Dynamiczna siła pływów
| Część serii poświęconej |
| energetyce odnawialnej |
|---|
 |
Dynamiczna energia pływów lub DTP to niewypróbowana, ale obiecująca technologia wytwarzania energii pływów . Wymagałoby to stworzenia długiej struktury przypominającej zaporę, prostopadłej do wybrzeża, z opcją równoległej do wybrzeża bariery na drugim końcu, tworzącej duży kształt litery „T”. Ta długa zapora typu T kolidowałaby z hydrodynamiką fal pływowych równoległych do wybrzeża, tworząc różnice poziomów wody po przeciwnych stronach bariery, które napędzają szereg dwukierunkowych turbin zainstalowanych w zaporze. Oscylujące fale pływowe, które biegną wzdłuż wybrzeży szelfów kontynentalnych, zawierające silne hydrauliczne , są powszechne np. w Chinach , Korei i Wielkiej Brytanii .
Koncepcja została wynaleziona i opatentowana w 1997 roku przez holenderskich inżynierów wybrzeża Keesa Hulsbergena i Roba Steijna.
Krótki film wyjaśniający tę koncepcję został ukończony w październiku 2013 roku i udostępniony w języku angielskim na YouTube i chińskim na Youku.
Opis
Zapora DTP to długa bariera o długości 30 km lub więcej, zbudowana prostopadle do wybrzeża, biegnąca prosto do morza, bez zamykania obszaru. Wzdłuż wielu wybrzeży świata główny ruch pływów przebiega równolegle do linii brzegowej: cała masa wody oceanicznej przyspiesza w jednym kierunku, a później w ciągu dnia z powrotem. Zapora DTP jest wystarczająco długa, aby wywrzeć wpływ na poziomy ruch pływowy, który generuje różnicę poziomów wody (głowa) po obu stronach zapory. Głowę można przekształcić w energię za pomocą długiej serii konwencjonalnych turbin niskogłowych zainstalowanych w zaporze.
Maksymalna różnica głowy
Szacunki maksymalnej różnicy spadów, które można uzyskać z różnych konfiguracji zapór, oparte są na modelach numerycznych i analitycznych. Informacje terenowe ze zmierzonych różnic poziomów wody w poprzek naturalnych barier potwierdzają powstanie znacznego spiętrzenia. (Maksymalna) różnica wysokości jest większa niż można by się spodziewać w przepływu stacjonarnego (takich jak rzeki). Maksymalna różnica wysokości osiąga wartości do kilku metrów, co można przypisać niestałemu charakterowi przepływu pływów (przyspieszeń).
Korzyści
Wysoka moc wyjściowa
Szacuje się, że niektóre z największych tam mogą pomieścić ponad 15 GW (15 000 MW) mocy zainstalowanej. Zapora DTP o zainstalowanej mocy 8 GW i współczynniku mocy około 30% mogłaby generować około 21 TWh rocznie. Aby spojrzeć na tę liczbę z perspektywy, przeciętny Europejczyk zużywa około 6800 kWh rocznie, więc jedna zapora DTP mogłaby dostarczyć energię dla około 3 milionów Europejczyków.
Stabilna moc
Wytwarzanie energii pływów jest wysoce przewidywalne ze względu na deterministyczny charakter pływów i niezależne od warunków pogodowych czy zmian klimatu. Moc wyjściowa zmienia się w zależności od fazy pływów (przypływy i odpływy, przypływy i wiosna), ale skutków krótszych okresów można uniknąć, łącząc dwie tamy, umieszczone w pewnej odległości od siebie (rzędu 150–250 km), z których każda generuje maksimum produkcji energii elektrycznej, podczas gdy druga generuje minimalną produkcję. Zapewnia to przewidywalną i dość stabilną podstawową generację do sieci energetycznej.
Duża dostępność
Dynamiczna siła pływów nie wymaga bardzo dużego naturalnego zasięgu pływów , ale zamiast tego otwartego wybrzeża, gdzie propagacja pływów odbywa się wzdłuż brzegu. Takie warunki pływowe można spotkać w wielu miejscach na świecie, co oznacza, że teoretyczny potencjał DTP jest bardzo duży. Na przykład wzdłuż chińskiego wybrzeża całkowita ilość dostępnej mocy szacowana jest na 80 - 150 GW.
Potencjał dla połączonych funkcji
Długą zaporę można łączyć z różnymi innymi funkcjami, takimi jak ochrona wybrzeża, porty głębinowe i LNG, obiekty akwakultury, kontrolowana rekultywacja gruntów i połączenia między wyspami a lądem. Te dodatkowe funkcje mogą dzielić koszty inwestycji, pomagając w ten sposób obniżyć cenę za kWh.
