Плимна енергија

Плимната енергија, иако сè уште не се користи широко, има потенцијал за идно производство на електрична енергија. Плимата и осеката се попредвидливи од ветрот и сонцето. Помеѓу изворите на обновлива енергија, плимната енергија традиционално страда од релативно високата цена и ограничената достапност на локации со доволно високи приливи или брзини на проток, со што се ограничува нејзината вкупна достапност. Сепак, многу неодамнешни технолошки достигнувања и подобрувања, како во дизајнот (на пр. динамичка приливна моќност, плимни лагуни ) и турбинска технологија (на пр. нови осни турбини, турбини со вкрстен проток ), укажуваат дека вкупната достапност на плимната моќ може да биде многу поголема од претходно претпоставената и дека економските и еколошките трошоци може да се спуштат на конкурентни нивоа.
Историски гледано, мелниците на плима (плимни воденици) се користеле и во Европа и на брегот на Атлантикот на Северна Америка. Влезната вода била содржана во големи езерца за складирање, а како што плимата се гаси, врти водни тркала кои ја користат механичката моќ за производство на мелничко зрно. Најраните појави датираат од средниот век, па дури и од римско време. Процесот на користење на вода што паѓа и вртење турбини за создавање електрична енергија бил воведен во САД и Европа во 19 век.
Производството на електрична енергија од морските технологии се зголемило за околу 16% во 2018 година и околу 13% во 2019 година. Потребни се политики кои промовираат истражување и развој за да се постигнат понатамошни намалувања на трошоците и развој во големи размери. Првата електрана со големи размери во светот била француската централа Ранс Тидал, која станала оперативна во 1966 година. Тоа била најголемата електрана на плимата и осеката во однос на производството сè додека не била отворена електраната Сихва Лејк Плим во Јужна Кореја во август 2011 година. Станицата Сихва користи одбранбени бариери на морскиот ѕид со 10 турбини кои генерираат 254 MW.
1 Принципти
Плимната енергија се зема од океанските плими на Земјата планета. Плимните сили се резултат на периодични варијации во гравитациската привлечност што ја вршат небесните тела. Овие сили создаваат соодветни движења или струи во светските океани. Ова резултира со периодични промени во нивото на морето, кои се разликуваат додека Земјата ротира. Овие промени се многу редовни и предвидливи, поради постојаната шема на ротација на Земјата и орбитата на Месечината околу Земјата. Големината и варијациите на ова движење ги рефлектираат променливите позиции на Месечината и Сонцето во однос на Земјата, ефектите од Кориолисовата сила и локалната батиметријата.
Плимната моќ е единствената технологија што ја користи енергијата својствена за орбиталните одлики на системот Земја-Месечина, а во помала мера и на системот Земја-Сонце. Други природни енергии искористени од човечката технологија потекнуваат директно или индиректно од Сонцето, содржувајќи фосилно гориво, конвенционална хидроелектрична енергија, ветер, биогориво, бранови и сончева енергија. Јадрената енергија ги користи Земјините минерални наоѓалишта на фисициони елементи, додека геотермалната енергија ја користи внатрешната топлина на Земјата, која доаѓа од комбинација на преостаната топлина од планетарната акреција (околу 20%) и топлината произведена преку радиоактивно распаѓање (80%).
Плимниот генератор ја претвора енергијата на приливите текови во електрична енергија. Поголемите варијации на плимата и осеката и повисоките брзини на плимната струја може драматично да го зголемат потенцијалот на локацијата за прилив на електрична енергија.
