Energjia e rrjedhjes së baticës

Shumica e energjisë së ripërtëritshme varet nga koha. Rrjedhjet e baticës varen nga orbita e Hënës dhe rrotullimi i Tokës, që është arsyeja pse tabelat e baticave mund të shtypen vite më parë. Në disa kanale të ngushta, si Pentland Firth midis Skocisë kontinentale dhe Orkney, kjo lëvizje bëhet një rrymë prej 3 deri në 5 metra për sekondë, më shpejt se sa shumica e njerëzve mund të vraponin. Vendos një turbinë në të dhe do të kesh një central energjitik prodhimin e të cilit mund ta parashikosh me orë për pjesën tjetër të shekullit.

Kjo faqe ndjek të njëjtin rregull si kërkimi ynë i Murit me Fan: fizika së pari, pastaj çfarë kanë matur makinat reale, pastaj sa kushton krahasuar me standartin që çdo ide në një ndërtesë duhet të mundë, një panel diellor mbi çati. Versioni i shkurtër: **rrjedha e baticës punon, është e parashikueshme dhe projektet e reja ende kushtojnë disa herë më shumë se fermat diellore apo të erës. Ajo mund të fitojë në ishujt dhe bregdetet e largët ku energjia është tashmë e shtrenjtë dhe mund të bëhet një pjesë e çmuar, e qëndrueshme e disa rrjeteve nëse kostot vazhdojnë të bien. Nuk do të jetë kurrë një pjesë e madhe e elektricitetit botëror. **

Çfarë është

Ka dy mënyra për të bërë elektricitet nga batica.

Batica e baticës përdor ndryshimin e lartësisë midis ujit të lartë dhe të ulët. Një digë në një estuar (një digje) ose një mur rreth një pjese të detit (një lagunë) mban ujin prapa, pastaj e lë atë të rrjedhë nëpërmjet turbinave, shumë si një digë lumi. Është provuar: La Rance në Bretanjë ka funksionuar që nga viti 1966, dhe liqeni Sihwa në Korenë e Jugut, 254 MW, u hap më 2011. Por një diga ndryshon të gjithë estuarin, dhe shumë pak janë ndërtuar. Propozimi më i madh i viteve të fundit, një lagunë 320 MW në Swansea Bay në Uells, mori lejen e planifikimit në vitin 2015 dhe u kundërshtua nga qeveria britanike për koston në vitin 2018.

Rrjedha e baticës, subjekt i kësaj faqeje, vë turbinat në vetë rrjedhën, pa një digë. Ato duken si turbina ere nënujore, ose të fiksuara në fund të detit apo të varura nën një trup lundrues. Kjo i bën ato shumë më të lehta në mjedis dhe shumë më të vogla në shkallë, një makinë në kohë, që është pse pothuajse e gjithë zhvillimi aktual është rrjedhja e baticës.

Si funksionon

Përse baticat janë të parashikueshme. Graviteti i Hënës tërheq oqeanin në dy shpata në anët e kundërta të Tokës, dhe Toka kthehet nën to. Batica kryesore hënore përsëritet çdo 12 orë dhe 25 minuta. Dielli shtoi një baticë më të vogël të vet. Kur Dielli dhe Hëna lidhen, në hënën e re dhe të plotë, dyja shtohen për të fortë pranverë; një javë më vonë ata pjesërisht anulluar në të dobët batica. Cikli i plotë zgjat 14.8 ditë. Çdo një nga këto ritme është astronomi, kështu që rryma në një vend të caktuar mund të parashikohet dekada përpara.

Fuqia në një rrymë. Pikërisht si për erën, fuqia që rrjedh nëpër një zonë A është P = ½ ρ A v³, ku ρ është dendësia e fluidit dhe v shpejtësia e tij. Një turbinë mban një pjesë të saj, koeficienti i fuqisë Cp. Uji i detit peshon 1,025 kg për metër kub, ajri rreth 1.2. Kështu që edhe pse rrymat janë të ngadalshme, dendësia më shumë se kompenson për këtë: në 3 m / s një metër katror i rrjedhës mban 13.8 kW, ndërsa i njëjti metër katror i një ere të fortë 12 m / s mban 1.1 kW. Kjo është arsyeja pse një rotor baticë 18 m bën 1.5 MW, e njëjta si një rotor ere katër herë më i gjerë.

