Приливная ферма - Tidal farm

Турбина морского дна

А приливная ферма это группа из нескольких генераторы приливных потоков собран в том же месте, где и производился электроэнергия,^[1] похожий на ветряная электростанция. Затем низковольтные линии электропередач от отдельных блоков подключаются к подстанция, где напряжение повышается с помощью трансформатор за распределение через систему передачи высокого напряжения.

Исследования и разработки

А математическая оптимизация Используется подход при проектировании схем турбинных электростанций. Используя параметры окружающей среды, такие как глубина воды, и используя их математические формулы, можно разработать и протестировать план фермы. Благодаря этим исследованиям и разработкам можно было точно проверить и спрогнозировать такие факторы, как количество турбин, расположение турбин и общую прибыль фермы.^[2]

В Бретань, Франция, французская приливная ферма развернула первую из двух мощностей мощностью 500 кВт. турбины. Проект расположен в 16 милях от берега и имеет глубину 35 метров. Как только электроэнергия будет произведена, она будет преобразована и транспортирована на береговую площадку, расположенную на полуострове Аркуэст в Плубазланеке. Этот проект способствует прогрессу в переходе к возобновляемым источникам энергии и, в частности, к энергии приливов и отливов.^[3]

В Иран был интерес к развитию энергии приливных потоков из-за их предсказуемости и постоянства. Факультет гражданского строительства университета Tarbiat Modares University определили потенциальные места, представляющие интерес для этих ферм. Расположение включает Персидский залив, Оманское море, пролив Ховран, остров Хенгам и остров Большой Тунб. Стоимость энергии, выработка электроэнергии, ставки тарифов и ожидаемая доходность инвестиций также были проанализированы и изучены исследовательской группой университета.^[4]

Были разработаны методы определения наиболее подходящих участков для приливных ферм. Факторы, учитываемые при выборе местоположения, включают возможность обеспечить максимальную мощность, наименьшие затраты и наименьшее количество неудобств для морской жизни. Тематическое исследование, проведенное в Бристольский канал использовал гидродинамическую модель в программе на основе Matlab, чтобы получить ее результаты.

Технологии

Приливные фермы используют генераторы приливных потоков которые сгруппированы вместе, чтобы произвести электричество. Эти генераторы используют движущиеся приливы вращать турбины, которые очень похожи на Ветряные турбины используется на суше. Сила океана и передовые технологии турбин гарантируют гораздо более предсказуемый выход энергии, чем обычные ветряные турбины. Турбины обычно располагаются в районах с высокой приливной активностью, чтобы генераторы работали максимально эффективно. Уникальность приливных ферм состоит в том, что они организованы в группы, что позволяет производить гораздо больше энергии. Генераторы подключены к подстанциям на берегу для преобразования напряжения с высокого на низкий или с низкого на высокое. Эти генераторы могут быть полупогружными или закрепленными на морском дне, что означает, что они будут вне поля зрения и не будут раздражать публику. Используемые турбины будут очень медленно двигаться из-за плотности воды, это очень полезно для водных организмов, потому что рыба сможет свободно проходить через них, не опасаясь смерти. Некоторые турбины также могут использоваться в оросительных каналах, реках и плотинах независимо от того, идет ли вода быстро или медленно.^[5]

Операторы

Шотландия - один из основных лидеров в использовании энергии приливов в качестве Альтернативная энергетика ресурс. В 2012 году компания Scottish Power установила 30-футовую турбину у Оркнейских островов. Токи у этих островов очень быстро движутся, и проведенные испытания показали, что генератор вырабатывает один мегаватт электроэнергии, чего достаточно для питания 500 домов. Шотландия также планирует установить более мощный генератор на берегу Звука Айлей, который сможет питать более 5000 домов после того, как будет полностью введен в эксплуатацию.^[6] В январе 2015 года производство 400-мегаватт приливный генератор строился в Северной Шотландии. Этот генератор сможет обеспечить электроэнергией 175 000 домов.^[7] Энергия океана - это чистый и эффективный источник энергии, который никогда не отключается. Использование ферм Tidal - намного более чистый и эффективный способ производства электроэнергии. Одним из недостатков приливных ферм является морская жизнь и то, как она на нее повлияет. Им также нужно будет установить приливные фермы глубоко в океане, где это не повлияет на рыбацкие лодки или проходящие мимо большие суда. Соединенные Штаты Америки имеет почти 12380 миль береговой линии и в настоящее время предлагает до 22 миллионов долларов на финансирование исследований морских источников энергии.^[8]

