Akym energiýasy

Ekologiýa taýdan arassa elektrik energiýasynyň köpüsi howadan baglydyr. Aýyň orbitasyna we dünýäniň dönmegine bagly bolan suw akymy, bu sebäpden suw akym tölegleri ýyllar öň çap edilip bilner. Birnäçe dar kanallarda, ş.m. Pentland Firth-da, şkotland we orkney adalary arasynda, bu hereket sekundda 3-5 metr tizlikde bolup geçýär, bu bolsa köp adamdan has çaltdyr. Onda bir turbina goýsaň, onda sen şu asyryň galan bölegi üçin sagatda çykýan energiýanyňy öňe sürýän elektrik stansiýasyny döredip bilersiň.

Bu sahypa biziň Fan Wall research ýaly şol bir düzgüne eýedir: ilki fizika, soňra hakyky maşynlar näçe ölçediler, soňra onuň bahasy binanyň her bir pikiriniň ýeňip geçmeli bolan baglanyşygy bilen deňeşdirilende neçe tölegi bar, ýagny dagyň üstünde gün şöhlesi paneli. Kısa versiýa: ** tidal stream işleýär, ol öňe sürüp bolýar we täze proýektleriň bahasy hem gün ýa-da howa önümçiliklerinden birnäçe esse gymmat. Ol energiýanyň örän gymmat bolan adalarda we uzakdaky kenarlara ýeňiş gazanyp biler, we eger bahalar peselip barsa, onda ol käbir ulgamlaryň gymmatly, durnukly bölegi bolup biler. Bu hiç haçan dünýä elektrik energiýasynyň uly bölegi bolmaz. **

Bu nämedir

Elýeterli iki usul bar.

Tidal range uses the height difference between high and low water. A dam across an estuary (a barrage) or a wall around part of the sea (a lagoon) holds water back, then lets it run through turbines, much like a river dam. Bu subut edildi: La Rance Brittany-da 1966-njy ýyldan bäri işleýär, we Sihwa Gölünde Günorta Koreýada, 254 MW, 2011-nji ýylda açyldy. Ýöne bir suw howdany bütin derýanyň kenaryny üýtgedýär, we örän az adam bina edildi. Soñky ýyllardaky iň uly teklip, 320 MW laguna Swansea Bayda Walesde, 2015-nji ýylda planlaşdyryş rugsadyny aldy we Birleşen Patyşalyk hökümeti tarapyndan 2018-nji ýylda bahasy sebäpli ret edildi.

Tidal stream, the subject of this page, puts turbines in the current itself, without a dam. Olar suw asty reýs turbinalary ýaly görünýärler, ýa deňiz tabanyna baglan ýa-da akýan gämiň aşagyndan asylyp duran. Bu olary daşky gurşawa has az täsir edýän we ölçegde has kiçi, bir wagtyň özünde bir maşyn, bu sebäpden hemme häzirki ösüşler tidal akymy.

Nädip işleýär

Näme üçin suw akymlary öňe sürüp bolar. Aýyň çekim güýji okeany iki böleklere bölüp, dünýäniň garşy taraplaryna çekýär we dünýä olaryň aşagynda dolanýar. Aýyň esasy aýlanyşy her 12 sagatda we 25 minutda gaýtalanýar. Günüň özi bir kiçijik ýel goşýar. Gün we Ay bir-biri bilen sazlaşan wagty, täze we dolu aýlarda, ikisi güýçli spring tideseşidişýär; bir hepde soň olar azlykly neap tideseşitmezliklere öwrülýärler. Bu aýyň 14,8 günüdir. Bu ritmleriň her biri astronomiýa, şonuň üçin bir ýerdäki akymy onýyllyklar öňe gözläp bolar.

