潮汐能

大多数可再生能源电力都取决于天气。 潮汐流取决于月球的轨道和地球的自转,这就是为什么可以提前几年印制潮汐表。 在一些狭窄的海峡,如苏格兰大陆和奥克尼岛之间的彭特兰湾,这种运动变成了每秒3至5米的流速,比大多数人能够跑得快。 把一个涡轮机放在它,你有一个发电站的输出,你可以预测到每小时为本世纪剩余部分。

这个页面遵循与我们的 Fan Wall research 相同的规则:首先是物理,然后是真实机器测量到的结果,然后是它所花费的成本,而每个建筑物的想法都必须打败的基准,屋顶太阳能电池板。 简单来说:潮汐能是可行的,它可以预测,而且新项目的成本仍然比太阳能或风力发电厂高出几倍。 它可以在电力已经很昂贵的岛屿和偏远海岸获胜，如果成本继续下降，它可能成为某些电网中有价值、稳定的一部分。 它永远不会占世界电力的很大一部分。 * *

什么是

从潮汐中发电有两种方法。

潮汐范围 使用高水和低水之间的高度差。 跨河口的水坝（大坝）或围绕海洋部分的墙壁（泻湖）阻挡水流，然后让它通过涡轮机运行，就像河堤一样。 事实证明:布列塔尼的拉朗斯自1966年起就在运行,韩国的西华湖(Sihwa Lake)254兆瓦发电站于2011年开工。 但一座水坝会改变整个河口，而建造的水坝却很少。 近年来最大的提案,威尔士斯旺西湾320兆瓦泻湖,于2015年获得规划许可,并在2018年因成本问题被英国政府拒绝。

潮汐流,本页的主题,把涡轮机在电流本身,没有水坝。 它们看起来像水下风力涡轮机,或者固定在海床上,或者悬挂在浮动船体下面。 这使得它们对环境的影响更轻,规模也小得多,一次只能生产一台机器,这就是为什么几乎所有当前的开发都是潮汐流。

圣马洛附近的兰斯潮汐坝,上面有一条公路,一边是河口,另一边是海。 (. . / . . / . . /assets/earth/tidal-rance-barrage.jpg “法国兰斯:自1966年以来,有240兆瓦的潮汐发电,顶部有一条公路。 照片：Sw271149，CC BY-SA 4.0”)

它是如何工作的

为什么潮汐是可以预测的。 月球的引力将海洋拉入地球两侧的两个凸起,而地球在这两个凸出之下旋转。 月亮的主要潮汐每隔12小时25分钟重复一次。 太阳增加了它自己的一个小潮汐。 当太阳和月亮对齐时,在新月和满月,两者加起来就会变得强大。 春潮;一个星期后,他们部分取消为弱 近潮. 整个周期需要14.8天。 这些节奏中的每一个都是天文学,所以在给定的网站上的电流可以预测几十年前。

电流中的功率。 与风力一样,通过一个区域流动的能量 A 是 P = ½ ρ A v³其中 ρ 是流体的密度和 v 速度。 涡轮机保留了其中的一小部分,功率系数Cp。 海水重1025公斤每立方米,空气约1.2。 所以,虽然海流是慢的,密度超过补偿它:在3米/秒一平方米的电流携带 13.8千瓦,而同一平方米的强风12 m/s携带1.1千瓦。 这就是为什么一个18米的潮汐转子产生1.5兆瓦,相当于一个风力转子宽度的四倍。

这个立方体可以双向工作。 因为功率与速度的立方成正比,减半的电流只能提供八分之一的功率。 一个地点的海流每天上下两次,每隔两周就会在潮间带和潮汐之间波动,因此,为了捕捉最快的春季潮汐而设计的涡轮机大多数时间都会闲置。 设计师因此选择了 额定转速,通常在2.5至3 m/s左右,超过这一速度时涡轮机就会失去额外的动力。 上面的解释显示了权衡:较低额定速度会产生更高的容量因数(更多时间在全输出下运行 ) , 但机器尺寸较小。

一个通道能给出多少。 一个通道不是一条无尽的能量河流。 涡轮减慢了它们从中获得能量的水速,足够多的涡轮会阻塞通道,这样潮汐就会找到另一条路。 加雷特和康明斯表明,一个通道可以产生的最大功率平均约 20%到24%的峰值压力头从一端到另一端时的峰值流量,通常远小于通过其最窄点流动的动能(加雷特和康明斯,2005年). 运河中的涡轮机可以超过59.3%的开放水域贝茨限制,因为运河壁阻挡了流量,但由于后面的快速和慢速流体混合,部分增益又会丢失(加雷特和康明斯,2007年).