Kubi punon në të dy drejtimet. Sepse fuqia shkon me kub të shpejtësisë, një rrymë që përgjysmohet jep një të tetën e fuqisë. Rrjedha në një vend ngrihet dhe bie dy herë në ditë dhe lëviz midis burimeve dhe neaps çdo dy javë, kështu që një turbinë e përmasave për të kapur baticën më të shpejtë të pranverës do të qëndronte kryesisht joaktive. Dizajnerët kështu zgjedhin një shpejtësia e vlerësuar, shpesh rreth 2.5 deri në 3 m / s, mbi të cilën turbina hedh fuqinë shtesë. Shpjegimi më lart tregon kompromisin: një shpejtësi më e ulët e vlerësuar jep një faktor kapaciteti më të lartë (më shumë kohë në prodhim të plotë), por një makinë më e vogël.

Sa mund të japë një kanal. Një kanal nuk është një lum i pafund i energjisë. Turbinat ngadalësojnë ujin nga i cili marrin energji, dhe mjaft prej tyre do të bllokojnë kanalin që batica të gjejë një rrugë tjetër. Garrett dhe Cummins treguan se fuqia më e madhe që një kanal mund të prodhojë mesatarisht është rreth 20 deri në 24% e presionit të lartë nga njëra anë tek ana tjetër herët e rrjedhjes së lartë, shpesh shumë më pak se energjia kinetike që rrjedh nëpër pikën e saj më të ngushtë (Garrett dhe Cummins, 2005). Një turbinë në një kanal mund të rrah kufiri i ujit të hapur Betz e 59.3%, sepse muret e kanalit mbajnë rrjedhjen, por disa nga ajo fitime është humbur përsëri si rrymat e shpejta dhe të ngadalshme përzierje pas saj (Garrett dhe Cummins, 2007).

Kufizimet: teorike dhe praktike

I gjithë planeti. Bateritë humbasin rreth 3.7 terawatt për fërkimin, rreth një çerek të saj në oqeanin e thellë dhe pjesa tjetër në dete të cekët dhe bregdetet (Egbert and Ray, 2000). Kjo tingëllon si shumë pranë mesatares botërore të përdorimit të elektricitetit prej rreth 3.4 TW, por pothuajse asnjë nga ajo rrjedh mjaftueshëm shpejt, mjaftueshëm afër bregut, në ujë aq të cekët sa për të ndërtuar. Vetëm disa dhjetra vende në botë kanë rryma mbi 2 deri 2.5 m / s: veriu i Skocisë, Ishujt e Kanalit dhe Bretanja, Gjiri i Fundy në Kanada, pjesë të Koresë, Kinës, Japonisë dhe Indonezisë.

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). Për shumicën e vendeve, shifra është pranë zeros.

Vetë deti. Kufizimet praktike janë inxhinieria dhe paratë:

• Shumë. Dendësia e ujit do të thotë se një rotor batica ndjenë forcat shumë herë më të madhe se sa një rotor erë të njëjtës madhësi, dhe kanalet batica janë turbullente. Shpatat, rrobat dhe vulosat duhet të mbijetojnë këtë për 20 vjet.
• Hyrje. Zhytësit dhe anijet mund të punojnë vetëm në ujë të qetë, pauza e shkurtër midis përmbytjeve dhe rënieve dhe në motin e qetë. Anijet e specializuara janë të shtrenjta për t’u marrë me qira për një ditë. Dizajnet lundruese si O2 e Orbital, që mund të ngrenë rotorët e tyre jashtë ujit, u shpikën kryesisht për ta shkurtuar këtë kosto.
• Korrozioni dhe ndotja. Uji i kripur, rritja e detit dhe sedimentet sulmojnë gjithçka.
• Rrjetë. Vendet më të mira janë në bregdetët e largët, larg nga kërkesa dhe nga lidhjet e forta të rrjetit.