Akymda güýç. Eýsem, ýagyş üçin, bir meýdançadan geçýän güýç A P = ½ ρ A v³, bu ýerde ρ akymyň çyglylygy we v onuň tizligidir. Bir turbina ondan bir bölegini saklaýar, güýjüň koeffisiýenti Cp. Seawater weighs 1,025 kg per cubic metre, air about 1.2. Şonuň üçin, akymy yavaş bolsa-da, çyglylyk ony doly düzedýär: 3 m/s tizlikde bir inedördül metr akymy 13.8 kW göterýär, emma şol bir inedördül metrlik güýçli 12 m/s howa 1.1 kW göterýär. Bu sebäpden 18 m tidal rotor 1.5 MW, dört esse giňräk howa rotory bilen deňdir.

Teýke iki tarapa işleýär. Çunki güýç tizligiň teýkesi bilen gidýär, bir akymyñ yary güýjüň sekizinde bir bölegini berer. Bir ýerdäki akymy günde iki gezek ýokarlanyp we aşak düşýär we her iki hepdede çuňluklar we neaps aralygynda çalşyp dur, şonuň üçin iň tiz çuňluklary alyp barmak üçin ölçegli bir turbina köplenç boş oturar. Dizaýnerler şundan soňra bir rated speed saýlaýarlar, köplenç 2.5-den 3 m/s töweregi, ondan ýokary turbina goşmaça güýji çykarýar. Üstdäki düşündirji alyş-çalşy görkezýär: az bahaly tizlik has ýokary bir ukyp faktoryny berýär (täze çykdajylarda köp wagt) emma kiçiräk maşna.

Bir kanal näçe berip biler. Bir kanal energiýanyň sonsuz akymy däl. Turbinalar energiýa alan suwlary yavaşlatýar we olar ýeterlik bolsa kanallary ýapýar şonuň üçin suw akymy başga bir ýol tapýar. Garrett and Cummins showed that the most power a channel can yield on average is about 20 to 24% of the peak pressure head from one end to the other times the peak flow, often much less than the kinetic energy flowing through its narrowest point (Garrett and Cummins, 2005). Bir kanalda bir turbina 59.3% aç-suw Betz çäklendirmesini ýeňip biler, sebäbi kanal diwarlary akymy saklaýar, ýöne bu gazanjyň käbiri ýene-de ýitirilýär, çünki onuň aňyrsynda tiz we çalt akımlar birleşýär (Garrett and Cummins, 2007).


Sülgüler: teoriki we praktiki

The entire planet. The tide waves lose about 3.7 terawatts to friction, approximately a quarter of it in the deep ocean and the rest in shallow seas and coasts (Egbert and Ray, 2000). Bu dünýäniň ortaça 3.4 TW elektrik energiýasyny ulanmak bilen deňeşdirilende köp ýaly bolup görünýär, emma onuň hiç biri ýeterlik tiz akmaýar, kenara ýeterlik ýakyn däl, suwda inşa etmek üçin ýeterlik çuňlukda däldir. Dünýäde diňe bir näçe onluk ýerlerde 2-den 2.5 m/s-e çenli akymy bar: Şotlandiýanyň demirgazygynda, Kanal adalary we Brittany, Kanadada Fundy derýasy, Koreýa, Çin, Ýaponiýanyň we Indonesiýanyň käbir ýerlerinde.

Milli şahsyýet. Birleşen Patyşalyk we Kanal adalary üçin, dünýäde iň gowy web sahypalarynyň käbiri bar, 2021-nji ýyldaky synag bir praktiki çeşme goldady 34 TWh bir ýyl, häzirki UK elektrik isleginiň takmynan 11%, from approximately 11.5 GW of turbines by 2050 (Coles et al., 2021). For most countries the figure is close to zero.

