Tidal mkondo nishati

Umeme wa upepo unategemea hali ya hewa. Mzunguko wa mwezi unategemea mwendo wa Dunia na Mwezi, hivyo basi kalenda ya mwezi inategemea mzunguko wa dunia. Katika mifereji michache midogo, kama vile Pentland Firth kati ya Scotland na Orkney, mwendo huo hutokea kuwa mkondo wa mita 3 hadi 5 kwa sekunde, haraka zaidi kuliko watu wengi wanaweza kukimbia. Weka turbine katika hiyo na una kituo cha nguvu ambaye pato unaweza kutabiri kwa saa kwa ajili ya mapumziko ya karne.

Ukurasa huu unafuata sheria sawa kama yetu Fan Wall utafiti: fizikia kwanza, kisha nini mashine halisi kuwa kupima, basi nini gharama ikilinganishwa na kipimo kila wazo juu ya jengo ina kupiga, paa jua paneli. toleo fupi: ** kazi mkondo tidal, ni kutarajiwa, na miradi mpya bado gharama mara kadhaa kama sana kama jua au upepo mashamba. Inawezekana kushinda katika visiwa na pwani mbali ambapo nguvu ni tayari ghali, na inaweza kuwa muhimu, sehemu imara ya baadhi grids kama gharama kuendelea kuanguka. Haitakuwa na sehemu kubwa ya umeme duniani. **

Nini ni

Kuna njia mbili za kutengeneza umeme kutokana na mawimbi.

Tidal mbalimbali hutumia tofauti ya urefu kati ya maji ya juu na chini. Mto unapopita katika eneo la ziwa au mto mkubwa, maji yake hutiririka kupitia mifereji ya maji (mfano: mto Ruvuma) na kuelekea kwenye bahari. Ni imethibitishwa: La Rance katika Brittany imekuwa ikiendesha tangu mwaka 1966, na Ziwa Sihwa katika Korea Kusini, MW 254, ilifunguliwa mwaka 2011. Lakini bwawa hubadilisha mto mzima, na ni wachache sana waliojengwa. Mradi mkubwa wa miaka ya hivi karibuni, lagoon 320 MW katika Swansea Bay nchini Wales, alipokea kibali cha kupanga mwaka 2015 na ilikataliwa na serikali ya Uingereza juu ya gharama katika 2018.

Tidal mkondo, mada ya ukurasa huu, inaweka turbines katika sasa yenyewe, bila bwawa. Huonekana kama turbini za upepo chini ya maji, ama zimewekwa kwenye kasoko au zimefungwa chini ya chombo kinachozunguka. Hiyo inafanya kuwa mbali nyepesi juu ya mazingira na ndogo sana katika viwango, mashine moja kwa wakati, ambayo ni kwa nini karibu maendeleo yote ya sasa ni mkondo wa tidal.

Jinsi inavyofanya kazi

Kwa nini mawimbi ya bahari ni yanayoweza kutabiriwa. Mwezi mvuto wa kuvutia bahari katika matundu mawili upande tofauti ya Dunia, na Dunia inazunguka chini yao. Kipindi cha mwezi kinarudi kila saa 12 na dakika 25. Jua linaongeza mkondo wa maji kidogo wake mwenyewe. Wakati jua na mwezi line up, katika mwezi mpya na kamili, wawili kuongeza hadi nguvu majira ya joto tides; wiki baadaye Wao sehemu kufuta katika dhaifu majira ya joto. Urefu wa msimu ni siku 148. Kila moja ya rhythms hizi ni astronomia, hivyo sasa katika tovuti fulani inaweza kutabiriwa Miaka ijayo.

nguvu katika sasa. Kama kwa upepo, nguvu inayotiririka kupitia eneo A ni P = ½ ρ A v³, ambapo ρ ni mnene wa majimaji na v kasi yake. turbine anashikilia sehemu ya hiyo, nguvu coefficient Cp. Seawater weighs 1,025 kg per cubic metre, air about 1.2. Kwa hiyo ingawa mikondo ni polepole, uzito zaidi ya kufanya up kwa ajili yake: katika 3 m / s mita moja ya mraba wa sasa kubeba 13.8 kW, wakati huo huo mita moja ya mraba ya nguvu 12 m / s upepo kubeba 1.1 kW. Kwa hiyo rotor ya m 18 inazalisha MW 1.5, sawa na rotor ya upepo mara nne pana zaidi.

