Войти
Evopod - полупогруженный плавучий подход, протестированный в Strangford Lough.A Генератор приливных потоков, часто называемый преобразователем энергии приливов (TEC ), представляет собой устройство, которое извлекает энергию из движущихся масс воды, в частности приливов., хотя этот термин часто используется в отношении машин, предназначенных для извлечения энергии из русла рек или приливных эстуариев. Некоторые типы этих машин очень похожи на подводные ветряные турбины, поэтому их часто называют приливными турбинами . Впервые они были задуманы в 1970-х годах во время нефтяного кризиса.
Генераторы приливных потоков являются самыми дешевыми и наименее опасными для окружающей среды среди четырех основных форм генерации приливной энергии.
Генераторы приливных потоков получают энергию из водных потоков во многом так же, как ветряные турбины получают энергию из воздушных потоков. Однако потенциал выработки электроэнергии отдельной приливной турбиной может быть больше, чем у ветровой турбины аналогичного номинала. Более высокая плотность воды по сравнению с воздухом (вода примерно в 800 раз превышает плотность воздуха) означает, что один генератор может обеспечить значительную мощность при низких скоростях приливного потока по сравнению с аналогичной скоростью ветра. Учитывая, что мощность изменяется в зависимости от плотности среды и куба скорости, скорость воды, составляющая почти одну десятую скорости ветра, обеспечивает такую же мощность для турбинной системы того же размера; однако это ограничивает применение на практике местами, где скорость прилива составляет не менее 2 узлов (1 м / с), даже близко к приливу. Кроме того, при более высоких скоростях потока от 2 до 3 метров в секунду в морской воде приливная турбина обычно может потреблять в четыре раза больше энергии на рабочую площадь ротора, чем ветряная турбина с такой же номинальной мощностью.
Ни один стандартный генератор приливных потоков не явился явным победителем среди большого разнообразия конструкций. Несколько прототипов показали себя многообещающими, и многие компании сделали смелые заявления, некоторые из которых еще предстоит пройти независимую проверку, но они не работали в коммерческих целях в течение длительных периодов времени для определения показателей и нормы прибыли на инвестиции.
Европейский центр морской энергии распознает шесть основных типов преобразователей приливной энергии. Это турбины с горизонтальной осью, турбины с вертикальной осью, колеблющиеся подводные крылья, устройства Вентури, винты Архимеда и приливные воздушные змеи.
Осевые турбины с нижним креплением 
Турбины с тросом Это близки по концепции к традиционным ветряным мельницам, но работают под водой. У них есть большинство прототипов, которые в настоящее время находятся в стадии проектирования, разработки, тестирования или эксплуатации.
Tocardo, голландская компания, с 2008 года эксплуатирует приливные турбины на Афслуитдейке, недалеко от Ден Увер. Типичные производственные данные приливного генератора показаны для модели T100, примененной в Ден Увер. В настоящее время в производстве находятся 1 модель River (R1) и 2 модели приливов и отливов (T), а скоро появится третья модель T3. Выработка энергии для T1 составляет около 100 кВт и около 200 кВт для T2. Они подходят для приливных течений до 0,4 м / с. Tocardo был объявлен банкротом в 2019 году. QED Naval и HydroWing объединили усилия, чтобы купить бизнес по производству приливных турбин Tocardo в 2020 году.
AR-1000, турбина мощностью 1 МВт, разработанная Atlantis Resources Corporation, которая была успешно развернута на заводе EMEC летом 2011 года. Турбины серии AR представляют собой промышленные турбины с горизонтальной осью, предназначенные для использования в открытом океане. Турбины AR оснащены одним ротором с лопатками фиксированного шага. Турбина AR вращается по мере необходимости при каждом приливе. Это делается в период затишья между приливами и удерживается на месте для обеспечения оптимального курса для следующего прилива. Турбины AR рассчитаны на мощность 1 МВт при скорости потока воды 2,65 м / с.
Установка Квалсунд расположена к югу от Хаммерфест, Норвегия в 50м глубина моря. Турбина HS300 с заявленной мощностью 300 кВт, хотя и является прототипом, была подключена к сети 13 ноября 2003 года. Это сделало ее первой в мире приливной турбиной, поставляемой в сеть. Подводная конструкция весила 120 тонн и имела гравитационные опоры 200 тонн. Его три лопасти были сделаны из армированного стекловолокном пластика и имели длину 10 метров от ступицы до кончика. Устройство вращалось со скоростью 7 об / мин с установленной мощностью 0,3 МВт.