Deňiz öz-özünden. Praktiki çäkler inženerçilik we pul:

• Loads. Suwyň çyglylygy bir suw akym rotorynyň şol bir ululykly bir howa rotoryndan köp gezek uly güýçleri duýmagy aňladýar, we suw akym kanallary turbulentdir. Bu 20 ýyllyk döwür üçin, blenderler, beringerler we möhürler ýaşamaly.
• Access. Daşarlar we gämiler diňe agyr suwda işlep biler, suwuň çüwmesi bilen akmagy aralygyndaky gysga wagt aralykda, we durnukly howada. Özüni-özünden işleýän gämiler gündelik işe almak üçin gymmat. Orbital’s O2 ýaly, öz rotorlaryny suwdan çykaryp biljek ýüzýän dizaýnlar, bu tölegi azaltmak üçin köpräk döredildi.
• Korroziýa we zäherlilik. Tuzly suw, deňiz ösmegi we çöküntüler her zady hüjüm edýär.
• Grid. Iň gowy ýerler uzak sahillerde, islegden uzak we güýçli grid baglanyşyklardan uzakdadyr.

Real proýekt, ölçeýji

Laýyklyk	_Işle	Ululyk	Halt	Näme ölçenildi ýa-da habar berildi
MeyGen Phase 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Scotland	4 × 1.5 MW, 18 m rotors	2016-dan 2018-e işleýär	2019-njy ýylda 13.8 GWh (26% kuwwatlyk faktory); 2023-nji ýylyň başyna çenli 50 GWh; 2027-den 2029-njy ýyla çenli ygtybarly bahalar bilen takmynan 59 MW köp (MeyGen)
Orbital O2	Fall of Warness, Orkney (EMEC)	2 MW, ikinji 20 m rotorlar 72 m akýan korpusda	2021-nji Ýuly	2000 UK öýüniň her ýylky isleglerini kanagatlandyrmak üçin dizildi; başga O2-klass maşynlar UK şertnamalary saklaýar (Orbital Marine Power). Biz ölçeýän her ýylky çykdajy barada doly çap edilen ýazgy tapmadyk.
Nova Innovation Shetland Tidal Array	Bluemull Sound, Shetland	6 × 100 kW its peak	Ilki turbina 2016; üç iň gadymyny aýyrmak 2023	469 MWh in more than 14,000 hours of operation by December 2020; a later direct-drive design cut turbine cost by about one third (Nova Innovation)
SeaGen	Strangford Lough, Şimali Irlandiýa	1.2 MW, iki rotor bir pile	2008, since decommissioned	2008-nji ýylyň dekabrynda, bir gridde doly güýje ýeten ilkinji megawat ölçegli tidal stream turbinasy (Tidal stream generator)
La Rance (tidal range, for context)	Bretanýa, Fransiýa	240 MW barrage	1966-dan bäri	Bir ýylda takmynan 540 GWh, 26% kuwwatlyk faktory; 2012-nji ýylyň pulunda bir kW üçin takmynan 340 ABŞ dollaryna bina edildi (IRENA, 2014)
Sihwa Gölü (tidal aralygy)	Koreýa, Günorta	254 MW	2011-den bäri	552 GWh per year; cost about USD 560 million, built into a existing sea wall (Sihwa Lake)

Bu täblisa iki dogry okamak bar. Ilki bilen, tehnologiýa işleýär: turbinalar birnäçe ýyllap Ýewropanyň iň güýçli suwlarynyň käbirinde işlediler we onlaýn gigawt-sagatlaryny iberdiler. Ikinji, early arrays have produced less than expected. Ilkinji arraylar 35-den 42% çenli ukyplylyk faktorlaryna ýetmek üçin garaşylýardy (Ocean Energy Systems, 2015). MeyGen-iň iň gowy ilkinji ýyly 26% berdi, we onuň ilkinji ýyllarynda ortaça 20% golaýlady, sebäbi şahsy turbinalar abatlamak üçin çykaryldy we täzelenen maşynlar bilen çalşyldy. Novanyň alty 100 kW turbinasy kiçi ölçegde şol bir modeli görkezýär: hakykat elektrik, hakykat öwrenmek we maşynlar birnäçe ýyl içinde işden çykýarlar.

Neçe

Tidal stream-iň bahasy esasan hökümetleriň näme garantiýa bermäge islegi bilen kesgitlenýär, sebäbi hiç bir proýekt öz-özüni tölemeýär.