Kijiko kazi njia zote mbili. Kwa sababu nguvu huenda na kijiko cha kasi, sasa kwamba nusu hutoa nane ya nguvu. Mkondo wa maji kwenye tovuti unapanda na kushuka mara mbili kwa siku na kuzunguka kati ya misimu na kila wiki mbili, hivyo turbine yenye ukubwa wa kukamata mawimbi ya haraka zaidi ya majira ya joto ingekaa bila kufanya kazi. Wabunifu kwa hiyo kuchagua rated kasi, mara nyingi karibu 2.5 hadi 3 m / s, juu ya ambayo turbine hutoa nguvu ya ziada. Kulingana na utafiti, kuongezeka kwa kiwango cha shughuli za kijamii kunaongeza hatari ya kupata magonjwa sugu (hasa ya moyo) na matatizo mengine ya kiafya.

Ni kiasi gani channel inaweza kutoa. Channel si mto usio na mwisho wa nishati. Maji ya bahari hupitia njia hii na kusababisha mabadiliko katika halijoto, hivyo maji ya bahari yanapokuwa baridi zaidi huwa na joto zaidi. Garrett na Cummins walionyesha kuwa nguvu zaidi ya mkondo inaweza kutoa wastani ni kuhusu 20 hadi 24% ya kichwa cha shinikizo la juu kutoka mwisho mmoja hadi mwingine mara nyingi mtiririko wa juu, mara nyingi kidogo kuliko nishati kinetic inayopita kupitia pointi yake nyembamba (Garrett na Cummins, 2005). Mto huu una urefu wa kilomita 59.3 na mkondo wake ni mfupi sana, hivyo huweza kusababisha mafuriko makubwa katika maeneo ya pwani, lakini pia huweza kusababisha mafuriko makubwa katika maeneo ya mijini.Garrett na Cummins, 2007).

mipaka: nadharia na vitendo

Sayari nzima. Maji ya bahari hupoteza takriban 3.7 terawatts kwa kugongana, karibu robo moja katika bahari ya kina na sehemu nyingine katika bahari ndogo na pwani (Egbert na Ray, 2000). Hiyo inaonekana kama mengi karibu na matumizi ya umeme wa wastani wa dunia ya takriban 3.4 TW, lakini karibu hakuna kinachotoka haraka sana, karibu sana na pwani, katika maji ya chini ya kutosha kujenga ndani. Kuna maeneo machache tu duniani yenye mkondo wa juu ya mita 2 hadi 2.5 kwa sekunde: kaskazini mwa Uskoti, visiwa vya Channel na Brittany, Ghuba ya Fundy katika Kanada, sehemu za Korea, China, Japan na Indonesia.

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). Kwa nchi nyingi, idadi hii ni karibu na sifuri.

Bahari yenyewe. mipaka ya vitendo ni uhandisi na fedha:

• Mizigo. Unene wa maji ina maana rotor mawimbi anahisi vikosi mara nyingi kubwa kuliko rotor upepo wa ukubwa huo, na mikondo ya mawimbi ni turbulent. Blades, bearings and seals must survive this for 20 years.
• Upatikanaji. Divers na vyombo tu wanaweza kufanya kazi katika maji laini, mapumziko mafupi kati ya mafuriko na ebb, na katika hali ya hewa ya utulivu. Wafanyakazi wa meli ni watu wanaotumia muda mwingi katika kazi yao. Mashine za kuvuta hewa kama vile O2 ya Orbital, ambayo inaweza kuinua rotor zake nje ya maji, zilitengenezwa kwa kiasi kikubwa ili kupunguza gharama hii.
• Uharibifu na kuoza. Maji ya chumvi, ukuaji wa bahari na mabaki hushambulia kila kitu.
• Grid. maeneo bora ni juu ya pwani mbali, mbali na mahitaji na kutoka uhusiano nguvu gridi.