Бидејќи плимата и осеката на Земјата во крајна линија се должат на гравитациската интеракција со Месечината и Сонцето и Земјината ротација, плимата и осеката е практично неисцрпна и затоа се класифицира како ресурс на обновлива енергија. Движењето на плимата и осеката предизвикува губење на механичка енергија во системот Земја-Месечина: ова е резултат на пумпање вода преку природни ограничувања околу крајбрежјето и последователно вискозна дисипација на океанско дно и во турбуленции. Оваа загуба на енергија предизвика забавување на ротацијата на Земјата во 4,5 милијарди години од нејзиното формирање. Во текот на последните 620 милиони години вртежниот период на Земјата (должина на ден) е зголемен од 21,9 часа до 24 часови; во овој период системот Земја-Месечина изгубил 17% од својата вртежна енергија. Додека плимата и осеката ќе зема дополнителна енергија од системот, ефектот е занемарлив и нема да биде забележлив во догледна иднина.
2 Методии
Плимната енергија може да биде класифицирана во четири методи за генерирање:
2.1 Плимни текови
Генераторите на приливите текови ја користат кинетичката енергија на движењето на водата за напојување на турбините, на сличен начин како и турбините на ветер кои го користат ветрот за напојување на турбините. Некои плимни генератори може да се вградат во структурите на постоечките мостови или да се целосно потопени, со што се избегнува загриженоста за влијанието врз природниот пејзаж. Констрикциите на земјиштето, како што се теснецот или доводот, можат да создадат високи брзини на одредени места, кои можат да се фатат со помош на турбини. Овие турбини можат да бидат хоризонтални, вертикални, отворени или канализирани.
2.2 Плимен бараж
Плимните бранови користат потенцијална енергија во разликата во висината (или хидраулична глава ) помеѓу плимата и осеката. Кога се користат плимни бранови за производство на енергија, потенцијалната енергија од плимата се искористува преку стратешко поставување на специјализирани брани. Кога нивото на морето се подига и плимата почнува да навлегува, привременото зголемување на плимната моќ се канализира во голем слив зад браната, задржувајќи голема количина на потенцијална енергија. Со повлекувањето на плимата, оваа енергија потоа се претвора во енергија механичка бидејќи водата се ослободува преку големи турбини кои создаваат електрична енергија преку употреба на генератори. Баражите се во суштина брани низ целата ширина на плимен естуар.
2.3 Динамична плимна моќ
Динамичката плима моќ (или ДТП) е теоретска технологија која би ја искористила интеракцијата помеѓу потенцијалните и кинетичките енергии во приливите текови. Предлага многу долги брани (на пример: 30–50 км должина) да бидат изградени од брегови директно во морето или океанот, без да заградат област. Разликите на приливите фази се воведени низ браната, што доведува до значителен диференцијал на нивото на водата во плитките крајбрежни мориња - со силни осцилирачки плимни струи паралелни на брегот, како што се наоѓаат во ОК, Кина и Кореја. Индуцираната плима ТДП би можела да ја прошири географската одржливост на новиот хидро-атмосферски концепт „ЛПД“ (месечев пулсен барабан) откриен од иноватор од Девон во кој плимниот „воден клип“ турка или влече измерен млаз воздух кон вртежен воздух. -активатор и генератор. Принципот бил демонстриран на Лондон Бриџ јуни 2019 година. Планови за 30 м, „пилот“ инсталација од 62,5 kwh на (Локалната управа) плимна устие на брегот во Бристолскиот канал е во тек.
2.4 Плимна лагуна
Нова опција за дизајнирање на плимната енергија е да се изградат кружни потпорни ѕидови вградени со турбини кои можат да ја фатат потенцијалната енергија на плимата и осеката. Создадените акумулации се слични на оние на плимните баражи, само што локацијата е вештачка и не содржи веќе постоечки екосистем. Лагуните можат да бидат и во двоен (или троен) формат без пумпање или со пумпање што ќе ја израмни излезната моќност. Моќта на пумпање може да се обезбеди преку вишок на потребата од обновлива енергија на мрежата од на пример турбини на ветер или сончеви фотоволтаични низи. Вишокот на обновлива енергија наместо да се ограничи може да се користи и складира за подоцнежен временски период. Географски дисперзираните плимни лагуни со временско доцнење помеѓу максималното производство, исто така, ќе го израмнат врвното производство обезбедувајќи производство речиси на основно оптоварување по повисока цена од другите алтернативи, како што е складирањето на обновлива енергија за централно греење. Откажаната приливна лагуна Свонси залив во Велс, Обединетото Кралство би била првата плимна електрана од овој тип што некогаш била изградена.