, турбина пропеллерного типа Periodflow мощностью 300 кВт была установлена Marine Current Turbines у побережья Линмаута., Девон, Англия, в 2003 году. Турбогенератор диаметром 11 м был прикреплен к стальной свае, которая была забита на морское дно. В качестве прототипа он был подключен к отвалу, а не к сети.
В апреле 2007 года Verdant Power приступила к реализации проекта прототипа в Ист-Ривер между Куинс и Островом Рузвельта в Нью-Йорк; это был первый крупный проект по созданию приливной энергии в Соединенных Штатах. Сильные токи создают проблемы для конструкции: лопасти прототипов 2006 и 2007 годов сломались, и в сентябре 2008 года были установлены новые усиленные турбины.
После испытаний Seaflow появился полноразмерный прототип под названием SeaGen, была установлена компанией Marine Current Turbines в Стренгфорд Лох в Северной Ирландии в апреле 2008 года. Турбина начала вырабатывать на полную мощность чуть более 1,2 МВт в декабре 2008 года и, как сообщается, впервые подала в сеть 150 кВт. 17 июля 2008 года, и в настоящее время принесла потребителям в Северной Ирландии более гигаватт-часа. В настоящее время это единственное устройство коммерческого масштаба, установленное где-либо в мире. SeaGen состоит из двух роторов с осевым потоком, каждый из которых приводит в действие генератор. Турбины способны вырабатывать электроэнергию как во время приливов, так и во время приливов, поскольку лопасти ротора могут наклоняться на 180 °.
3D-модель приливной турбины Evopod Прототип полупогружной плавающей привязной приливной турбины, называемой Evopod испытывается с июня 2008 года в Странгфорд-Лох, Северная Ирландия в масштабе 1/10. Британская компания, разрабатывающая его, называется Ocean Flow Energy Ltd. Усовершенствованная форма корпуса поддерживает оптимальный курс в приливном потоке и рассчитана на работу в условиях пикового потока водяного столба.
В 2010 году австралийская компания Tenax Energy предложила установить 450 турбин у побережья Дарвина, Австралия, в проливе Кларенса. Турбины будут иметь секцию ротора диаметром примерно 15 метров с чуть большей гравитационной базой. Турбины будут работать на глубокой воде, намного ниже судоходных каналов. Предполагается, что каждая турбина будет вырабатывать энергию для 300-400 домов.
Британская компания Tidalstream ввела в эксплуатацию в 2003 году в Темзе турбину Triton 3 в уменьшенном масштабе. устанавливается без кранов, самоподъемников или водолазов, а затем балластируется в рабочее положение. В полном масштабе Triton 3 на глубине 30-50 м имеет мощность 3 МВт, а Triton 6 на глубине 60-80 м имеет мощность до 10 МВт, в зависимости от потока. Обе платформы имеют возможность доступа человека как в рабочем, так и в выдвижном положении для обслуживания.
Европейская платформа технологий и инноваций в области энергетики океана (ETIP OCEAN) В отчете Powering Nations Tomorrow за 2019 год отмечаются рекордные объемы поставок благодаря технологии приливных потоков.
Изобретенные Жоржем Дарреиусом в 1923 году и запатентованные в 1929 году, эти турбины можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально.
Турбина Горлова - это вариант конструкции Дарье, имеющий спиральную конструкцию, которая находится в крупномасштабном коммерческом пилотном проекте в Южной Корее, начиная с завода мощностью 1 МВт, который открылся в мае 2009 года и расширение до 90 МВт к 2013 году. В проекте Neptune Renewable Energy Proteus используется закрытая турбина с вертикальной осью, которую можно использовать для формирования массива в основном в устьевых условиях.
В апреле 2008 года компания Ocean Renewable Power Company, LLC (ORPC) успешно завершила испытания своего собственного прототипа турбогенератора (TGU) в Cobscook Bay и Western Passage приливные зоны около Истпорта, Мэн. TGU является ядром технологии OCGen и использует турбины с поперечным потоком усовершенствованной конструкции (ADCF) для приведения в действие генератора с постоянными магнитами, расположенного между турбинами и установленного на одном валу. ORPC разработал конструкции TGU, которые могут использоваться для выработки электроэнергии из речных, приливных и глубоководных океанских течений.
Испытания концепции в Мессинском проливе, Италия, начались в 2001 году.
Турбина с кожухом Использование мер по увеличению потока, например, воздуховод или кожух, падающая мощность, доступная для турбины, может быть увеличена. В наиболее распространенном примере используется кожух для увеличения расхода через турбину, который может быть осевым или поперечным.