Wyzwania
Głównym wyzwaniem jest to, że dowód funkcjonowania DTP można wykazać jedynie poprzez zastosowanie go w praktyce. Testowanie koncepcji DTP na małą skalę w ramach projektu demonstracyjnego nie byłoby skuteczne, ponieważ prawie nie uzyskano by mocy. Nawet przy zaporze o długości około 1 km, ponieważ zasada DTP polega na tym, że zdolność generowania energii rośnie wraz ze wzrostem kwadratu długości tamy (zarówno wysokość podnoszenia, jak i objętość rosną w sposób mniej więcej liniowy wraz ze wzrostem długości tamy, co skutkuje kwadratowym wzrostem produkcji energii). Szacuje się, że rentowność ekonomiczna zostanie osiągnięta dla zapór o długości około 30 km.
Projekt demonstracyjny
Rozważany projekt demonstracyjny w Chinach nie obejmowałby budowy tamy, ale obejmowałby nowo wycięty kanał przez długi półwysep z wąskim przesmykiem ( szyją). Kanał miałby wysokość około 1–2 metrów (3,3–6,6 stopy) i byłby wyposażony w dwukierunkowe turbiny o niskim skoku, podobne do tych, które byłyby używane do DTP na pełną skalę.
Stan rozwoju technologicznego
Żadna tama DTP nigdy nie została zbudowana, chociaż wszystkie technologie wymagane do budowy tamy DTP są dostępne. Przeprowadzono różne modele matematyczne i fizyczne w celu modelowania i przewidywania różnicy poziomów wody w dynamicznej zaporze pływowej . Interakcję między pływami a długimi tamami zaobserwowano i zarejestrowano w dużych projektach inżynieryjnych, takich jak Delta Works i Afsluitdijk w Holandii . Znana jest również interakcja prądów pływowych z naturalnymi półwyspami , a dane te służą do kalibracji numerycznych modeli pływów. Wzory do obliczania masy dodanej wykorzystano do opracowania analitycznego modelu DTP. Zaobserwowane różnice poziomów wody ściśle odpowiadają aktualnym modelom analitycznym i numerycznym. Różnicę poziomów wody generowaną nad zaporą DTP można teraz przewidzieć z użytecznym stopniem dokładności.
Niektóre z kluczowych wymaganych elementów obejmują:
- Turbiny dwukierunkowe (zdolne do generowania mocy w obu kierunkach) do środowisk o niskim spadzie i dużej objętości. Istnieją jednostki operacyjne do zastosowań z wodą morską, osiągające sprawność ponad 75%.
- Metody budowy zapór. Można to osiągnąć za pomocą modułowych pływających kesonów (betonowych bloków konstrukcyjnych). Te kesony byłyby produkowane na lądzie, a następnie spławiane do miejsca zapory.
- Odpowiednie strony do zademonstrowania DTP. Projekt pilotażowy DTP mógłby zostać zintegrowany z planowanym projektem rozwoju wybrzeża, takim jak most morski, połączenie z wyspą, port dalekomorski, rekultywacja gruntów, morska farma wiatrowa itp., zbudowany w środowisku odpowiednim dla DTP.
Ostatnie postępy
W grudniu 2011 r. holenderskie Ministerstwo Gospodarki, Rolnictwa i Innowacji (EL&I) przyznało dotację konsorcjum POWER, kierowanemu przez Strukton i zarządzanemu przez firmę ARCADIS. Maksymalna kwota dofinansowania wynosi ok. 930 000 euro, czemu towarzyszy zbliżona kwota dofinansowania ze strony partnerów konsorcjum. Grupa POWER prowadzi szczegółowe studium wykonalności rozwoju technologii Dynamic Tidal Power (DTP) w Chinach w ramach 3-letniego programu realizowanego wspólnie z chińskimi instytutami rządowymi. Zobowiązania programu do osiągnięcia do 2015 roku, zarejestrowane w ramach inicjatywy ONZ Sustainable Energy for All obejmują:
- Określ najbardziej odpowiednie lokalizacje do wdrożenia DTP w Chinach, Korei i Wielkiej Brytanii
- Ukończenie szczegółowych studiów wykonalności dla dwóch pilotażowych elektrowni DTP w Chinach
- Kompletne wstępne studium wykonalności dla jednej pełnowymiarowej elektrowni DTP w Chinach
- Rozpowszechnianie na całym świecie informacji technicznych dotyczących DTP wśród odpowiednich grup docelowych
W sierpniu 2012 r. Chińska Narodowa Administracja Energetyczna utworzyła konsorcjum firm i instytutów badawczych, kierowane przez Ogólny Instytut Planowania i Projektowania Energii Wodnej i Zasobów Wodnych (znany również jako Chiński Instytut Inżynierii Energii Odnawialnej), w celu zbadania DTP. 27 września 2012 roku podpisano dwustronną umowę o współpracy DTP między Chinami a Holandią. Po wymianie technicznej w celu weryfikacji zasad przeprowadzono badanie modelowe wybranych lokalizacji. W październiku 2013 r. rozpoczęto bardziej dogłębną analizę ekonomiczną, aby lepiej zrozumieć ekonomiczne koszty i korzyści DTP.
Krótki film wyjaśniający tę koncepcję został ukończony w październiku 2013 roku i udostępniony w języku angielskim na YouTube i chińskim na Youku.