Лидеры на практике

Компания Ocean Flow использовала Сименс технология проектирования полупогружной турбины. Созданные модели доказали свою превосходную способность противостоять морским условиям. Компания утверждает, что ее модель меньше нарушает окружающую экосистему и требует меньших затрат на развертывание. Ключевой особенностью этой модели является платформа, на которой установлена турбина. Она была разработана в Школе морских наук и технологий Университета Ньюкасла в 2006 году. Платформа подходит для работы в суровых условиях на большой глубине океана. Старший инженер-разработчик OceanFlow Марк Кнос прокомментировал проект и заявил, что они создали модель в масштабе 1/40 для тестирования, а также модель в масштабе 1/10. Обе модели прошли испытания и дали многообещающие результаты.^[9]

Генерация Tidal Farm в Северной Америке

В Северной Америке меньше приливных электростанций, чем в любой другой сопоставимой географической области, с точки зрения ВВП или население. По оценкам, приливная энергия может составлять пятнадцать процентов потребляемой энергии в Соединенных Штатах, если ее правильно использовать.^[10] Первая приливная инстилляция в Северной Америке для подключения к электросети была заложена в 2012 году в Cobscook Bay, Штат Мэн Ocean Renewable Power Company.^[11] Предварительное устройство вырабатывает 180 киловатт на полной мощности. Планы по установке еще двух устройств были отложены на 2013 год. Генераторы Tidal были установлены в 2009 году OpenHydro и Эмера залив Фанди. Эти приливные генераторы были повреждены, потеряв несколько лопастей из-за мощных приливов в заливе. Осенью 2016 года совместное предприятие тех же двух компаний успешно разместило 2-мегаваттный приливный генератор в заливе Фанди, частью которого является залив Кобскук.^[12] Успешная интеграция новых приливных генераторов с местными электростанциями, а также подключенная электросеть обеспечивает примерно от 150 до 200 домов в день.^[11]

Типы

• Двух- и трехлопастная турбина - это турбины, прикрепленные к стационарной опоре и вращать осевой, чтобы преследовать Океанские течения. Некоторые двух- и трехлопастные турбины могут иметь два комплекта, прикрепленные к опоре для большей эффективности. Этот тип турбины должен быть отсоединен от стационарной опоры и подъемника с помощью кранов, прикрепленных к судам, когда должно выполняться техническое обслуживание.

• Полупогружные турбины - более дорогие турбины, но в долгосрочной перспективе они дешевле и более рентабельны. Турбины подключаются к стационарной стойке, и турбогенератор можно поднимать и опускать в любое время для обслуживания.

• Турбина канального типа использует воздуховод вокруг входа в турбину, чтобы направлять и ускорять приливный поток к ротору. Используя воздуховод, можно извлечь больше энергии из того же количества воды с помощью лопастей ротора меньшего диаметра, тем самым снижая затраты на производство и обслуживание.

• Плавучие турбины с кабельной связью прикреплены цепью к стационарной точке на дне океана и следуют за океанским течением по горизонтали на 360 градусов. Эти турбины легко поднять на поверхность для обслуживания, поскольку они находятся под давлением воздуха. Они также оснащены датчиками для обнаружения любой воды, которая пытается проникнуть в генератор под давлением.

Проблемы

Один из нескольких относящийся к окружающей среде неизвестным о приливных фермах является угроза, которую они могут представлять для жизни растений в районах, где будут установлены турбины.^[13] Но если лопасти вращаются медленнее, чем обычно, ветровые турбины могут устранить некоторые потенциальные экологические проблемы. Другая проблема, которая может возникнуть, - это сделать турбину водонепроницаемой, чтобы предотвратить коррозию металлическими деталями внутри турбины морской водой. Подводные турбины должны быть расположены вдали от морских путей, слишком близко к берегу и на достаточно большой глубине, чтобы они не мешали повседневному судоходству. Размещение подводных турбин в таких странах, как Шотландия, может помочь другим странам изучить и изучить лучшие идеи для создания энергии, извлекая уроки из успехов и неудач ведущих стран. Шотландия ожидает, что остальной мир последует их примеру и установит по всему миру приливные фермы, чтобы помочь остановить загрязнение и сделать производство энергии чище и безопаснее.