Projekte reale, të matur

Projekti	Ku	Madhësia	Gjendja	Çfarë është matur apo raportuar
MeyGen Faza 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Skoci	4 × 1.5 MW, rotorë 18 m	Funksionon që nga viti 2016 deri më 2018	13.8 GWh në vitin 2019 (një faktor kapaciteti 26%); më shumë se 50 GWh deri në fillim të vitit 2023; rreth 59 MW më tepër me çmime të garantuara për vitet 2027-2029 (MeyGen)
Orbital O2	Rënia e Warness, Orkney (EMEC)	2 MW, rotorë dyfishë 20 m në një trup lundrues 72 m	Lidhur me rrjet Korrik 2021	E projektuar për të përmbushur kërkesën vjetore të rreth 2,000 shtëpive në Mbretërinë e Bashkuar; makinat e mëtejshme O2-klasë mbajnë kontratat e Mbretërisë së Bashkuar (Orbital Marine Power). Nuk kemi gjetur asnjë regjistrim të plotë të publikuar të prodhimit vjetor të matur.
Nova Innovation Shetland Tidal Array	Bluemull Sound, Shetland	6 × 100 kW në majën e saj	Turbina e parë 2016; tre të vjetrat hiqen 2023	469 MWh në më shumë se 14,000 orë të operimit deri në dhjetor 2020; një dizajn i mëvonshëm me drejtim të drejtpërdrejtë e shkurtoi koston e turbinës me rreth një të tretën (Nova Innovation)
SeaGen	Strangford Lough, Irlanda e Veriut	1.2 MW, rotorë dyfishë në një stivë	2008, që nga çaktivizimi	Turbina e parë me shkallë megavat për të arritur fuqinë e plotë në një rrjet, në dhjetor 2008 (Tidal stream generator)
La Rance (variacioni i baticës, për kontekst)	Bretagne, Francë	Diga 240 MW	Që nga viti 1966	Rreth 540 GWh në vit, një faktor kapaciteti 26%; e ndërtuar për rreth 340 USD për kW në paratë e vitit 2012 (IRENA, 2014)
Liqeni Sihwa (variacion i baticës)	Gyeonggi, Koreja e Jugut	254 MW	Që nga viti 2011	552 GWh në vit; kushton rreth 560 milionë dollarë, e ndërtuar në një mur ekzistues deti (Liqeni Sihwa)

Dy lexime të sinqerta të kësaj tavole. Së pari, teknologjia punon: turbinat kanë funksionuar për vite në disa nga ujërat më të ashpra në Evropë dhe dërguan dhjetra gigavat-orë në rrjet. Së dyti, array të hershme kanë prodhuar më pak se ç’shpresonte. Array e parë pritej të arrijë faktorët e kapacitetit prej 35 deri në 42% (Ocean Energy Systems, 2015). Viti më i mirë i parë i MeyGen dha 26% dhe gjatë viteve të para ajo mesatarisht ishte afër 20%, pasi turbinat individuale u hoqën për riparime dhe u zëvendësuan me makina të përmirësuara. Gjashtë turbinat 100 kW të Nova tregojnë të njëjtin model në një shkallë të vogël: elektricitet i vërtetë, mësim i vërtetë dhe makina që dalin në pension brenda disa viteve.

Sa kushton?

Rrjedha e baticës çmimet kryesisht nga ajo që qeveritë janë të gatshme të garantojnë, sepse asnjë projekt nuk paguan ende për veten.

Burimi	Çfarë është	Çmimi
UK Contracts for Difference, raundi 6 (2024)	Çmim i garantuar për 28 MW të rrjedhës së baticave, 15 vjet	172 £ për MWh në çmimet e 2012, rreth 250 £ ose $0.32 për kWh në paratë e 2025
E njëjta ankand	Fermat diellore / era në bregdet / era në det	£50 / £51 / £54 për MWh (çmime 2012)
Coles et al. (2021)	Kostoja e përllogaritur e rrjedhës së baticave në Mbretërinë e Bashkuar	rreth 240 £ për MWh, duke rënë nën 150 £ pas mësimit të 124 MW
Sistemet Energjitike Oqeanike (2015)	Array e parë / array e dytë / projekti i parë komercial	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 për MWh
La Rance dhe Sihwa (IRENA, 2014)	Digat e vjetra, të paguar për baticë	0.02 deri në 0.04 euro për kWh
Referenti ynë	Çmimet e energjisë diellore në një ndërtesë, model Fan Wall; Lazard 2026 për komerciale dhe komunitetit solar	$0.19 për kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (Qershor 2026)	Një shërbim i ri diellor / ere në bregdet / erë në det	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 për kWh