3 САД и Канадските студии во 20 век
Светска потрошувачка на енергијаа од страна на Федералната комисија за електрична енергија на САД во 1924 година. Доколку се изградат, електраните би биле сместени во северната гранична област на американската сојузна држава Мејн и југоисточната погранична област на канадската провинција Њу Бранзвик, со различни брани, централи и бродски брави кои го оградуваат заливот Фанди и заливот Пасамакуди. Ништо не произлегло од студијата и не е познато дали Американската Федерална комисија за енергија и се обратила на Канада за студијата.
Во 1956, комуналната компанија ''Нова Скотија Лајт енд Пауер оф Халифакс'' нарачала пар студии за изводливоста на комерцијалниот развој на плимата и осеката на страната на Нова Шкотска на Заливот Фанди. Двете студии, од Стоун и Вебстер од Бостон и од Монтреал Инџиниринг Компани од Монтреал, независно заклучиле дека милиони коњски сили (т.е. гигавати) може да се искористат од Фанди, но дека трошоците за развој ќе бидат комерцијално огромни.
Имало, исто така, извештај за меѓународната комисија во април 1961 година со наслов „Истражување на меѓународниот проект за приливна енергија Пасамакуоди“ изработен и од американската и од канадската федерална влада. Според односот на придобивките и трошоците, проектот бил корисен за САД, но не и за Канада. Бил замислен и автопатски систем долж врвот на браните.
Студијата била нарачана од страна на канадската, Нова Шкотска и Нов Бранзвик за да се утврди потенцијалот за плимни бранови во заливот Чигнекто и басенот Минас - на крајот од вливот на заливот Фанди. Биле утврдени три локации како финансиски изводливи: заливот Шеподи (1550 MW), Басенот Камберленд (1085 MW) и Заливот Кобекид (3800 MW). Овие никогаш не биле изградени и покрај нивната очигледна изводливост во 1977
4 Америчките студии во 21 век
Снохомиш ПУД, јавна комунална област сместена главно во округот Снохомиш, државата Вашингтон, започнала проект за плимна енергија во 2007 година. Во април 2009 година ПУД ја избрала ОпенХајдро, компанија со седиште во Ирска, да развие турбини и опрема за евентуална инсталација. Проектот, како што бил првично дизајниран, предвидел поставување опрема за производство во области со висок прилив и нејзино работење во период од четири до пет години. По пробниот период, опремата била отстранета.
Проектот првично бил буџетиран со вкупен трошок од 10 милиони американски долари, при што половина од финансирањето било обезбедено од ПУД од резервните фондови за комунални услуги, а половина од грантови, главно од федералната влада на САД. ПУД платила дел од проектот од резерви и добила грант од 900.000 американски долари во 2009 година и грант од 3,5 милиони американски долари во 2010 година, покрај тоа што искористила резерви за да плати околу 4 милиони долари трошоци.
Во 2010 година, проценката на буџетот била зголемена на 20 милиони американски долари, при што половина од средствата биле обезбедени од комуналните услуги, а половина од федералната влада. Комуналното претпријатие не можело да ги контролира трошоците за овој проект и до октомври 2014 година трошоците се искачиле на околу 38 милиони американски долари и се предвидувало дека ќе продолжат да се зголемуваат.
