Přílivová farma - Tidal farm

Turbína na mořském dně

A přílivová farma je skupina více generátory přílivového proudu shromážděny na stejném místě, které se používá pro výrobu elektrická energie,[1] podobný tomu a větrná farma. Nízkonapěťové elektrické vedení z jednotlivých jednotek se poté připojí k a rozvodna, kde se napětí zvyšuje pomocí a transformátor pro rozdělení prostřednictvím vysokonapěťového přenosového systému.

Výzkum a vývoj

A matematická optimalizace je použit přístup k návrhu rozložení turbínové farmy. Pomocí environmentálních parametrů, jako je hloubka vody, a jejich začlenění pomocí matematických vzorců lze rozvinout a otestovat uspořádání farmy. Prostřednictvím tohoto výzkumu a vývoje lze přesně otestovat a předvídat faktory, jako je počet turbín, umístění turbín a celkový zisk farmy.[2]

v Bretaň „Francie, francouzská přílivová farma nasadila první ze dvou 500 KW turbíny. Projekt se nachází 16 mil od pobřeží a má hloubku 35 metrů. Jakmile je energie generována, bude převedena a transportována na pevninu umístěnou na poloostrově Arcouest v Ploubazlanci. Tento projekt přispívá k pokroku v posunech zejména k obnovitelné energii a energii přílivu a odlivu.[3]

v Írán byl zde zájem o vývoj energie přílivového proudu kvůli její předvídatelnosti a konzistenci. Fakulta stavební na univerzitě Tarbiat Modares University identifikovala potenciální zajímavá místa těchto farem. Lokality zahrnují Perský záliv, Ománské moře, Khowran Straight, ostrov Hengam a ostrov Greater Tunb. Náklady na energii, výkon, tarify a očekávaná návratnost investic byly také faktory analyzovanými a studovanými univerzitní výzkumnou skupinou.[4]

Byly vyvinuty metody k určení nejvhodnějších míst pro přílivové farmy. Faktory, které se berou v úvahu při výběru míst, zahrnují potenciál poskytnout největší energetický výkon, nejnižší částku nákladů a nejmenší míru nepříjemností pro mořský život. Případová studie provedená v Bristolský kanál použil hydrodynamický model v programu založeném na Matlabu za účelem získání jeho výsledků.

Technologie

Přílivové farmy využívají generátory přílivového proudu které jsou seskupeny k výrobě elektřina. Tyto generátory používají pohyb přílivy a odlivy otáčet turbíny, které jsou si velmi podobné větrné turbíny používá se na souši. Síla oceánu a technologie postupujících turbín zaručují mnohem předvídatelnější výdej energie než běžné větrné turbíny. Turbíny jsou obvykle umístěny v oblastech s vysokou přílivovou aktivitou, aby generátory byly co nejúčinnější. Co dělá přílivové farmy jedinečnými, je to, že jsou zřizovány ve skupinách, aby umožnily mnohem větší produkci energie. Generátory jsou připojeny k rozvodnám na břehu, aby transformovaly napětí z vysokého na nízké nebo z nízkého na vysoké. Tyto generátory mohou být poloponoritelné nebo připevněné k mořskému dnu, což znamená, že by byly pro veřejnost z dohledu a ne do očí. Turbíny, které by se používaly, by se kvůli hustotě vody pohybovaly velmi pomalu, což je pro vodní život velmi přínosné, protože ryby by mohly volně procházet, aniž by jim hrozilo úmrtí. Některé turbíny lze také použít v zavlažovacích kanálech, řekách a přehradách, ať už je tok vody rychlý nebo pomalý.[5]

Operátoři

Skotsko je jedním z hlavních lídrů ve snaze využívat přílivovou energii jako alternativní energie zdroj. V roce 2012 instalovala společnost Scottish Power 30 centimetrovou turbínu mimo Orknejské ostrovy. Proudy z těchto ostrovů se pohybují velmi rychle a provedené testy ukázaly, že generátor produkoval jeden megawatt elektřiny, což je dost na napájení 500 domácností. Skotsko také hledá instalaci výkonnějšího generátoru ze Sound of Islay, který by byl schopen napájet více než 5 000 domů, jakmile bude plně funkční.[6] V lednu 2015 byla výroba 400-megawatt v severním Skotsku byl postaven přílivový generátor. Tento generátor by byl schopen napájet 175 000 domácností.[7] Oceánská energie je čistá a efektivní se zdrojem energie, který se nikdy nevypne. Používání přílivových farem je mnohem čistší a efektivnější způsob výroby elektřiny. Jednou z nevýhod přílivových farem je mořský život a jeho vliv. Také by museli postavit přílivové farmy hluboko v oceánu, kde to nebude mít vliv na rybářské lodě nebo kolem projíždějící velkou loď. Spojené státy americké má téměř 12 380 mil pobřeží a v současné době nabízí až 22 milionů dolarů na financování výzkumu mořských zdrojů energie.[8]