Pra, kostoja e rrjedhës së re të baticës rreth $0.25 to $0.35 për kWh sot, një herë e gjysmë deri në dy herë diellore në çati dhe tre deri në tetë herë të energjisë diellore dhe erë në tokë. Krahasimi me erën në det të hapur, teknologjia tjetër e madhe detare, është ajo që duhet vëzhguar: era në det të hapur ishte gjithashtu shumë më e shtrenjtë se era diellore dhe bregdetare një dekadë më parë dhe çmimi i saj ra rrënjësisht ndërsa projektet u rritën në qindra megavat. Rrjedha e madhështisë shpreson të ndjekë këtë rrugë, por deri tani ka instaluar megavat ku era në det të hapur ka instaluar gigavat.

Një LCOE e thjeshtë nuk kap një gjë që energjia e baticës ka dhe dielli dhe era nuk bëjnë: prodhimi i saj është i njohur përpara dhe nuk varet nga koha. Coles dhe kolegët argumentojnë se kjo mund të shkurtojë koston e balancimit të një rrjeti, që krahasimet e zakonshme të kostos lënë jashtë. Kjo është një avantazh i vërtetë, por ende jo aq i madh sa të mbyllë boshllëkun.

Ku mund të fitojë, dhe ku nuk mundet.

Mund të fitojë:

• Ishuj dhe bregdete të largët me rryma të forta, të tilla si Orkney, Shetland, Ishujt e Kanalit, Nova Scotia dhe pjesë të Indonezisë dhe Filipineve, ku elektriciteti shpesh vjen nga nafta e importuar dhe kabllot në kontinent janë të shtrenjta.
• Si një pjesë e qëndrueshme dhe e parashikuar e një rrjeti të dominuar nga dielli dhe era., duke mbushur disa orë kur të dyja janë të ulëta, sepse batica e injoron motin.
• Ku një strukturë ekziston tashmë. Liqeni Sihwa u ndërtua në një mur deti që ishte tashmë atje; urat, rrugët dhe hyrjet e portit me rrjedhje të shpejta ia vlejnë vëzhgimit.
• Ngarkesat e vogla, jashtë rrjetit në ujë të shpejtë: monitorimi i bojave, dritave të navigacionit dhe vendeve të akuatikut.

Nuk mund të fitojë:

• Si elektricitet i lirë në masë, kudo që dielli ose fermat e erës mund të ndërtohen në tokë.
• Në shumicën e bregdeteve, ku rrymat e majtë janë nën rreth 2 m / s: ligji i kubit e bën fuqinë shumë të hollë.
• Shpejt. Konsentimet, lidhjet e rrjetit, anijet e specializuara dhe një zinxhir i vogël furnizimi do të thotë se projektet do të marrin shumë vjet.

Çfarë është e provuar, e besueshme dhe spekulative

Provuar: astronomia dhe parashikimi i baticave; ekuacioni i fuqisë dhe avantazhi i dendësisë së ujit; se turbinat me bosht horizontal mund të funksionojnë për vite në kanalet e forta të baticave dhe eksportohen në rrjetë; se digat e baticave mund të funksionojnë për më shumë se gjysmë shekulli; se nuk ka përplasje midis kafshëve detare dhe turbinave operuese që janë zbuluar deri në vitin 2021 (Coles et al., 2021).

Plausible: kostoja bie nën £ 150 për MWh si array e dhjetra megavat janë ndërtuar; turbinat lundruese duke shkurtuar kostot e mirëmbajtjes; faktorët e kapacitetit të 35 deri në 40% në array të pjekura me disponueshmëri të mirë; një vlerë rrjeti për parashikim që ia vlen të paguhet.