5 Развојот на плимата и осеката во Обединетото кралство
Првиот капацитет за тестирање на морската енергија во светот бил основан во 2003 за да започне развојот на брановата и плимната енергија индустрија во Обединетото кралство. Со седиште во Оркни, Шкотска, Европскиот центар за морска енергија (EMEC) го поддржала распоредувањето на повеќе уреди за бранова и плима енергија отколку на која било друга локација во светот. EMEC обезбедува различни места за тестирање во реални услови на море. Нејзиното плимско тестирање поврзано со мрежата се наоѓа на Падот на Ворнес, во близина на островот Едеј, во тесен канал кој ја концентрира плимата додека тече помеѓу Атлантскиот Океан и Северното Море. Оваа област има многу силна плимна струја, која може да патува до 4 м/с (8,9 mph; 7.8 kn; 14 km/h) во пролетните плими. Програмерите на плимната енергија кои се тестирале на локацијата вклучуваат: Алстом; АНДРИЦ ХИДРО Хамерфест; Наутричност; ОпенХајдра;. Ресурсот може да биде 4 TJ годишно. На друго место во ОК, може да се извлече годишна енергија од 50 TWh ако се инсталира капацитет од 25 GW со ротирачки сечила.
6 Тековни и идни шеми за приливна моќност
* Плимната електрана Ранс била изградена во период од 6 години од 1960 до 1966 во Ла Ранс, Франција. и има инсталирана моќност од 240 MW.
* Плимната електрана на езерото Сихва со моќност од 254 MW во Јужна Кореја е најголемата инсталација за плимна енергија во светот. Изградбата била завршена во 2011 година.* Првото место на плимата и осеката во Северна Америка е Кралската генераторска станица Анаполис, Анаполис Ројал, Нова Шкотска, која била отворена во 1984 година на влезот во Заливот Фанди и има инсталирана моќност од 20 MW
* Електричната централа Џијангса Тајдал, јужно од Хангжу во Кина, работи од 1985, со сегашна инсталирана моќност од 3,2 MW. Се планира поголема приливна моќ во близина на устието на Јалу.* Првиот генератор на плимна струја во Северна Америка бил инсталиран во Рејс Рокс на јужниот дел на островот Ванкувер во септември 2006. Проектот Рејс Рокс бил затворен откако работеше пет години (2006–2011) бидејќи високите оперативни трошоци произведуваа електрична енергија со стапка што не била економски изводлива. Следната фаза во развојот на овој генератор на плима струја ќе биде во Нова Шкотска (Заливот на Фанди).* Мал проект бил изграден од страна на Советскиот Сојуз во Кислаја Губа на Баренцовото Море. Има 0,4 MW инсталирана моќност. Во 2006 година бил надграден со експериментална напредна ортогонална турбина од 1,2 MW.
* Плимната електрана Џиндо Улдолмок во Јужна Кореја е шема за генерирање на плимни текови што се планира постепено да се зголемува до 90 MW капацитет до 2013. Првиот 1 MW бил инсталиран во мај 2009.
* Системот СиЏен од 1,2 MW стана оперативен кон крајот на 2008 година на Странгфорд Лаф во Северна Ирска.* Договорот за плимниот бран од 812 MW во близина на островот Гангва (Јужна Кореја) северозападно од Инчеон е потпишан од Даеву. Завршувањето било планирано за 2015 но проектот бил повлечен во 2013 * Бараж од 1.320 MW изграден околу островите западно од Инчеон бил предложен од страна на јужнокорејската влада во 2009. Проектот бил стопиран од 2012 поради еколошки грижи.* Шкотската влада ги одобри плановите за генератори на плимни потоци од 10 MW во близина на Ислеј, Шкотска, што чини 40 милиони фунти и се состои од 10 турбини - доволно за напојување на над 5.000 домови. Првата турбина се очекуваше да биде во функција до 2013 но од 2021 не биле во функција.