Lídři v praxi

Společnost Ocean Flow použila Siemens technologie pro konstrukci semi-ponorné turbíny. Vytvořené modely se ukázaly být schopné výborně odolávat mořským podmínkám. Společnost tvrdí, že její model vytváří menší narušení okolního ekosystému a náklady na jeho zavedení jsou nižší. Klíčovou vlastností tohoto modelu je platforma, na které spočívá turbína. Byla vyvinuta na Newcastle University School of Marine Science and Technology v roce 2006. Platforma je vhodná, aby vydržela drsné podmínky v hluboké hloubce oceánu. Senior development engineer ve společnosti OceanFlow Mark Knos se k projektu vyjádřil a uvedl, že pro testování vytvořili model v měřítku 1/40 a model v měřítku 1/10 také. Oba modely byly testovány a poskytly slibné výsledky.[9]

Přílivová farma generace v Severní Americe

Severní Amerika má méně přílivových elektráren než jakákoli jiná srovnatelná zeměpisná oblast HDP nebo populace. Odhaduje se, že přílivový výkon odpovídá správnému využití patnácti procent spotřeby energie v USA.[10] První přílivová instilace v Severní Americe pro připojení k elektrické síti byla stanovena v roce 2012 v roce Cobscook Bay, Maine u Ocean Renewable Power Company.[11] Předběžné zařízení generuje 180 kilowattů při plné kapacitě. Plány na instalaci dalších dvou zařízení byly odloženy od roku 2013. Přílivové generátory byly instalovány v roce 2009 OpenHydro a Emera Bay of Fundy. Tyto přílivové generátory utrpěly poškození a ztratily několik lopatek v procesu kvůli silným přílivům a odlivům v zálivu. Na podzim roku 2016 společný podnik stejných dvou společností úspěšně umístil 2-megawattový přílivový generátor do zálivu Fundy, jehož součástí je oblast Cobscook Bay.[12] Úspěšná integrace nových přílivových generátorů do místních elektráren a připojená elektrická síť dodává odhadem 150 až 200 domů denně.[11]

Typy

• Turbína s dvěma a třemi lopatkami jsou turbíny připojené ke stacionárnímu pólu a točit se axiální pronásledovat oceánské proudy. Některé z dvojitých a trojitých lopatkových turbín mohou mít pro lepší účinnost dvě sady připojené k pólu. Při provádění údržby musí být tento typ turbíny odpojen od stacionárního sloupu a zvedáku pomocí jeřábů připevněných k lodím.

• Semi Submersible Turbines je dražší turbína, ale z dlouhodobého hlediska je levnější a nákladově efektivnější. Turbíny se připojují ke stacionárnímu sloupku a generátor turbíny lze kdykoli kvůli údržbě zvednout a spustit.

• Turbína ve stylu potrubí používá potrubí celé kolem vstupu do turbíny k vedení a zrychlení přílivového proudu směrem k rotoru. Použitím potrubí lze ze stejného množství vody s lopatkami rotoru s menším průměrem extrahovat více energie, čímž se sníží náklady na výrobu a údržbu.

• Plovoucí turbíny s kabelovým připojením turbíny jsou připevněny řetězem ke stacionárnímu bodu na dně oceánu a sledují oceánský proud ve vodorovných 360 stupních. Tyto turbíny se kvůli údržbě snadno dostanou na povrch, protože jsou natlakovány vzduchem. Jsou také vybaveny senzory pro detekci vody, která se snaží proniknout do generátoru pod tlakem.

Problémy

Jedna z mála životní prostředí neznámé o přílivových farmách je hrozba, kterou mohou představovat pro život rostlin v oblastech, kde by byly umístěny turbíny.[13] Větrné turbíny však mohou otáčet lopatkami pomaleji, než je obvyklá rychlost, a mohou tak eliminovat některé potenciální problémy životního prostředí. Dalším problémem, který může nastat, je vodotěsné turbíny, aby se zabránilo korozi mořské vody v kovových částech uvnitř turbíny. Podvodní turbíny by musely být umístěny mimo přepravní cesty, příliš blízko břehu a v dostatečně hlubokých vodách, aby nezasahovaly do každodenního lodního provozu. Díky tomu, že země, jako je Skotsko, budou umisťovat podvodní turbíny, může to ostatním zemím pomoci učit se a prozkoumat lepší nápady pro vytváření energie poučením z úspěchů a neúspěchů, kterých dosáhly přední země. Skotsko očekává, že zbytek světa bude následovat jejich příkladu a instalovat přílivové farmy po celém světě v úsilí pomoci zastavit znečištění a zajistit čistší a bezpečnější výrobu energie.