限制:理论和实践

整个星球。 潮汐损失约3.7兆瓦摩擦,大约四分之一在深海和其余的浅海和沿海(埃格伯特和雷，2000年). 与世界平均电力消耗量3.4兆瓦相比,这听起来很大,但几乎没有一条河流的流速足够快、靠近岸边、水域浅到可以建设。 世界上只有几十个地方的海流超过2至2.5米/秒:苏格兰北部、海峡群岛和布列塔尼、加拿大的芬迪湾、韩国部分地区、中国、日本和印度尼西亚。

一个现实的国家数字。 对于拥有世界上一些最佳遗址的英国和海峡群岛，2021年审查支持了一个实用资源： 每年34兆瓦时,约占英国当前电力需求的11%,从2050年约11.5千兆瓦的涡轮机(Coles等人,2021年). 对大多数国家来说，这一数字接近于零。

海洋本身。 实际的限制是工程和金钱:

• 很多 水的密度意味着潮汐转子感受到的力比同样大小的风力转子要大很多倍,潮汐通道是湍流的。 叶片、轴承和密封件必须经受住20年的这种压力。
• 进入。 潜水员和船只只能在松弛的水中工作,在洪水和退潮之间的短暂休息,以及在平静的天气。 专门船只每天租金很高。 浮动设计,如轨道的O2,可以提升其转子出水,主要是为了降低这一成本。
• 腐蚀和污染。 盐水,海洋生长和沉积物攻击一切。
• 电网。 最好的场地是在偏远的海岸,远离需求和强大的电网连接。

实际项目，计量

项目	哪里	规模	现状	衡量或报告的内容
梅因1A期	内湾, 彭特兰峡湾, 苏格兰	4×1.5兆瓦，转子长度18米	2016年至2018年运营	2019年13.8 GWh(26%的容量因子 ) ; 到2023年初超过50 GWh;2027至2029年保证价格约增加59 MW ( MeyGen)
Orbital O2	奥克尼岛瓦尔内斯之战 (EMEC)	2兆瓦,72米浮动船体上的双20米转子	Grid-connected July 2021	该机器的设计目的是满足英国大约2000户家庭的年度需求;另外还有O2级机器持有英国合同(Orbital Marine Power ) 。
关于我们	布魯默爾海峽	峰值功率为6×100千瓦	首台涡轮机于2016年投入运行;最老的三台将于2023年拆除	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)
海洋生物	斯特蘭福德湖	1.2兆瓦,双转子堆	2008年，自退役以来	The first megawatt-scale tidal stream turbine to reach full power on a grid, in December 2008 (Tidal stream generator)
La Rance (潮汐范围,上下文)	法国布列塔尼	240兆瓦水坝	1966年以来	年产能约540 GWh,发电能力系数为26 % ; 以2012年货币计算,每千瓦建成费用约340美元(国际可再生能源机构，2014年)
西华湖 (潮汐范围)	韩国庆州	254兆瓦	2011年以来	552 GWh a year; cost about USD 560 million, built into an existing sea wall (Sihwa Lake)

两个诚实的读数这个表格。 第一， 技术的运作:涡轮机在欧洲一些最激烈的水域运行了多年,并向电网发送了数十亿千瓦小时。 第二， 早期阵列产出低于预期. 预计第一批阵列的容量因数将达到35%至42 % ( Ocean Energy Systems, 2015 ) 。 MeyGen最好的初期年份产量为26 % , 在其第一年的平均水平接近20 % , 因为个别涡轮机被拆除维修并更换为升级机器。 Nova的六台100千瓦涡轮机在小规模上表现出相同的模式:真正的电力、真正的学习,以及几年内退役的机器。