Австралийская компания Tidal Energy Pty Ltd провела успешные коммерческие испытания эффективных закрытых приливных турбин на Голд-Кост, Квинсленд в 2002 году. Tidal Energy поставила их закрытые турбины в северная Австралия, где находятся одни из самых быстрых зарегистрированных потоков (11 м / с, 21 узел). Две небольшие турбины дадут 3,5 МВт. Еще одна турбина большего диаметра 5 метров, способная производить 800 кВт при потоке 4 м / с, была запланирована как демонстрация опреснения приливной энергии недалеко от Брисбена, Австралия.
Колебательные устройства не имеют вращающийся компонент, вместо этого используются секции аэродинамической поверхности, которые смещаются потоком вбок. Отбор мощности колеблющегося потока был доказан с помощью всенаправленной или двунаправленной ветряной мельницы Wing'd Pump. В 2003 году колеблющийся гидросамолет мощностью 150 кВт был испытан у побережья Шотландии. Stingray использует подводные крылья для создания колебаний, что позволяет создавать гидравлическую энергию. Эта гидравлическая энергия затем используется для питания гидравлического двигателя, который затем вращает генератор.
Pulse Tidal управляет колеблющимся устройством на подводных крыльях под названием Генератор импульсов в устье Хамбера. Получив финансирование от ЕС, они разрабатывают устройство коммерческого масштаба, которое будет введено в эксплуатацию в 2012 году.
Система преобразования приливной энергии bioSTREAM использует биомимикрию плавающих видов, таких как акулы, тунцы., и скумбрия с использованием их высокоэффективной движительной установки Thunniform. Его производит австралийская компания BioPower Systems.
Прототип мощностью 2 кВт, основанный на использовании двух колеблющихся подводных крыльев в тандемной конфигурации, был разработан в Университете Лаваля и успешно испытан недалеко от Квебека, Канада, в 2009 году. Во время полевых испытаний был достигнут гидродинамический КПД 40%.
В устройствах с эффектом Вентури используется кожух или канал для создания перепада давления, который используется для работы вторичной обмотки. гидравлический контур, который используется для выработки энергии. Устройство Hydro Venturi должно быть испытано в заливе Сан-Франциско.
A приливные воздушные змеи - это система подводных воздушных змеев или параван, которая преобразует приливная энергия в электричество, перемещаясь через приливный поток. По оценкам, 1% мировых потребностей в энергии в 2011 году может быть обеспечен такими устройствами в больших масштабах.
Эрнст Соучек из Вены, Австрия, 6 августа 1947 года подал заявку на патент US2501696 ; правопреемник половины Вольфганга Кментта, также из Вены. Их открытие турбины водяного змея продемонстрировало богатое искусство в турбинах водяного змея. В аналогичной технологии многие другие до 2006 года усовершенствовали системы производства электроэнергии с водяными змеями и параванами. В 2006 году шведская компания Minesto разработала приливную воздушную турбину под названием The. Летом 2011 года они провели свои первые морские испытания в Странгфорд-Лох в Северной Ирландии. В испытаниях использовались воздушные змеи с размахом крыльев 1,4 м. В 2013 году пилотный завод Deep Green начал работу у побережья Северной Ирландии. На заводе используются воздушные змеи из углеродного волокна с размахом крыльев 8 м (или 12 м). Каждый воздушный змей имеет номинальную мощность 120 киловатт при приливном потоке 1,3 метра в секунду.
Воздушный змей Minesto имеет размах крыльев 8–14 метров (26–46 футов). Кайт обладает нейтральной плавучестью, поэтому не тонет при смене прилива на отлив. Каждый воздушный змей снабжен безредукторной турбиной для выработки энергии, которая через соединительный кабель передается на трансформатор, а затем в электрическую сеть. Горловина турбины защищена для защиты морских обитателей. 14-метровая версия имеет номинальную мощность 850 киловатт при скорости 1,7 метра в секунду.
Кайт привязан кабелем к фиксированной точке. Он «летит» по току, несущему турбину. Он движется по восьмерке, чтобы увеличить скорость воды, протекающей через турбину, в десять раз. Сила увеличивается с кубом скорости, предлагая возможность генерировать в 1000 раз больше энергии, чем стационарный генератор. Этот маневр означает, что воздушный змей может работать в приливных потоках, которые движутся слишком медленно, чтобы приводить в движение более ранние приливные устройства, такие как турбина SeaGen. Предполагалось, что кайт будет работать при малых потоках 1-2,5 метра (3 фута 3 дюйма - 8 футов 2 дюйма) в секунду, в то время как для устройств первого поколения требуется более 2,5 с. Каждый кайт будет иметь мощность от 150 до 800 кВт. Они могут быть развернуты в водах глубиной 50–300 метров (160–980 футов).