* Индиската држава Гуџарат планираше да биде домаќин на првата електрана во Јужна Азија од комерцијални размери. Компанијата Atlantis Resources планирала да инсталира плимна фарма од 50 MW во Заливот Куч на западниот брег на Индија, со изградба планирана да започне во 2012, подоцна повлечена поради високите трошоци.* Оушан Рењуабл Пауер Корпорејшн била првата компанија што испорача плимна енергија на американската мрежа во септември 2012, кога нејзиниот пилот систем ТидЏен бил успешно распореден во заливот Кобскук, во близина на Истпорт.* Во Њујорк, Вердант Пауер успешно распоредил и управувал со три плимни турбини во Ист Ривер во близина на островот Рузвелт, на единствен триаголен базен систем, наречен TriFrame™. Проектот „Плимна енергија на островот Рузвелт“ (RITE) генерира над 300 MWH електрична енергија во локалната мрежа, што е американски рекорд за поморска енергија. Перформансите на системот биле независно потврдени од шкотскиот Европски центар за морска енергија (EMEC) според новите меѓународни стандарди на Меѓународната електротехничка комисија (IEC). Ова е прв случај на верификација од трета страна на претворач на плимна енергија до меѓународен стандард.* Изградбата на електрана во плимната лагуна од 320 MW надвор од градот Свонси во Обединетото Кралство доби дозвола за планирање во јуни 2015, а работата се очекува да започне во 2016. Откако ќе биде завршен, ќе генерира над 500 GWh електрична енергија годишно, доволно за напојување на околу 155.000 домови.* Во Ремзи Саунд во 2014 година се инсталира проект за турбина * Најголемиот проект за плимна енергија насловен МејЏен (398 MW) моментално се гради во Пентланд Фирт во северна Шкотска
7 Проблеми и предизвици
7.1 Грижи за животната средина
Плимната енергија може да влијае на морскиот живот. Ротирачките сечила на турбините може случајно да го убијат морскиот живот за пливање. Проектите како оној во Странгфорд вклучуваат безбедносен механизам кој ја исклучува турбината кога се приближуваат морски животни. Сепак, оваа одлика предизвикува голема загуба на енергија поради количината на морскиот свет што минува низ турбините. Некои риби може да ја избегнат областа ако се загрозени од постојано ротирачки или бучен предмет. Морскиот свет е огромен фактор кога се поставуваат генератори на енергија од плимата и осеката, и се преземаат мерки на претпазливост за да се осигура дека што е можно помалку морски животни ќе бидат погодени од него. Базата на податоци Тетис обезбедува пристап до научна литература и општи информации за потенцијалните еколошки ефекти од плимната енергија. Во однос на потенцијалот за глобално затоплување (то ест јаглероден отпечаток), влијанието на технологиите за генерирање на плимна енергија се движи помеѓу 15 и 37 gCO <sub>2</sub> -eq/kWhe, со средна вредност од 23,8 gCO <sub>2</sub> -eq/kWhe. Ова е во согласност со влијанието на другите обновливи извори како што се ветерот и сончевата енергија, и значително подобро од технологиите базирани на фосили.
7.1.1 Плимни турбини
Главната грижа за животната средина со плимната енергија е поврзана со ударот на сечилото и заплеткувањето на морските организми бидејќи водата со голема брзина го зголемува ризикот организмите да бидат туркани близу или преку овие уреди. Како и со сите офшор обновливи енергии, постои и загриженост за тоа како создавањето на електромагнетни полиња и акустични излези може да влијаат на морските организми. Бидејќи овие уреди се во вода, акустичниот излез може да биде поголем од оние што се создаваат со енергијата на ветерот на брегот. Во зависност од честотата и амплитудата на звукот генериран од уредите за плимна енергија, овој акустичен излез може да има различни ефекти врз морските цицачи (особено оние кои ехолокатираат за да комуницираат и да навигираат во морската средина, како што се делфините и китовите ). Отстранувањето на плимната енергија, исто така, може да предизвика еколошки проблеми, како што се деградирање на квалитетот на водата на далечното поле и нарушување на процесите на седимент. Во зависност од големината на проектот, овие ефекти може да варираат од мали траги на седимент што се собира во близина на плимниот уред до сериозно влијание врз екосистемите и процесите во близина на брегот.