Účinky na geografii oceánů a přílivové vzorce

Přílivové farmy představují mnoho možných environmentálních a ekologických změn prostředí, ve kterém jsou umístěny. Struktury těchto farem produkují změny v přílivových vzorcích, průtok sedimentu a vodní sloupec turbulence.[14] Přílivové vzorce mohou být ovlivněny různými způsoby v závislosti na struktuře samotné farmy. Struktura odkazuje na velikost a průřez plocha, protože počet lopatek nebo zatížení, které je na farmu kladeno, příliš nezmění celkovou výšku vody. Je vidět, že tyto účinky snižují jak příliv, tak odliv, což znamená, že hladina vody bude celkově nižší.[15] Počet nožů a zatížení systému však ovlivňuje přílivový rozsah obrovsky. Dosah přílivu a odlivu lze snížit až na 42% pozorováním nejhustších farem, které mohou způsobit zničení 32% oblastí kolem nich, ale lze je ovládat. Poškození lze snížit na 19% použitím rozestupu dvou rotorů turbína a pouze 5,4% s pětirotorovými turbínami. Toho se dosáhne rozložením vodní práce na velkou plochu samotné turbíny, aby se zmírnila změna průtoku ve vodním sloupci.[16]

Tok sedimentů je ovlivněn zavedením přílivových farem do oblasti. Nejen, že vytváří turbulence, které pohybují sedimentem, ale také mění ekosystém kolem něj. Přesunutím více sedimentu do oblastí, které dříve příliš nezískaly, se místa podobala travnaté postele mohl být vymazán tím, že je pokrytý sedimentem. Geografii na dně oceánu změnily nové vzory proudění sedimentu kvůli nové turbulenci. Nové věci jako pískoviště Mohlo by se vytvořit kolem farem a způsobit ještě větší dopad na okolní prostředí ovlivněním více změn, než se původně očekávalo.[14]

The vodní sloup také čelí mnohým šancím, protože síla, kterou přenáší turbulencí, je pohlcována přílivovými farmami. Vlny by byly přímo ovlivněny sníženou energií za vodou, což by způsobilo jejich slabší účinky, což by také mohlo zničit více ekosystémů. Rovněž by to mělo vliv na přílivové zóny s menší turbulencí, kterou mnoho druhů, jako jsou ryby a kraby, používá k obživě a přežití. Jiné věci jako hluk a elektromagnetické pole také představují problémy pro životní prostředí, ale ne v rozsahu, který měly poslední účinky na geografii a život v ekosystému.[14]

Účinky na ekologii

Hlavní příliv přílivových farem se vyskytuje v přílivových přehradách, bažiny, laguny a další přílivové vodní útvary, které jsou nejčastěji domovem stěhovavých mokřadních ptáků. Umístění přílivových farem zvyšuje hladinu vody do bodu, kdy jsou krmné oblasti ptáků ponořeny. Se ztrátou krmných oblastí se zvyšuje úmrtnost.[17] Studie dále provedl University of Exeter fakulta pro mokřadní ptáky v Solway Firth ve Velké Británii. Tyto studie dospěly k závěru, že účinek určitých typů přílivových farem je zanedbatelný. Dopady přílivových farem na vlhká stanoviště v EU Solway Firth bylo zjištěno, že jsou relativně nízké, a to i pro největší případ.[17] Studie zdůraznila, že současné instalace s podobnými kapacitami jako simulace měly nižší ztrátu přílivové oblasti než její počítačově generovaný protějšek [17]. Jedním z dosažených závěrů bylo, že budoucí studie by se měly zaměřit na zranitelnost jednotlivých druhů ve srovnání s účinkem na námořní ptáky jako celek.