Menba	Bu nämedir	_Baj
UK Contracts for Difference, round 6 (2024)	28 MW tidal stream üçin ygtybarly baha, 15 ýyl	£172 per MWh in 2012 prices, about £250 or $0.32 per kWh in 2025 money
Aýal	Gün şöhlesi fermalary / deňze tarapky howa / deňze tarapky howa	50 £ / 51 £ / 54 £ per MWh (2012 prices)
Coles et al. (2021)	Ýokary	124 MW öwrenişden soň £150 aşak düşýän, her MWh üçin takmynan £240
Ocean Energy Systems (2015)	Ilki arşiwler / ikinji arşiwler / ilki söwda proýektleri	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 per MWh
La Rance we Sihwa (IRENA, 2014)	Eski, tölenen suw akymlary	0.02$dan 0.04$a kWh
Biziň ölçeg	Binada daşy gün şöhlelendiriji, Fan Wall modeli; Lazard 2026 tizligi söwda we jemgyýetçilik gün şöhlelendiriji üçin	$0.19 per kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	Täze güneş / deňzdäki howa / deňizdäki howa	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 per kWh

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. Offshore howa bilen deňeşdirmek, beýleki uly deňiz tehnologiýasy, göz öňünde tutmaly zat: on ýyl ozal offshore howa hem gün we deňiz howasyndan has gymmatdy, we onuň bahasy taslamalar yüzlerçe megawatta ýetende güýçli derejede peseldi. Tidal Stream bu ýoly dowam etdirmäge umyt edýär, ýöne şu wagta çenli ol megawatlary oturdyp bilerdi, emma ýangyçly howa gigawaty oturdýar.

Saýlanan LCOE bir zatny almaz, ýagny suwuň akmagy we güneş we howaň ýok: onuň çykdajylary öňden bellidir we howadan tapawutly däl. Coles we onuň kärdeşleri bu bir gridi balanslaşdyrmak üçin çykdajylary azaltyp biler diýip, arz edýärler, bu bolsa adaty çykdajy deňeşdirmeleri goýberýär. Bu hakykatda bir artykmaçlyk, emma bu aralygy doldurmak üçin ýeterlik uly däl.

Oň ýeňip biljek we ýeňip bilmejek ýeri

Ony ýeňip biler:

• Adalar we uzak sahiller güýçli akymy bilen, Orkney, Shetland, Channel adalary, Nova Scotia we Indoneziya we Filipinleriň käbir bölegi ýaly, elektrik köplenç import edilen dizelden gelýär we demirgazykda kabeller gymmat.
• Gün we rüzgar tarapyndan dolandyrylan bir çyzyklyň durnukly, öňe görilýän bölegi hökmünde, ekisi hem pes bolan wagtyň käbir sagatlaryny dolduryp, çünki suw akym howany göz öwürýär.
• Where a structure already exists. Sihwa Lake was built into a sea wall that was already there; bridges, causeways and port entries with fast flows are worth looking at.
• Kiçi, off-grid ýükler çalt suwda: monitoring boýlar, navigatsion ýagtylyklar we akvakultura ýerler.

Oň ýeňip bilmez:

• Howa, hernäçe güneş ýa-da rüzgar fermalary ýer ýüzünde bina edilip bilner.
• Köýleriñ köpüsinde, peak currents 2 m/s aşakda: the cube law makes the power too thin.
• Tiz. Konsens, grid baglanyşyklary, ýöriteleşdirilen gämiler we kiçi bir üpjünçilik zinciri proýektleriň birnäçe ýyla çekýändigini aňladýar.