miradi halisi, kupima

Mradi	Ambapo	Ukubwa	Hali	Nini ilikuwa kipimo au taarifa
Mradi wa 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Uskoti	4 × 1.5 MW, 18 m rotor	Kufanya kazi tangu 2016 hadi 2018	13.8 GWh katika 2019 (26% uwezo sababu); iliyopita 50 GWh mapema mwaka 2023; kuhusu MW 59 zaidi na bei ya uhakika kwa ajili ya 2027-2029 (MeyGen)
Usambazaji wa O2	Kupungua kwa Warness, Orkney (EMEC)	2 MW, twin 20 m rotors juu ya 72 m kuzama mwili	Grid-connected July 2021	Inaundwa ili kukidhi mahitaji ya kila mwaka ya takriban 2,000 UK nyumba; zaidi O2-class mashine kushika mikataba Uingereza (Orbital Marine Power). Sisi aligundua hakuna rekodi kamili iliyochapishwa ya matokeo ya kila mwaka kupima.
Mambo ya kushangaza kuhusu binadamu	Bluemull Sound, Shetland	6 × 100 kW katika kilele chake	Kwanza turbine 2016; tatu ya zamani kuondolewa 2023	469 MWh katika zaidi ya masaa 14,000 ya uendeshaji Desemba 2020; baadaye moja kwa moja-kuendesha gari kubuni kukata gharama turbine na kuhusu tatu (Nova Innovation)
Maelezo ya jumla	Strangford Lough, Ireland ya Kaskazini	1.2 MW, rotors twin juu ya mrundikano	2008, tangu decommissioned	kwanza megawatt-ukubwa mkondo tidal turbine kufikia nguvu kamili juu ya gridi, katika Desemba 2008 (Tidal mkondo jenereta)
La Rance (maeneo ya mawimbi, kwa mazingira)	Bretagne, Ufaransa	240 MW bwawa	Tangu mwaka 1966	Takriban 540 GWh kwa mwaka, 26% uwezo sababu; kujengwa kwa ajili ya takriban dola za Kimarekani 340 kwa kila kW katika fedha 2012 (IRENA, 2014)
Mji wa Mwanza (maeneo ya kihistoria)	Gyeonggi, Korea Kusini	254 MW	Tangu mwaka 2011	552 GWh kwa mwaka; gharama ya takriban dola milioni 560, kujengwa katika ukuta wa bahari zilizopo (Sihwa Ziwa)

Masomo mawili ya kweli ya meza hii. Kwanza, teknolojia kazi: turbines wameendesha kwa miaka katika baadhi ya maji ya vurugu zaidi katika Ulaya na kutuma makumi ya gigawatt-saa gridi. Pili, maeneo mapema wamezalisha chini kuliko alitarajia. Maeneo ya kwanza yalitarajiwa kufikia vigezo vya uwezo wa 35 hadi 42% (Ocean Energy Systems, 2015). Mwaka wa kwanza bora wa MeyGen ulitoa asilimia 26, na katika miaka yake ya kwanza ilikuwa wastani karibu na asilimia 20, kama turbines binafsi zilichukuliwa nje kwa ajili ya ukarabati na kubadilishana na mashine zilizoboreshwa. Nova ya sita 100kW turbines kuonyesha muundo huo katika kiwango kidogo: umeme halisi, kujifunza halisi, na mashine kustaafu ndani ya miaka michache.