Spekulative: rrjedha e baticave që arrin koston e erës së detit; shumë grupe të mëdha në një kanal të vetëm pa ndryshuar ndjeshëm rrymat dhe ekologjinë e tij; efektet afat-gjata mbi sedimentet, shtresimin dhe grabitqarët që ushqehen rreth turbinave në shkallë gigavat.

Hap pyetje kërkimi

• Arrays, not single turbines. Si ndërveprojnë valët nga rreshtat e turbinave dhe sa ngadalësohet kanali kur janë instaluar shumë?
• Besueshmëri. Cilat modele të shpatullave, lëvizjeve, vulosjes dhe gjeneratorit i mbijetojnë 20 vjet ujë turbullent pa ngritje të kushtueshme?
• Instalacion dhe akses më të lirë. Korpuset lundruese, themelet më pak e më të mëdha, dhe punë jashtë ujit të paqëndrueshëm.
• Matja e performancës. Matja e kurbave të fuqisë në rrjedhje reale, turbullente me metodën e standardit IEC TS 62600-200, kështu që blerësit mund të krahasojnë makinat në mënyrë të ndershme (Energjia e ripërtëritshme, 2023).
• Ambienti. Rrezikun e përplasjes për fokat, porpoises dhe zogjtë zhytës; zhurma; efektet në sedimente dhe mbi speciet që ushqehen në ujë të shpejtë.
• Vlera e parashikueshmerisë. Sa vlenë një orë megavat i parashikueshëm për një rrjet me shumë energji diellore dhe të erës?

Çfarë do të duhej një prototip pune

Një ide e re baticare (një rotor i ri, një lidhje më e lirë, një mënyrë e re për të mbajtur makinat) mund të provohet në shkallë të vogël së pari. Kostot më poshtë janë vlerësimet tona të përgjithshme për një ekip të vogël, që do të përmirësohet me një qendër testimi.

Faza	Punë	Çfarë provon	Kostoja e përgjithshme	Ora
1. Kanalizim ose rezervuar tërheqjeje	Një rotor model 0.3 deri në 1 m në një kanale universiteti ose tërhequr nëpër ujë të qetë, 0.5 deri në 2 m / s	Koeficienti i fuqisë së matur dhe shtytja ndaj shpejtësisë	$20k to $80k	2 deri në 4 muaj
2. Lumi ose estuar pilot	Një njësi 1 deri në 10 kW mbi një ponton ose kornizë të vogël në një lumë të shpejtë apo estuar, me një matës rryme dhe një matës energjie të regjistruar	Kurva e fuqisë reale, shpejtësia e nisjes, ndotja dhe mbeturinat	$50k to $200k	6 deri në 12 muaj
3. Shkalla e testimit të vendit	Një makinë 10 deri në 100 kW në një vend të tillë si vendi i EMEC-it në Orkney, me matje të pavarur	Besueshmëria, koha e mirëmbajtjes, mbikqyrja e mjedisit	$0.5 million to $3 milion	1 deri në 2 vjet
4. Shkalla e plotë	Një makinë megavat në një vend testimi të lidhur me rrjetin.	Të dhëna të mundshme për performancën	dhjetra miliona	disa vjet

Dy fazat e para janë në duart e një grupi universitetesh apo të një ekipi të vendosur krijuesish. Ato janë gjithashtu pikërisht ajo që një fushë ka nevojë: një model që rrotullohet në ujë të vërtetë dhe një matës që tregon se çfarë bëri.

Kush na duhet?

• Hidrodinamika e detit dhe modeluesit e burimeve të baticës.
• Inxhinierë detarë dhe të oqeanit për themelet, varkat, trupat lundrues dhe operacionet detare.
• Inxhinierë elektrikë dhe elektronikë të fuqisë nënujore Për gjeneratorë, kabllo dhe lidhje rrjeti.
• Facilitete të testimit: kanalet e universitetit dhe tanket e rimorsjes, estuaret me hyrje dhe qendrat e testimit si EMEC në Orkney ose FORCE në Nova Scotia.
• Ekologjistët detarë për përplasje, zhurmë dhe mbikqyrjen e habitatit.
• Specialistët e çertifikatave të njohur me standardet e energjisë detare IEC 62600.
• Komuniteti i ishujve dhe autoritetet e portit me ujë të shpejtë dhe elektricitet të shtrenjtë.