Näme subut edilen, mümkin we spekulatiw

Dogrulan: astronomiýa we suwuň akmagy; güýç deňlemesi we suwyň çyglylyk üstünligi; göni-eksan turbinalar ýyllar boýy güýçli suw akma kanallarynda işlep bilerler we grédi eksport edip bilerler; suw akma aralygy baražalar yarym asyrdan gowrak işlep bilerler; suwda ýaşaýan haýwanlar bilen işleýän turbinalar arasynda hiç hili çaknyşyk 2021-e çenli ýüze çykmandyr (Coles et al., 2021).

Plausible: bahasy 150 £den aşak düşýän her MWh üçin on megawat arraylar bina edilişi ýaly; akýan turbinalar saklamak bahasyny azaltmak; 35-40% kapasite faktorlary gowy elýeterlilik bilen ýetişmiş arraylarda; bir grid bahasy öňe görmek üçin tölenmäge laýyk.

Spekulatiw: öňki suw akymynyň bahasyna ýetmek; bir kanalda uly arraylar onuň akymy we ekologiýasyny üýtgetmän; sediment, stratifikasiýa we gyralarda turbinalary gigawt ölçegde iýýän zäherlileriň uzak möhletli täsirleri.

Aç

• Arrays, not single turbines. Turbinalaryň satırlaryndan gelen wakes nädip bir-biri bilen işleşýär we kanallar näçe yavaşlaýar köp turbinalar gurlanda?
• Güçliligi. Haýsy blade, bearing, seal we generator dizaýnlary gymmatly liftsiz 20 ýyllyk turbulent suwda ýaşap biler?
• Affordable installation and access. Floating hulls, fewer and larger foundations, and working outside slack water.
• Performance measurement. IEC TS 62600-200 standartyň usuly bilen hakykatda, turbulent akymynda güýç egrisini ölçemek, şonuň üçin alyjylar maşynlary dogry deňeşdirip bilerler (Renewable Energy, 2023).
• Environment. Seals, porpoises and diving birds for collision risk; noise; effects on sediment and on species that eat in fast water
• Predictability’iň bahasy. Bir megawatt-sagat näçe töweregi gün we ýel bilen bir grid üçin gymmatly?

Işleýji prototipiň näme gerek bolar

Täze bir pikir (täze rotor, has gymmatly gümmez, maşynlary saklamak üçin täze usul) öňden kiçi ölçegde synlanyp bilner. Aşakdaky tölegler biziň kiçi bir topar üçin çuňňur hasaplamalarymyzdyr, test merkezinde has gowy edilmeli.

_Dur	Iş	Bu nämeni subut edýär	_Göçür	Zaman
1. Kanal ýa-da çekiji tank	0.3 to 1 m model rotor in an university canal or dragged through still water, 0.5 to 2 m/s	Ulanylan güýç koefçiýent we tizlige garşy ýykylma	$20k to $80k	2 to 4 months
2. Derýa ýa-da derýa kenary piloty	A 1 to 10 kW unit on a pontoon or small frame in a fast river or estuary, with a current meter and a logged power meter	Akyly güýjüň körügi, başlatyş tizligi, zäherlenmek we çüýränme	$50k to $200k	6den 12 aya çenli
3. Test saýty ölçeý	A 10 to 100 kW machine at a nursery site such as EMEC’s scale site in Orkney, with independent measurement	Güwälik, goraglylyk wagty, daşky gurşawy gözeglemek	$0.5 million to $3 million	1 to 2 years
4. Tam ölçeg	Bir megawatt maşyn bir grid-baglanyş test berth	Bankable performans maglumaty	million	birnäçe ýyllar

Ilki iki tapgyry bir uniwersitet topary ýa-da belli bir döredijilik topary tarapyndan ýetip bolar. Olar hemme zadyň zerurlygy: bir model, kiçijik suwda dolanýar we onuň näme edendigini görkezýän bir metr.