7.1.2 Плимниот бараж
Инсталирањето на бараж може да го промени крајбрежјето во заливот или вливот, што ќе влијае на голем екосистем кој зависи од плимните станови. Инхибирајќи го протокот на вода во и надвор од заливот, може да има и помало испирање на заливот или устието, предизвикувајќи дополнителна заматеност (суспендирани цврсти материи) и помалку солена вода, што може да резултира со смрт на рибите кои делуваат како витален извор на храна на птиците и цицачите. Рибите кои мигрираат, исто така, може да не можат да пристапат до потоци за размножување и може да се обидат да поминат низ турбините. Истите акустични грижи се однесуваат на плимните баражи. Намалувањето на пристапноста на превозот може да стане социо-економско прашање, иако може да се додадат брави за да се овозможи бавен премин. Сепак, баражот може да ја подобри локалната економија со зголемување на пристапот до земја како мост. Помирните води исто така може да овозможат подобра рекреација во заливот или устието. Во август 2004 година, грбав кит препливал низ отворената порта на кралската генераторска станица Анаполис при слаба плима, завршувајќи заробен неколку дена пред на крајот да го најде својот пат до басенот на Анаполис.=
2.4 Плимна лагуна
=
Еколошки, главните грижи се ударот на сечилото врз рибите кои се обидуваат да влезат во лагуната, акустичниот излез од турбините и промените во процесите на седиментација. Сепак, сите овие ефекти се локализирани и не влијаат на целиот влив или залив.
7.2 Корозија/Рѓа
Морната вода предизвикува корозија на металните делови. Може да биде тешко да се одржат генераторите на плимниот поток поради нивната големина и длабочина во водата. Употребата на материјали отпорни на корозија како што се не’рѓосувачки челици, легури со висока содржина на никел, легури на бакар-никел, легури на никел-бакар и титан може значително да го намали или елиминира оштетувањето од корозија.
Може да истечат механички течности, како што се лубриканти, што може да биде штетно за морскиот живот во близина. Соодветното одржување може да го минимизира бројот на штетни хемикалии кои можат да влезат во животната средина.
7.3 Фаулирање
Биолошките настани што се случуваат при поставување на која било структура во област со високи плимни струи и висока биолошка продуктивност во океанот ќе обезбедат структурата да стане идеална подлога за раст на морските организми. Во референците на Проектот Тајдал Курент во Ред Рокс во Британска Колумбија, ова е документирано. Исто така неколку структурни материјали и облоги биле тестирани од нуркачите на колеџот Лестер Пирсон за да му помогнат на Клин Курент во намалувањето на нечистотијата на турбината и другата подводна инфраструктура.
7.4 Цена
Плимната енергија има висока почетна цена, што може да биде една од причините зошто таа не е популарен извор на обновлива енергија. Методите за производство на електрична енергија од плимната енергија се релативно нова технологија. Се предвидува дека плимата и осеката ќе биде комерцијално профитабилна во текот на 2020 година [ потребно е ажурирање ] со подобра технологија и поголеми размери. Сепак, плимната енергија е сè уште многу рано во процесот на истражување и можеби е можно да се намалат трошоците во иднина. Делотворноста на трошоците варира во зависност од локацијата на плимните генератори. Еден показател за исплатливоста е односот Гибрат, кој е должината на баражот во метри поделена со годишното производство на енергија во киловат часови.
Бидејќи плимната енергија е сигурна, разумно може да се предвиди колку време ќе биде потребно за да се исплати високата претходна цена на овие генератори. Поради успехот на значително поедноставен дизајн, ортогоналната турбина нуди значителни заштеди на трошоците. Како резултат на тоа, производниот период на секоја производна единица е намален, потребна е помала потрошувачка на метал и поголема е техничката ефикасност.
8 Мониторинг на структурно здравје
Високите фактори на оптоварување што произлегуваат од фактот дека водата е 800 пати погуста од воздухот и предвидливата и доверлива природа на плимата и осеката во споредба со ветерот, ја прават плимата и осеката особено привлечна за производство на електрична енергија. Следењето на состојбата е клучот за негово економично искористување.
9 Поврзано
* Хидроенергија
* Плимна баража
* Плимна фарма
* Морска енергија
* Морска струја
* Осмотска енергија