什么是它的成本

潮汐电的价格主要取决于政府愿意保证什么，因为目前还没有任何项目能够自我偿付。

来源	什么是	价格
英国差价合约,第6轮(2024年)	28兆瓦潮汐电力的保证价格，15年	每兆瓦时172英镑 按2012年价格计算,在2025年的时候约为每千瓦时250英镑或0.32美元
同一拍卖	太阳能发电场/陆上风力/离岸风力	每兆瓦时50英镑/51英镑/54英镑(2012年价格)
科尔斯等人(2021年)	估计英国潮汐流目前的成本	每兆瓦时约240英镑,在学习124兆瓦后降至150英镑以下
海洋能源系统(2015年)	第一批阵列/第二批阵列/第一批商业项目	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $每兆瓦时280
La Rance和Sihwa(国际可再生能源机构，2014年)	旧的、已偿还的潮间带水坝	每千瓦时0.02至0.04欧元
我们的基准	建筑物屋顶太阳能,风扇墙模型;Lazard 2026系列商业和社区太阳能	每千瓦时0.19美元; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	新公用事业太阳能/陆上风力/离岸风力	每千瓦时$0.04 to $0.10/$0.04 to $0.10/$0.11 to $0.17

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. 与海上风能这一另一大型海洋技术的比较值得关注：十年前，海上风能也远远高于太阳能和陆地风能，随着项目规模增加到数百兆瓦，其价格急剧下降。 潮汐电力希望能够走上这条路，但到目前为止，它所安装的发电量仅有兆瓦，而离岸风能则是千兆瓦。

潮汐发电和太阳能及风力发电之间的一个区别是，潮汐发电的输出事先已知，不受天气影响。 Coles和同事们认为,这可以降低平衡电网的成本,而普通的成本比较却忽略了这一点。 这是一个真正的优势，但尚不足以弥合差距。

哪里可以赢,哪里不能

它可以赢得:

• 岛屿和偏远海岸带有强流例如奥克尼、设得兰群岛、海峡群岛、新斯科舍和印度尼西亚及菲律宾的部分地区，那里的电力往往是从进口柴油中获得的，而通往大陆的电缆费用昂贵。
• 作为一个稳定的,可预测的部分网格主导的太阳能和风能,填补一些小时,当两者都低,因为潮汐忽略天气。
• 在已经存在的结构中。 西华湖建于已有的海堤上,桥梁、堤道和快速流动的港口入口值得一看。
• 快速流动的小型离网负载监测浮标、导航灯和水产养殖场。

它不能赢得:

• 作为便宜的散装电力,任何地方的太阳能或风力发电场可以建在土地上。
• 在绝大多数海岸,峰值电流低于约2 m/s:立方体定律使功率过薄。
• 快点 许可、电网连接、专业船只和小型供应链意味着项目需要多年时间。

什么是证明,合理和推测

证明： 潮汐的天文学和可预测性;功率方程和水的密度优势;水平轴涡轮机可以在强潮汐渠道运行多年并输出到电网;潮汐范围坝可以运行半个多世纪;直到2021年,海洋动物与运行中的涡轮机之间没有发现碰撞(Coles等人,2021年).

可能的： 随着数十兆瓦阵列的建设,成本降至每兆瓦时150英镑以下;浮动涡轮机减少维护成本;在具有良好可用性的成熟阵列中,容量因子为35%到40 % ; 可预测性网络价值值得付出。

投机性： 潮汐流达到近海风力的成本;在单一通道中非常大的阵列,而不会显著改变其水流和生态;对沉积物、分层和捕食者周围的涡轮机吃的长期影响千兆瓦规模。

开放式研究问题

• 阵列,而不是单个涡轮机。 来自行列式涡轮机的尾声如何相互作用,当安装了许多涡轮机时,通道会减速多少?
• 可靠性。 哪些叶片、轴承、密封件和发电机设计能够在20年的湍流中生存下来,而不需要昂贵的升降设备?
• 更便宜的安装和访问。 浮动船体,较少和较大的基础,并在松弛水域外工作。
• 业绩计量。 使用 IEC TS 62600-200 标准的方法测量真实湍流中的功率曲线,以便买家可以公平地比较机器 (可再生能源,2023年).
• 环境。 海豹、海豚和潜水鸟类的碰撞风险；噪音；对沉积物和在快速流动的水域中觅食的物种的影响。
• 可预测性的价值。 一个可以预测的兆瓦时对于一个有大量太阳能和风力发电的电网来说,价值多少?