Ni nini gharama

Mkondo wa maji hupimwa hasa na kile serikali inachotaka kuhakikisha, kwa sababu hakuna mradi bado unalipa mwenyewe.

chanzo	Nini ni	Bei
Uingereza mikataba kwa ajili ya tofauti, duru 6 (2024)	Gharama ya uhakika kwa 28 MW ya mkondo wa tidal, miaka 15	£ 172 kwa MWh katika bei ya 2012, kuhusu £ 250 au $ 0.32 kwa kWh katika fedha 2025
Hiyo hiyo	mashamba ya jua / upepo pwani / upepo baharini	50/51/54 kwa MWh (2012 bei)
Coles et al. (2021)	Makadirio ya sasa Uingereza tidal mkondo gharama	kuhusu £ 240 kwa MWh, kuanguka chini ya £ 150 baada ya 124 MW ya kujifunza
Mifumo ya Nishati ya Bahari (2015)	kwanza array / pili array / kwanza miradi ya kibiashara	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 kwa MWh
La Rance na Sihwa (IRENA, 2014)	Mkongwe, kulipwa-off mtiririko wa mabwawa	€ 0.02 hadi € 0.04 kwa kWh
Malengo yetu	Rooftop jua juu ya jengo, Fan Wall mfano; Lazard 2026 mbalimbali kwa ajili ya biashara na jamii jua	$0.19 kwa kila kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	New nishati ya jua / upepo pwani / upepo wa baharini	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 kwa kila kWh

Hivyo mkondo mpya wa majimaji gharama karibu $0.25 to $ 0.35 kwa kWh leo, moja na nusu hadi mara mbili juu ya paa jua na tatu hadi nane mara umeme wa jua na upepo pwani. Ulinganisho na upepo wa pwani, teknolojia nyingine kubwa ya bahari, ni moja kwa kuangalia: upepo wa pwani pia ilikuwa ghali zaidi kuliko jua na upepo wa pwani miaka kumi iliyopita, na bei yake ilishuka sana kama miradi ilikua hadi mamia ya megawatts. Tidal mkondo matumaini ya kufuata njia hiyo, lakini hadi sasa imewekwa megawatts ambapo upepo wa pwani imewekwa gigawatts.

LCOE ya kawaida haiwezi kukamata kitu kimoja cha nguvu ya mawimbi na jua na upepo hazifanyi: matokeo yake yanajulikana mapema na hayategemei hali ya hewa. Watafiti wanasema kwamba upungufu huu unaweza kusababisha ongezeko la gharama za uendeshaji, na hivyo kupunguza ufanisi wa matumizi ya nishati. Ni faida halisi, lakini bado si kubwa ya kutosha moja kwa kufunga pengo.

Ambapo inaweza kushinda, na ambapo haiwezi

Inaweza kushinda:

• Visiwa na pwani mbali na mikondo nguvu, kama vile Orkney, Shetland, Channel Islands, Nova Scotia na sehemu za Indonesia na Philippines, ambapo umeme mara nyingi hutoka kutoka kuagiza dizeli na cables kwa bara ni ghali.
• Kama imara, sehemu ya kutarajiwa ya gridi inayoongozwa na jua na upepo, kujaza baadhi ya masaa wakati wote ni chini, kwa sababu mtiririko wa kupuuza hali ya hewa.
• Nchini China, kuna miundombinu ambayo tayari ipo. Ziwa Sihwa lilijengwa ndani ya ukuta wa bahari ambao ulikuwa tayari uko; madaraja, njia za maji na milango ya bandari yenye mtiririko wa haraka ni muhimu kuangalia.
• Small, off-grid mizigo katika maji haraka: kufuatilia buoys, taa urambazaji na maeneo ya uvuvi.

Inawezekana kushinda:

• Kama bei nafuu umeme, mahali popote jua au upepo mashamba inaweza kujengwa juu ya ardhi.
• Katika idadi kubwa ya pwani, ambapo mikondo kilele ni chini ya kuhusu 2 m / s: sheria cube hufanya nguvu nyembamba sana.
• Rahisi. Consents, gridi ya uhusiano, vyombo wataalamu na mnyororo wa usambazaji ndogo maana miradi kuchukua miaka mingi.

Nini ni kuthibitishwa, plausible na speculative

Proven: astronomia na predictability ya mawimbi; nguvu equation na faida uzito wa maji; kwamba turbines usawa-axis inaweza kukimbia kwa miaka katika channels nguvu tidal na kuuza nje kwa gridi; kwamba tidal mbalimbali barages inaweza kukimbia kwa zaidi ya nusu karne; kwamba hakuna migongano kati ya wanyama wa bahari na turbines operesheni walikuwa wamegunduliwa hadi 2021 (Coles et al., 2021).