Stavba přílivových hrází v rámci a záliv, přívod, nebo ústí je jedním z mála případů, kdy byly mezidruhové vztahy všeobecně ovlivněny. Zadržování přílivové vody mění časový plán druhů, které dominují horním až středním pobřežním stanovištím. Současně zůstává spodní břeh ponořen po delší dobu. Výsledný vynucený ekosystém je rušivý pro většinu přítomných druhů, s výjimkou ryb, které jsou přílivovými krmítky. Prodloužená období přílivu umožňují větší příležitost k shánění potravy, a proto lze v těchto případech pozorovat růst populace.[14]

Struktury větších přílivových hrází mění prohledávání a depozici v příslušných stanovištích. Prohledávání a depozice se týká pohybu a výměny sedimentu po podlaze vodního útvaru. Výzkumné a vývojové centrum americké armády ve Vicksburgu ve státě Mississippi uvedlo, že přerušení přirozených usazenin sedimentů přímo vedlo ke zvýšené míře úmrtnosti trávy mořského dna, protože výhonek nemohl ve změněném mořském dně správně růst. To by bylo ještě devastující bentický život, který spočívá pod oceánským dnem, protože jsou snadno ovlivnitelné změnami v toku přes dno oceánu. Bylo by těžké tomu také zabránit, protože tyto organismy se nedají snadno přemístit, protože jsou tak citlivé na změny v jejich atmosféře.[14]

Viz také

Reference

  1. ^ Definice přílivová farma
  2. ^ Funke, S.W .; Kramer, S.C .; Piggott, M.D. (prosinec 2016). „Optimalizace designu a hodnocení zdrojů pro farmy využívající obnovitelný zdroj energie s přílivovým proudem pomocí nového přístupu s kontinuální turbínou“. Obnovitelná energie. 99: 1046–1061. arXiv:1507.05795. doi:10.1016 / j.renene.2016.07.039.
  3. ^ Energie přílivu a odlivu. (2018). v Encyklopedie Britannica. Citováno z
  4. ^ Radfar, Panahi, Javaherchi, Filom, Mazyaki. Listopad 2017.A. Komplexní vhled do energetických farem přílivového proudu v Íránu. Recenze obnovitelné a udržitelné energie [seriál online]. Dostupné z: Academic Search Premier
  5. ^ Holzman, DC (2007). „Modrá síla: měnící se přílivy a odlivy na elektřinu“. Environ. Perspektiva zdraví. 115: A590–3. doi:10,1289 / ehp.115-a590. PMC  2137118. PMID  18087578.
  6. ^ Macguire, E. (2012, 1. června) Příliv se obrací k podmořské energii
  7. ^ Richardson, J. (2015, 5. ledna). 400 MW skotská přílivová energetická farma zahájí výstavbu
  8. ^ „Energetické oddělení oznamuje až 22 milionů USD na modernizaci základního výzkumu a vývoje mořské energie a testování infrastruktury“. Energie.gov. Citováno 2020-04-10.
  9. ^ Zprávy o podmořském světě. „Ocean Flow využívá technologii Siemens pro částečně ponornou přílivovou turbínu“
  10. ^ Levitan, Dave (8. července 2011). „Nový nástroj pro mapování ukazuje potenciál přílivové energie“. IEEE. Archivovány od originál dne 16. července 2011. Citováno 23. dubna 2018.
  11. ^ A b Levitan, Dave (18. září 2012). „První přílivová energie v USA začíná proudit do sítě“. IEEE. Archivovány od originál dne 21. září 2012. Citováno 23. dubna 2018.
  12. ^ Thompson, Avery (23. listopadu 2016). „První přílivový generátor v Severní Americe je nyní online“. Populární mechanika. Archivovány od originál dne 25. listopadu 2016. Citováno 23. dubna 2018.
  13. ^ Přílivová turbína Paul Taylor SeaGen je zcela jasná z environmentálních a vědeckých studií
  14. ^ A b C d E Frid; Depestele; Judd; Rihan; Rogers; Kenchington; Andonegi (2012). "Interakce prostředí zařízení na generování přílivové a vlnové energie". Přezkum posouzení dopadů na životní prostředí. 32: 134–138. doi:10.1016 / j.eiar.2011.06.002.
  15. ^ Garcia-Oliva; Djordjević; Tábor (2017). "Vliv geometrie kanálu na extrakci slapové energie v ústí řek". Obnovitelná energie. 101: 514–525. doi:10.1016 / j.renene.2016.09.009. hdl:10871/23988.
  16. ^ Nash; O ׳ Brien; Olbert; Hartnett (2014). „Modelování dalekosáhlých hydroenvironmentálních dopadů přílivových farem - zaměření na přílivový režim, přílivové zóny a splachování“. Počítače a geovědy. 71: 20–27. Bibcode:2014CG ..... 71 ... 20N. doi:10.1016 / j.cageo.2014.02.001.
  17. ^ A b C Garcia-Oliva; Hooper; Djordjević; Belmont (2017). „Zkoumání důsledků nasazení přílivových farem na stanoviště mokřadních ptáků ve vysoce chráněném ústí“. Námořní politika. 81: 359–367. doi:10.1016 / j.marpol.2017.04.011.