Во всем мире есть ряд людей и компаний, разрабатывающих преобразователи приливной энергии. База данных всех известных разработчиков приливной энергии обновляется здесь: Разработчики приливной энергии
Первая в мире испытательная установка морской энергии была создана в 2003 году для запуска развитие индустрии волновой и приливной энергетики в Великобритании. Европейский центр морской энергии (EMEC), расположенный в Оркнейских островах, Шотландия, поддержал развертывание большего количества устройств для измерения волновой и приливной энергии, чем на любом другом месте в мире. EMEC предоставляет множество испытательных полигонов в реальных морских условиях. Его соединенный с сетью приливный испытательный полигон расположен у водопада Войны у острова Эдей, в узком канале, который концентрирует приливы, протекающие между Атлантическим океаном и Северным морем. В этом районе очень сильное приливное течение, которое во время весенних приливов может достигать 4 м / с (8 узлов). К разработчикам приливной энергии, которые в настоящее время тестируют на объекте, относятся Alstom (ранее Tidal Generation Ltd), ANDRITZ HYDRO Hammerfest, OpenHydro, Scotrenewables Tidal Power и Voith.
В 2010 году The Crown Estate заключила договор аренды с компанией MeyGen Limited, предоставив возможность разработать проект приливного потока мощностью до 398 МВт на шельфе между северным побережьем Шотландии и островом Строма. На данный момент это самый крупный запланированный проект приливной фермы в мире, а также уникальный коммерческий комплекс из нескольких турбин, строительство которого уже началось. Первая фаза проекта MeyGen (Фаза 1A) уже запущена, а последующие стадии находятся в стадии реализации.
В 2010 году RWE npower объявили, что в партнерстве с Marine Current Turbines построить приливную ферму из турбин SeaGen у побережья Англси в Уэльсе, около Skerries, с разрешением на строительство, выданным в 2013 году. «Проект Skerries расположен в Англси, Уэльс, будет одним из первых массивов, развернутых с использованием приливных турбин SeaGen S, принадлежащих компании Siemens Marine Current Turbines. Недавно было получено морское согласие на проект, это первая приливная группа, которая будет согласована в Уэльсе. Массив 10 МВт будет полностью готов к эксплуатации в 2015 году ». - Генеральный директор подразделения Siemens Energy Hydro Ocean Ахим Вернер. Проект был отложен в 2016 году после того, как компания Marine Current Turbines была приобретена SIMEC Atlantis Energy.
В ноябре 2007 года британская компания Lunar Energy объявила, что совместно с E.ON они построят первую в мире глубоководную энергетическую ферму для приливов и отливов у побережья Пембрукшира в Уэльсе.. Он обеспечит электричеством 5 000 домов. Восемь подводных турбин, каждая длиной 25 метров и высотой 15 метров, должны быть установлены на морском дне у полуострова Святого Давида. Строительство должно начаться летом 2008 года, а предлагаемые турбины с приливной энергией, описываемые как «ветряная электростанция под водой», должны быть введены в эксплуатацию к 2010 году. Тем не менее, они были введены в эксплуатацию менее чем через год после разработки и испытаний. Турбина мощностью 400 кВт, известная как DeltaStream в 2015 году. Lunar Energy прекратила свое существование в 2019 году.
получила лицензию в 2008 году и планирует использовать приливные турбины для извлечения энергии из печально известных приливных гонок вокруг Олдерни на Нормандских островах. Предполагается, что может быть извлечено до 3 ГВт. Это не только обеспечит потребности острова, но и оставит значительный излишек для экспорта с использованием кабеля Франция-Олдерни-Британия (FAB Link), который, как ожидается, будет подключен к 2020 году. Это соглашение было расторгнуто в 2017 году.
Nova Scotia Power выбрала турбину OpenHydro для демонстрационного проекта приливной энергии в заливе Фанди, Новая Шотландия, Канада, и компания Alderney Renewable Energy Ltd для поставки приливных турбин на Нормандских островах. OpenHydro была ликвидирована в 2018 году.
разрабатывают коммерческое устройство в 2007-2009 годах вместе с семью другими компаниями, которые являются экспертами в своих областях. Консорциум получил грант ЕС в размере 8 миллионов евро на разработку первого устройства, которое будет развернуто в 2012 году в устье реки Хамбер и вырабатывает достаточно энергии для 1000 домов. Pulse Tidal была ликвидирована в 2014 году.
ScottishPower Renewables планирует развернуть десять устройств HS1000 мощностью 1 МВт, разработанных в Sound of Islay в 2013 году.