Plausible: gharama kuanguka chini ya £ 150 kwa MWh kama array ya makumi ya megawatts ni kujengwa; flotation turbines kupunguza gharama za matengenezo; uwezo wa mambo ya 35-40% katika arrays mature na upatikanaji mzuri; gridi thamani ya predictability kwamba ni worth kulipa kwa ajili.

Speculative: mkondo wa mawimbi kufikia gharama ya upepo pwani; arrays kubwa sana katika channel moja bila kubadilisha kwa kiasi kikubwa mikondo yake na ikolojia; athari za muda mrefu juu ya mabaki, stratification na predators kulisha karibu turbines katika kiwango gigawatt.

Kufungua maswali ya utafiti

• Arrays, si turbines moja. Jinsi wakes kutoka safu ya turbines kuingiliana, na jinsi gani channel polepole chini wakati wengi ni imewekwa?
• Uaminifu. Ambayo miundo ya kichwa, kushikamana, muhuri na jenereta kuishi miaka 20 ya maji turbulent bila lifti gharama kubwa?
• Cheaper ufungaji na kupata. Floating hulls, chini na msingi mkubwa, na kufanya kazi nje ya maji laini.
• Utendaji kipimo. Kipimo nguvu curves katika kweli, mtiririko turbulent na njia ya IEC TS 62600-200 kiwango, hivyo wanunuzi wanaweza kulinganisha mashine haki (Renewable Energy, 2023).
• Mahali pa kazi. Athari za ajali kwa samaki, porpoises na ndege wa kuogelea; kelele; madhara juu ya mchanga na aina kwamba chakula katika maji haraka.
• thamani ya predictability. Ni kiasi gani ni forecastable megawatt-saa thamani ya gridi na mengi ya jua na upepo?

Nini prototype kazi inahitaji

Wazo jipya la mkondo (rotor mpya, mooring ya bei nafuu, njia mpya ya kudumisha mashine) inaweza kupimwa kwa kiwango kidogo kwanza. Gharama chini ni makadirio yetu kavu kwa timu ndogo, kuwa na kuboresha na kituo cha mtihani.

Hatua	Kazi	Nini inathibitisha	Gharama ya kawaida	Muda
1. Flume au towing tanki	A 0.3 hadi 1 m mfano rotor katika chuo kikuu flume au towed kupitia maji bado, 0.5 hadi 2 m / s	Kipimo nguvu coefficient na kusukuma dhidi ya kasi	$20k to $80k	2 hadi miezi 4
2. Mto au mdomo wa majaribio	A 1 hadi 10 kW kitengo juu ya pontoon au frame ndogo katika mto haraka au estuary, na mita sasa na mita nguvu iliyosajiliwa	Nguvu halisi curve, kasi ya kuanza-up, fouling na mabaki	$50k to $200k	6 hadi miezi 12
3. Skala ya mtihani tovuti	10 hadi 100 kW mashine katika tovuti ya nursery kama vile EMEC’s kiwango cha tovuti katika Orkney, na kipimo huru	Kuaminika, matengenezo wakati, ufuatiliaji wa mazingira	$0.5 million to $milioni 3	1 hadi miaka 2
4. kiwango kamili	mashine megawatt katika gridi-kuunganishwa mtihani berth	data Bankable utendaji	makumi ya mamilioni	miaka kadhaa

Hatua mbili za kwanza ni katika ufikiaji wa kundi la chuo kikuu au timu ya watengenezaji. Pia ni hasa nini mpira mahitaji: mfano kwamba hugeuka katika maji halisi na mita ambayo inaonyesha nini alifanya.

