 속도에 대한 파워 계수 및 추력 측정 | $20k to $80k | 2~4개월 |
| 2. 강이나 하구 파일럿 | 빠른 강이나 하구의 폰톤 또는 소형 프레임에 설치된 1~10kW 유닛으로, 전류계 및 기록된 전력계가 있습니다. | 실제 전력 곡선, 시작 속도, 오염 및 파편 | $50k to $200k 초당 | 6~12개월 |
| 3. 스케일 테스트 사이트 | 10 ~ 100kW 기계를 오크니의 EMEC 스케일 사이트와 같은 양육장에서 독립적인 측정을 통해 사용 | 신뢰성, 유지보수 시간, 환경 모니터링 | $0.5 million to $3백만 | 1년에서 2년 |
| 4. 전체 스케일 | 그리드에 연결된 테스트 베이의 메가와트 기계 | 은행용 성과 데이터 | 수천만 | 몇 년 |
첫 두 단계는 대학 그룹이나 결단력 있는 제작자 팀의 손에 달려 있습니다. 그들은 또한 정확하게 피치가 필요로하는 것: 실제 물에서 회전하는 모델과 그것이 만든 것을 보여주는 미터.
우리가 필요로 하는 사람
- 해양 유체 역학자와 조수 자원 모델러.
- 해양 및 해군 엔지니어 기초, 연결, 부동 선체 및 해양 작업.
- 발전기, 케이블 및 그리드 연결을 위한 해저 전기 및 파워-일렉트로닉스 엔지니어.
- 테스트 시설: 대학 수로와 견인 탱크, 접근성이 있는 강 하구 및 오크니의 EMEC 또는 노바 스코샤의 FORCE와 같은 시험 센터.
- 해양 생태학자 충돌, 소음 및 서식지 모니터링을 위한 솔루션입니다.
- 인증 전문가 IEC 62600 해양 에너지 표준에 익숙합니다.
- 섬 지역 사회와 항구 당국 빠른 물과 비싼 전기.
더 좋은 생각이 있나요?
재단의 일부 회원들은 투표를 들을 수 있는 연락처가 있을 수 있습니다. 투입되기 위해, 아이디어는 실제로 전력을 생산하는 작동, 실제 모델이 필요합니다, 그 출력은 장치에 측정, 주장하지 않습니다: 미터를 기록 한 하천이나 강의 작은 회전자는 어떤 도면보다 더 가치가있다. 종이 아이디어도 환영합니다: 물리학과 수치가 고체라면, 우리는 여기에 웹 사이트에 게시 할 수 있습니다. 그러나 작동 모델없이 자본을 조성하는 것은 매우 어렵습니다, 그리고 아무것도 여기에 자금의 약속은 아니다, 반환 또는 소개.
기여 양식을 통해 그린 이니셔티브를 선택하여 아이디어를 보내십시오. 해결하는 문제, 물리학적 검사(어떤 전류 속도에서 회전자의 평방 미터당 얼마나 많은 kW가 필요한지), kWh 당 대략적인 비용, 그리고 잘못된 것을 증명할 수 있는 가장 저렴한 테스트를 알려주십시오. The energy sources page compares this idea with eleven others.
소스
- MeyGen / Ampeak Energy (이전 SAE 재생 가능 에너지 및 SIMEC 아틀란티스). MeyGen 조수 스트림 프로젝트: 터빈, 용량, 발전 이정표 및 단계 계획. 매년의 출력과 계약 라운드에 대해서는 위키피디아의 MeyGen도 참조하십시오.
- UK Department for Energy Security and Net Zero (2024). 차액 할당 계약 라운드 6 결과.
- 2014년 - 대한민국의 가수 이지아 (에이핑크). 조수 에너지 기술 요약.
- 에너지경제연구원 (2015). 해양 에너지 기술을 위한 국제적인 평준화된 에너지 비용.
- 콜스, D., Angeloudis, A., 그리브스, D. 등 (2021). 영국과 채널 제도의 실용적인 조수 스트림 에너지 자원의 검토. 왕립학회 논문집 A 477.
- 개렛, C.와 커민스, P. (2005). 채널에 조수의 전력 잠재력. 왕립학회 논문집 A 461, 2563-2572.
- 개렛, C.와 커민스, P. (2007). 조수 채널에 있는 터빈의 효율성. 유체 역학 저널 588, 243-251.
- 에그버트, G.D.와 레이, R.D. (2000). 심해에서의 조수 에너지의 상당한 분산은 위성 고도계 데이터로부터 추론되었다. 네이처 405, 775-778.
- Orbital Marine Power (2021). 오비탈 마린 파워가 O2를 발사했다; 위키백과의 오비탈 마린 파워.
- 새로운 혁신. 셰틀랜드 조수 배열, 해양 스코틀랜드의 사례 연구.
- Tidal stream generator and Tidal power, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay; SeaGen, Wikipedia: twin 16 m rotors, installed April 2008, removed 2016 to 2019.
- 시화호 조수 발전소, 위키백과.
- Lazard (June 2026). 에너지 비용을 레벨화한 버전 19.
- Local Solar System 재단. 팬 월: 개방형 모델 및 벤치마크, kWh 당 $ 0.19에서 지붕 태양.
- 에반스, P., 애슈턴, I. 및 셀러, B. (2023). 측정 및 모델링된 전력 출력을 사용하여 IEC TS 62600-200에 따른 조수 터빈 전력 성능 평가. 재생 가능 에너지.
- Sabella (company), Wikipedia: the 1 MW D10 turbine, connected to the Ushant grid in November 2015.
- 공기의 밀도, 위키피디아: 국제 표준 대기에서 해수면에서 입방 미터 당 1.225 kg.