Влияние на географию океана и характер приливов и отливов

Приливные фермы представляют собой множество возможных экологических изменений в окружающей среде, в которой они находятся. Структуры этих ферм вызывают изменения в приливных режимах, поток наносов, и столб воды турбулентность.^[14] На характер приливов можно влиять по-разному в зависимости от структуры самой фермы. Структура относится к размеру и поперечный площадь, потому что количество лопастей или нагрузка на ферму не имеют большого значения для общей высоты воды. Видно, что эти эффекты снижают как прилив, так и отлив, что означает, что уровень воды в целом будет ниже.^[15] Однако количество лезвий и нагрузка на систему влияют на приливный диапазон в значительной степени. Диапазон приливов и отливов может быть уменьшен до 42% с помощью наблюдений за самыми густонаселенными фермами, которые могут вызвать разрушение до 32% территорий вокруг них, но это можно контролировать. Урон можно снизить до 19% за счет использования двухроторного разнесенного турбина и только 5,4% с пятироторными турбинами. Это достигается за счет распределения работы воды по большой площади поверхности самой турбины, чтобы смягчить изменение потока в водяном столбе.^[16]

На поток наносов влияет введение на территорию приливных ферм. Он не только создает турбулентность, которая перемещает отложения, но и изменяет экосистему вокруг себя. Перемещая больше наносов в области, которые раньше не сильно улучшались, такие как лужайки может быть уничтожен, будучи покрытым осадком. География дна океана будет изменена из-за новой структуры течения наносов из-за новой турбулентности. Новые вещи вроде отмели могут образовываться вокруг ферм, оказывая даже большее воздействие на окружающую среду, оказывая влияние на большее количество изменений, чем ожидалось изначально.^[14]

В столб воды также сталкивается с множеством шансов, поскольку сила, которую он передает через турбулентность, поглощается приливными фермами. На волны будет напрямую влиять снижение энергии за водой, что приведет к их ослаблению, что тоже может разрушить несколько экосистем. Также будет влияние на приливные зоны с меньшей турбулентностью, которую многие виды, такие как рыба и крабы, используют для пропитания и выживания. Другие вещи, такие как шум и электромагнитные поля также создают проблемы для окружающей среды, но не в таком масштабе, как последние последствия для географии и жизни в экосистеме.^[14]

Влияние на экологию

Основное размещение приливных ферм происходит в приливных плотинах, болота, лагуны и другие приливной водоемы чаще всего являются домом для перелетных птиц водно-болотных угодий. Размещение приливных ферм поднимает уровень воды до точки, при которой районы кормления птиц оказываются под водой. С потерей площадей нагула увеличивается смертность.^[17] Кроме того, исследования были проведены Эксетерский университет факультет водно-болотных птиц в Солуэй-Ферт, Великобритания. Эти исследования пришли к выводу, что влияние некоторых типов приливных ферм незначительно. Воздействие приливных ферм на загрязненные водой места обитания в Солуэй Ферт оказались относительно низкими даже для самого крупного случая.^[17] В исследовании подчеркивалось, что текущие установки с аналогичной мощностью, что и моделирование, имеют меньшую потерю приливной зоны, чем у его компьютерного аналога. ^[17]. Был сделан один вывод, что будущие исследования должны быть сосредоточены на уязвимости отдельных видов по сравнению с воздействием на морских птиц в целом.

Строительство приливных заграждений в залив, вход или устье это один из немногих случаев, когда межвидовые отношения были затронуты повсеместно. Удержание приливной воды изменяет расписание видов, которые доминируют в прибрежных средах обитания от верхних до средних. В то же время нижний берег остается под водой в течение более длительных периодов времени. Образовавшаяся вынужденная экосистема разрушительна для большинства существующих видов, за исключением рыб, питающихся приливом. Продолжительные периоды прилива дают больше возможностей для поиска пищи, поэтому в этих случаях можно наблюдать рост популяции.^[14]

Структуры более крупных приливных заграждений изменяют размыв и отложения в соответствующих местах обитания. Размыв и отложение относится к перемещению и обмену отложений по дну водоема. Центр исследований и разработок инженеров армии США в Виксбурге, штат Миссисипи, заявил, что прекращение естественных отложений наносов напрямую привело к повышению уровня смертности донной травы, поскольку ростки не могли нормально расти на измененном морском дне. Это было бы еще более разрушительным для бентосный жизнь, которая обитает под дном океана, поскольку на них легко влияют изменения течения, протекающего по дну океана. Этого тоже было бы трудно предотвратить, поскольку эти организмы нелегко переместить, поскольку они очень чувствительны к изменениям в своей атмосфере.^[14]