一个工作原型需要什么

一个新的潮汐想法(一个新转子,更便宜的锚系设备,一种维护机器的新方法)可以首先在小规模上进行测试。 下面的成本是我们对小型团队的粗略估计,需要与测试中心进行细化。

阶段	工作	它证明了什么	粗成本	时间
1. 排水槽或拖车罐	0.3至1米的模型转子在大学水道中或拖过静止水域,速度为0.5至2 m/s	测量功率系数和推力与速度的关系	$20k to $80k 格式	2至4个月
2. 河流或河口试点	1至10千瓦的单元,安装在快速河流或河口中的浮桥或小型框架上,配有电流计和记录功率计	实际功率曲线、启动速度、污垢和碎屑	$50k to $200k	6至12个月
3. 规模测试场	10到100千瓦的机器,在一个苗圃场地(例如EMEC在奥克尼岛的规模场地)进行独立测量	可靠性、维护时间、环境监测	$0.5 million to $3 million	1至2年
4. 全额	电网连接测试平台上的兆瓦机器	可供银行使用的业绩数据	数千万	几年

前两个阶段是大学团体或决心的制造商团队所能达到的。 它们也正是球场所需要的:一个在真实水中转动的模型和显示它所做的仪表。

我们需要谁

• 海洋流体力学家和潮汐资源建模者。
• 海洋工程师 为基础, 锚泊, 浮动船体和海上作业.
• 海底电气和电力电子工程师 用于发电机、电缆和电网连接。
• 测试设施:大学排水沟和拖车槽、可通行的河口以及测试中心,如奥克尼岛EMEC或新斯科舍省FORCE。
• 海洋生态学家 用于碰撞、噪音和栖息地监测。
• 认证专家 熟悉 IEC 62600 海洋能源标准。
• 岛屿社区和港口当局 用快速的水和昂贵的电力。

还有更好的主意吗?

基金会的一些成员可能有可以听到投票的联系人。 要想被投掷,一个想法需要一个 一个工作的,真实的模型,它能够产生电力,其输出测量的仪器上,没有声称:一个小转子在一个沟或河流与记录米是值得比任何绘图。 我们也欢迎您的论文想法:如果物理和数字是坚实的,我们可以在这里发布它们。 但没有一个工作模式,筹集资金是非常困难的,这里没有什么是融资、回报或介绍的承诺。

通过贡献表格发送您的想法,选择绿色倡议。 告诉我们它解决的问题,物理检查(转子每平方米有多少千瓦,在什么电流速度下 ) , 每千瓦时的大致成本,以及可以证明它错误的最便宜的测试。 energy sources page 将这个想法与其他十一个想法进行了比较。

来源

1. MeyGen/ Ampeak Energy(前身为SAE可再生能源和SIMEC Atlantis) MeyGen潮汐流项目:涡轮机,容量,发电里程碑和阶段计划。 另请参阅 MeyGen on Wikipedia 了解年度产量和合同轮次。
2. 英国能源安全和净零排放部(2024年)。 差价合约分配第6轮结果.
3. 国际可再生能源机构和国际能源机构-亚太经合组织技术合作方案(2014年)。 潮汐能技术简介.
4. 海洋能源系统(2015年)。 海洋能源技术的国际平衡化能源成本。
5. 科尔斯,D.,Angeloudis,A.,格雷夫斯,D.等人。 (2021). 英国和英属海峡群岛实际潮汐能源资源的审查。 英国皇家学会会议记录 A 477.
6. 加雷特，C. 和坎明斯，P. (2005). 潮汐电流在水道中的功率潜能。 英国皇家学会会议纪要 A 461, 2563-2572.
7. 加雷特，C. 和坎明斯，P. (2007). 潮汐通道中的涡轮机的效率。 流体力学杂志 588, 243-251.
8. 埃格伯特,G.D. 和雷,RD (2000). 从卫星高度计数据推断出深海潮汐能的显著消散。 Nature 405, 775-778.
9. Orbital Marine Power (2021). 轨道海洋动力发射O2; 轨道海洋动力 on Wikipedia.
10. 新創新。 设得兰群岛潮汐阵列, 与苏格兰海洋案例研究.
11. 潮汐流发电机和潮汐电力,维基百科:海洋发电公司,拉朗斯,斯旺西湾。
12. 西华湖潮汐发电站, 维基百科.
13. Lazard (June 2026). 能源成本的平衡,版本19.
14. Local Solar System 基金会。 风扇墙:开放模式和基准,屋顶太阳能在$ 0.19每千瓦时。
15. 埃文斯,P.,阿什顿,I. 和塞拉尔,B. (2023). 根据 IEC TS 62600-200,使用测量和建模功率输出对潮汐涡轮机功率性能进行评估。 可再生能源.