В марте 2014 года компания (FERC) утвердила пилотную лицензию для PUD округа Снохомиш на установку двух приливных турбин в Admiralty Inlet, WA. Этот проект является первым в США проектом с двумя турбинами, подключенными к сети; установка запланирована на лето 2015 года. Используемые приливные турбины спроектированы для установки непосредственно на морское дно на глубине примерно 200 футов, так что это не повлияет на коммерческое судоходство. Лицензия, выданная FERC, также включает планы по защите рыбы, дикой природы, а также культурных и эстетических ресурсов в дополнение к навигации. Каждая турбина имеет диаметр 6 метров и будет вырабатывать до 300 кВт электроэнергии. В сентябре 2014 года проект был отменен из-за соображений стоимости.
Преобразователи приливной энергии могут иметь различные режимы работы и, следовательно, переменную выходную мощность. Если коэффициент мощности устройства «
Энергию этих кинетических систем можно выразить следующим образом:
где:
= коэффициент мощности турбины
= плотность воды (морская вода 1027 кг / м³)По сравнению с открытой турбиной в свободном потоке, турбины с канальным контуром способны в 3-4 раза превышать мощность такого же ротора турбины в открытом потоке.
В то время как первоначальные оценки доступной энергии в канале сосредоточены на расчетах с использованием модели потока кинетической энергии, ограничения приливной генерации энергии значительно сложнее. Например, максимально возможное физическое извлечение энергии из пролива, соединяющего два больших бассейна, определяется с точностью до 10% следующим образом:
где
= плотность воды ( морская вода 1027 кг / м³)
= максимальный перепад высоты водной поверхности в русле
= максимальный объемный расход через канал.Как и в случае с ветроэнергетикой, выбор места для приливной турбины имеет решающее значение. Системы приливных течений должны быть расположены в районах с быстрыми течениями, где естественные потоки сосредоточены между препятствиями, например, на входе в заливы и реки, вокруг скалистых точек, мысов или между островами или другими массивами суши. Следующие потенциальные объекты находятся в стадии серьезного рассмотрения:
Современные достижения в турбинной технологии могут в конечном итоге привести к появлению большого количества энергии генерируемые океаном, особенно приливные течения, использующие конструкции приливных течений, но также и основные системы тепловых течений, такие как Гольфстрим, который охватывается более общим термином мощность морских течений. Турбины приливных потоков могут быть расположены в высокоскоростных районах, где сосредоточены естественные приливные потоки, такие как западное и восточное побережье Канады, Гибралтарский пролив, Босфор и многие другие. сайты в Юго-Восточной Азии и Австралии. Такие потоки возникают практически везде, где есть входы в заливы и реки, или между массивами суши, где сосредоточены водные течения.
Основная экологическая проблема, связанная с приливной энергией, связана с ударами лезвия и запутыванием морских организмов, поскольку высокая скорость воды увеличивает риск столкновения организмов с ними или через эти устройства. Как и в случае со всеми возобновляемыми источниками энергии в открытом море, существует также озабоченность по поводу того, как создание ЭМП и акустическая мощность могут повлиять на морские организмы. Поскольку эти устройства находятся в воде, акустическая мощность может быть больше, чем создаваемая морской ветровой энергией. В зависимости от частоты и амплитуды звука, генерируемого приборами приливной энергии, этот акустический выход может оказывать различное воздействие на морских млекопитающих (особенно тех, кто использует эхолокацию для общения и навигации в морской среде, таких как дельфины и киты ). Удаление приливной энергии также может вызвать экологические проблемы, такие как ухудшение качества воды в дальней зоне и нарушение процессов образования отложений. В зависимости от размера проекта, эти эффекты могут варьироваться от небольших следов отложений, накопившихся возле приливного устройства, до серьезного воздействия на прибрежные экосистемы и процессы.
Одно исследование приливной энергии острова Рузвельта (RITE, Verdant Power) в Ист-Ривер (Нью-Йорк) использовали 24 гидроакустических датчика с разделенным лучом (научный эхолот ) для обнаружения и отслеживания движения рыбы как вверх по течению, так и после каждой из шести турбин. Результаты показали (1) очень мало рыбы, использующей эту часть реки, (2) те рыбы, которые действительно использовали этот район, не использовали часть реки, которая могла бы подвергнуть их ударам лезвиями, и (3) никаких доказательств наличия рыбы путешествовать по зонам лезвий.
В настоящее время Северо-западным национальным центром морской возобновляемой энергии (NNMREC ) ведутся работы по изучению и разработке инструментов и протоколов для оценки физических и биологических условий и мониторинга окружающей среды изменения, связанные с развитием приливной энергии.