Ke ide më të mirë?

Disa anëtarë të Fondacionit mund të kenë kontakte që mund të dëgjojnë një rrëfim. Për të qenë e vendosur, një ide ka nevojë për që punon, model i jetës reale që aktualisht prodhon energji, me prodhimin e saj të matur në një instrument, nuk pretendohet: një rotor i vogël në një kanali ose një lumë me një matës të regjistruar ka vlerë më shumë se çdo vizatim. Idetë e letres janë të mirëpritura gjithashtu: nëse fizika dhe numrat janë të qëndrueshëm, ne mund t’i publikojmë ato këtu në faqen në internet. Por mbledhja e kapitalit pa një model pune është shumë e vështirë dhe asgjë këtu nuk është premtim i financimit, kthimit apo paraqitjeve.

Dërgoni idenë tuaj nëpërmjet formës së kontributit, duke zgjedhur Iniciativën e Gjelbër. Na thoni problemin që zgjidh, kontrollin fizik (sa kW për metër katror të rotorit, në çfarë shpejtësie), një kosto të përgjithshme për kWh dhe testi më i lirë që mund ta provojë gabimin. Faqja energy sources e krahason këtë ide me njëmbëdhjetë të tjera.

Burimet

1. MeyGen / Ampeak Energy (më parë SAE Renewables dhe SIMEC Atlantis). MeyGen tidal stream project: turbines, capacity, generation milestones and phase plans. Shiko gjithashtu MeyGen në Wikipedia për prodhimin vjetor dhe raundet e kontratës.
2. UK Department for Energy Security and Net Zero (2024). Kontraktet për ndarjen e diferencës Rezultatet e raundit të 6.
3. IRENA and IEA-ETSAP (2014). Teknologjia e energjisë së baticës.
4. Sistemet e energjisë oqeanike (2015). Kostoja e nivelizuar ndërkombëtare e energjisë për teknologjitë e energjisë së oqeanit.
5. Coles, D., Angeloudis, A., Greaves, D. et al. (2021). Një shqyrtim i Britanisë së Madhe dhe Ishujve të Kanalit Britanik praktike batica rrjedhës energjisë burimet. Faqet e librit 477..
6. Garrett, C. dhe Cummins, P. (2005). Potenciali i fuqisë së rrymave të baticave në kanale. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. dhe Cummins, P. (2007). Efektiviteti i një turbine në një kanal baticë. 588, 243-251..
8. Egbert, G.D. dhe Ray, R.D. (2000). Shpërndarja e rëndësishme e energjisë së baticës në thellësi të oqeanit, e deduktuar nga të dhënat e altimeterit satelitor. Natyra 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power launches O2; Orbital Marine Power on Wikipedia.
10. Nova Inovacioni. Shetland Batica, me Marinën e Skocisë Studim rasti.
11. Baticë rrjedhë gjenerator dhe Baticë fuqi, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay; SeaGen, Wikipedia: twin 16 m rotorë, të instaluara në prill 2008, të hequr 2016 deri më 2019.
12. Sihwa Lake Tidal Power Station, Wikipedia.
13. Lazard (Qershor 2026). Kostoja e Energjisë së Niveluar+, versioni 19.
14. Local Solar System Fondacioni. The Fan Wall: open model and benchmark, panele diellore në $0.19 për kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. dhe Sellar, B. (2023). Vlerësimi i performancës së energjisë së turbinës së baticës sipas IEC TS 62600-200 duke përdorur prodhimet e fuqisë të matur dhe të modeluara. Energjia e ripërtëritshme.
16. Sabella (kompani), Wikipedia: turbina 1 MW D10, e lidhur me rrjetin Ushant në nëntor 2015.
17. Densiteti i ajrit, Wikipedia: 1.225 kg për metër kub në nivelin e detit në Atmosferën Standarde Ndërkombëtare.