Ambao tunahitaji

• Marine hydrodynamicists na tidal rasilimali modellers.
• Offshore na wahandisi wa majini kwa misingi, moorings, kuzama hulls na shughuli za bahari.
• Subsea umeme na nguvu-elektroniki wahandisi kwa jenereta, cables na gridi ya uhusiano.
• Miundombinu ya mtihani: chuo kikuu flumes na towing tanki, estuaries na upatikanaji, na vituo vya mtihani kama vile EMEC katika Orkney au FORCE katika Nova Scotia.
• Marine ecologists kwa mgongano, kelele na ufuatiliaji wa mazingira.
• Uthibitisho wataalamu mazoezi na IEC 62600 viwango vya nishati ya bahari.
• Island jamii na mamlaka bandari na maji haraka na gharama kubwa umeme.

Kuwa na wazo bora?

Baadhi ya wanachama wa Foundation wanaweza kuwa na mawasiliano ambayo inaweza kusikia pitch. Kuwekwa wazi, wazo linahitaji kazi, mfano halisi ya maisha ambayo kweli huzalisha nguvu, na pato lake kuhesabiwa juu ya chombo, si kudai: rotor ndogo katika mto au mto na mita iliyosajiliwa ni thamani zaidi kuliko michoro yoyote. Mawazo ya karatasi ni kuwakaribisha pia: kama fizikia na idadi ni imara, tunaweza kuchapisha yao hapa kwenye tovuti. Lakini kukusanya mtaji bila mfano wa kazi ni vigumu sana, na hakuna hapa ni ahadi ya fedha, kurudi au maelezo.

Tumia fomu ya changia kutuma mawazo yako, kwa kuchagua Mpango wa Kijani. Tuambie tatizo ni ufumbuzi, kuangalia fizikia (kwanini kW wengi kwa mita ya mraba ya rotor, katika kasi gani sasa), gharama kavu kwa kWh, na mtihani rahisi kwamba inaweza kuthibitisha ni kosa. Ukurasa wa vyanzo vya nishati unalinganisha wazo hili na wengine kumi na moja.

Chanzo

1. Mto Ao (pia: Ao-ri au Ao-ri) ni mto wa Kenya. MeyGen mkondo tidal mradi: turbines, uwezo, vizazi miujiza na mipango ya awamu. Angalia pia MeyGen kwenye Wikipedia kwa matokeo ya kila mwaka na mizunguko ya mkataba.
2. Uingereza Wizara ya Nishati na Usalama wa Net Zero (2024). Mikataba ya tofauti ya ugawaji wa duru 6 matokeo.
3. Mji mkuu ni Ibadan (2014). Teknolojia ya nishati ya mawimbi.
4. Mji mkuu ni Ocean City (2015). Kimataifa levelised gharama ya nishati kwa ajili ya teknolojia ya bahari nishati.
5. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko (2021). Uingereza na Ufaransa zilitumia njia ya bahari kwa kusafirisha bidhaa. Proceedings of the Royal Society A 477.
6. Mfano: C. na P. kwa Kiingereza. (2005). nguvu ya uwezo wa mikondo tidal katika mitandao. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Mfano: C. na P. kwa Kiingereza. (2007). Ubora wa turbine katika mkondo wa majira ya joto. Journal of Fluid Mechanics 588, 243-251.
8. Mfano: R.D., R.G. na R.G. (2000). Utafiti wa kina wa usambazaji wa nishati ya jua katika angahewa unategemea idadi ya nyota zinazoonekana. Nature 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power inaanza O2; Orbital Marine Power kwenye Wikipedia.
10. Ugunduzi mpya. Orodha ya mito ya kaunti ya Lamu, na Bahari Scotland ya utafiti kesi.
11. Tidal mkondo jenereta na Tidal nguvu, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay.
12. Mto Sihwa unapatikana katika kaunti ya Lamu nchini Kenya., Wikipedia.
13. Lazard (June 2026). Levelized Gharama ya Nishati+, toleo 19.
14. Local Solar System Foundation. The Fan Wall: wazi mfano na kipimo, rooftop jua katika $ 0.19 kwa kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. and Sellar, B. (2023). Utendaji wa nguvu ya turbine ya majimaji hufanywa kufuatana na IEC TS 62600-200 kwa kutumia matokeo ya nguvu iliyopimwa na modeled. Umeme wa kutosha.