Kime gerek

• Marine hydrodynamicists and tidal resource modellers.
• Offshore we deňiz inženerleri fundamentler, morings, ýüzýän hulls we deňiz operasiýalar üçin.
• Seýit asty elektrik we güýç-elektronika inženerleri jeneratorlar, kableler we aragatnaşyk üçin.
• Test faýllary: uniwersitet kanallary we çekiji tanklar, elýeterli estuarýalar, we Orkney’de EMEC ýa-da Nova Scotia’da FORCE ýaly test merkezleri.
• Deňiz ekologlary çarpyşmak, gürleşik we ýaşaýş ýerlerini gözeglemek üçin.
• Sertifikasiýa hünärmenleri IEC 62600 deňiz energiýa standartlary bilen tanyş.
• Ada jemgyýetleri we port häkimlikleri tiz suw we gymmat elektrik bilen.

Näçe

Faýudyň käbir agzalarynyň bir ses eşidip biljek dostlary bolup biler. Bir pikiri görkezmek üçin, ol bir işleýän, hakykatda güýç öndürýän model gerekdir, onuň çykany bir enjamda ölçenilipdir, talap edilmedik: bir kanal ýa-da derýanyň içindeki kiçijik rotor we ýazgy edilen metrlik her hili çyzgydan has gymmatly. Kagyz pikirler hem hoşallyk bilen kabul edilýär: eger fizika we sanlar berk bolsa, biz olary şu ýerde web saýtda çap edip bileris. Emma işleýän modelsiz maýa toplamak gaty kyn, we bu ýerde hiç zat maliýeleşdirmek, dolanşyk ýa-da tanyşdyrmak barada wagyz etmeýär.

Contribution form arkaly öz pikiriňizi iberiň, Green Initiative saýlap. Bize çözýän problemany, fizika barlagyny (rotoryň her bir inedördül metre näçe kW, haçanky tizlikde), her bir kWh üçin takmynan bahasyny we ýalňyşdygyny subut edip biljek iň gymmat testleri aýt. energi çeşmeleri sahypasy bu pikir bilen on bir beýlekisini deňeşdirýär.

Mendiler

1. MeyGen / Ampeak Energy (öňki SAE Renewables we SIMEC Atlantis). MeyGen tidal stream project: turbines, capacity, generation milestones and phase plans. MeyGen on Wikipedia ýyllyk çykdajy we şertnama turlary üçin hem gör.
2. Birleşen Patyşalygyň Energiýa howpsuzlygy we Net Zero bölümi (2024). Contracts for Difference Allocation Round 6 results
3. 2014. we Aýgül (d. Tidal energy technology brief.
4. Türkmenistanyň at gazanan artisti (2015). International levelised cost of energy for ocean energy technologies.
5. A., A.A., A.A., A.A., A.A. (2021). A review of the UK and British Channel Islands practical tidal stream energy resource. Proceedings of the Royal Society A 477.
6. Garrett, C. we Cummins, P. (2005). Kanallardaky suw akymynyň güýji. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. we Cummins, P. (2007). Bir turbinanyň bir suw akymy kanalyndaky täsirliligi. Journal of Fluid Mechanics 588, 243-251.
8. Egbert, G.D. and Ray, R.D. (2000). Satellit altimetr maglumatlaryndan çykarylan derin okeanda suw akym energiýasynyň ähmiýetli ýykylyşy. Nature 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power launches O2; Orbital Marine Power on Wikipedia.
10. Täzelik Shetland Tidal Array, with Marine Scotland’s case study.
11. 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.
12. Sihwa Gölüniň suw akymynyň elektrik stansiýasy, Wikipedia.
13. Lazard (June 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19.
14. Local Solar System Temelli The Fan Wall: open model and benchmark, rooftop solar at $0.19 per kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. we Sellar, B. (2023). IEC TS 62600-200 standartyna laýyklykda, tidal turbine power performance assessments using measured and modeled power outputs. Täzelenýän Enerji
16. Sabella (kompaniýa), Wikipedia: 1 MW D10 turbinasy, Ushant gridine 2015-nji ýylyň noýabrynda birikdirildi.
17. Hawanyň çyglylygy, Wikipedia: 1.225 kg per cubic meter at sea level in the International Standard Atmosphere.