Energia wodna odnawialna: przekształcanie przewidywalnej morskiej fali w elektryczność

Dwa różne maszyny, jedna zasób

Energię morską wzbudzaną falami obniżono za pomocą dwóch metod mechanicznie niepowiązanych. Turbiny odnawialne morskie strumieniowe przypominają i działają jak podwodne turbiny wiatrowe, obracane przez poziomą ruchliwość wody podczas powodzi i odsuwania fal morskich przez przełęcz lub estuarium. Turbiny barrage morskie z kolei zamykają estuaryum i generują z różnicy w napięciu między zapasem ograniczonym a otwartym morzem, gdy fala morska obniża się lub wzrasta. Oba te źródła są całkowicie przewidziale na dekadę, w przeciwieństwie do wiatru czy słońca, ponieważ są one sterowane mechaniką kosmiczną zamiast pogodą.

Turbiny odnawialne strumieniowe: kinetyczna moc i granica Betza

Kinetyczna moc dostępna w strumieniu o powierzchni przekroju A ruchomym z prędkością v jest taka sama prawo sześciennego wykładnika, jaką gospodarzuje wiatr:

P_dostępne = 0.5 · ρ · A · v³ ρ (morska woda) ≈ 1025 kg/m³ (około 800 razy gęstszy niż powietrze) Ponieważ morska woda jest około 800 razy gęstsza od powietrza, turbiny odnawialne strumieniowe wydobywają znacznie więcej mocy niż turbiny wiatrowe o tej samej przekroju skanu i tej samej prędkości — mała prądowa prędkość 2-3 m/s może równać się szybszemu wietrzowi. Nie można jednak zabrać wszystkiej kinetycznej mocy: turbinie musi pozostawiać wodę ruchomą wystarczająco szybko, aby mogła sobie poradzić. Teoretyczne ograniczenie, granica Betza, ogranicza ujemność, jaką dowolna turbiny o otwartej przepustnicy może wydobyć, do Cp = 16/27 ≈ 0.593; rzeczywiste turbiny, wraz z stratami na klapach, efektywnością generatora i blokadą podłogi morskiej i powierzchni, zwykle dostarczają ogólnego współczynnika około 0.35-0.45.

Bo moc skali się z v³, wyjście jest bardzo wrażliwe na stan nebuli: turbinę oznaczoną na maksymalnym prądowym przepływie morskim może wydobywać tylko ósma części swojej nominalnej mocy przy połowie tej prędkości, a więc turbiny strumieniowe generują cztery pory dziennie, dwie podczas wzrostu nebuli i dwie podczas opadania, spadając prawie do zera w chwili niewzruszonej.

P_available = 0.5 . rho . A . v^3

rho (seawater) ≈ 1025 kg/m^3  (about 800x the density of air)

Barragi: energia potencjalna z zakresu lądowego morskiego

Barrag nie przechowuje wody podczas wysokiego powodzie za opuszczającą się bramę i turbinami, a następnie jej zwalnia przez turbiny, gdy poziom morza spada, wydobywając energię potencjalną zamiast kinetyczną:

P = ρ · g · Q · H Q = prąd objętościowy przepływający przez turbiny (m³/s) H = chwilowa różnica poziomu między basenem a morzem (m) Energia całkowita w ciągu jednego cyklu lądowego jest około proporcjonalna do pola basenu pomnożonego przez kwadrat zakresu lądowego. Z tego powodu wybierane są miejsca z największym możliwym zakresem — Bałtyckie Zatoce Fundy (do około 16 m) i Severn Estuary (do około 14 m) są najbardziej badanymi przykładami na świecie, choć tylko kilka barrag (La Rance w Francji, Sihwa Lake w Korei Południowej) zostało w konstrukcji, ponieważ zatokę całą blokującą wiadomo jako koszt ekologiczny i budowlany, który unikają turbin strumieniowych.

P = rho . g . Q . H

Q = volumetric flow rate through the turbines (m^3/s)
H = instantaneous head difference between basin and sea (m)

12,4-godzinnego zegara i cykl podpływów-i-odbiegów

Większość brzegów jest dominowane przez morski półdzieńowy luniowy falisty M2, mający okres około 12 godzin 25 minut — dwa wyspy i dwa niskie wody dziennie, dotykające się zazwyczaj o 50 minut później każdego dnia ze względu na powolne precesję pozycji Księżyca względem obserwatora. Na tyle, że dodaje się cykl podpływów-i-odbiegów o okresie około 14,77 dni: kiedy Słońce i Księżyc są w połowie miesiąca albo pełnym miesiącem, ich siły faliste dodatkowo działają, dając największą amplitudę (podpływowe fale); podczas kwartalnych faz Księżyca te dwie siły częściowo przeciwcisną się, dając najmniejszą amplitudę (odbiegowe fale). Ponieważ moc skali się z sześcianem (stream) lub kwadratem (barrage) amplitudy falistej, wydajność stacji podczas podpływów może być kilkukrotnie większa od jej wydajności podczas odbiegów na tym samym turbinie.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Tidal Turbine i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.