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Wie funktioniert die Seagen-Gezeitenturbinenwerkstatt?

Dieser Service ist mit verfügbarem JavaScript weiter fortgeschritten. Weitere Informationen finden Sie unter http: Journal of Ocean Engineering and Marine Energy. Derzeit werden umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um die verfügbaren Gezeitenenergieressourcen zu quantifizieren und effiziente Geräte zu entwickeln, mit denen sie genutzt werden können. Diese Arbeit konzentriert sich natürlich auf die Maximierung der Stromerzeugung an den vielversprechendsten Standorten, und eine Überprüfung der Literatur legt nahe, dass das Potenzial für eine kleinere lokale Gezeitenkrafterzeugung aus flachen küstennahen Standorten noch nicht untersucht wurde.

Wenn eine solche Erzeugung machbar ist, könnte sie das Potenzial haben, im Rahmen einer verteilten Erzeugungsstrategie nachhaltigen Strom für Küstenhäuser und -gemeinden bereitzustellen, und würde von einer einfacheren Installation und Wartung, geringeren Verkabelungs- und Infrastrukturanforderungen und geringeren Kapitalkosten im Vergleich zu größeren profitieren Projekte skalieren. In diesem Artikel werden Gezeitensperren und Lagunen, Gezeitenturbinen, oszillierende Tragflügelboote und Gezeitendrachen untersucht, um ihre Eignung für die Stromerzeugung in kleinerem Maßstab in den flacheren Gewässern von Küstengebieten in der Entwurfsphase zu bewerten.

Dies wird erreicht, indem die Leistungsdichte, Skalierbarkeit, Haltbarkeit, Wartbarkeit, das wirtschaftliche Potenzial und die Umweltauswirkungen jedes Konzepts erörtert werden. Die Diskussion legt nahe, dass Gezeitendrachen und Entfernungsmessgeräte aufgrund von Tiefen- bzw. Größenanforderungen nicht gut für kleine Flachwasseranwendungen geeignet sind. Querstromturbinen scheinen die am besten geeignete Technologie zu sein, da sie hohe Leistungsdichten und eine maximale Größe aufweisen, die nicht durch die Wassertiefe eingeschränkt ist.

Oszillierende Tragflügelboote wären ebenfalls angemessen, sofern vergleichbare Wirkungsgrade erreicht werden können. Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft als 9. Nationen auf der ganzen Welt wenden sich erneuerbaren Energien zu - kohlenstoffarmen Energiequellen, die auf menschlicher Zeitskala wieder aufgefüllt werden können -, um ihren Energie- und Strombedarf zu decken.

Von den vielen Arten erneuerbarer Energien ist Gezeitenkraft eine der wenigen, die über lange Zeiträume von Denny 2009 nahezu perfekt vorhersehbar ist. Da die Gezeiten an der Küste phasenverschoben sind, ist es wahrscheinlich, dass Strom an einer Gezeitenanlage verfügbar ist, solange diese vorhanden ist Slack Water und keine Gezeitenkraft in einem anderen Teil des Landes verfügbar Fraenkel 2002. Die Energieverfügbarkeit bei Ebbe ist jedoch unabhängig vom Standort erheblich geringer als bei Springfluten.

Der Großteil der aktuellen Forschung und Entwicklung im Bereich Gezeitenenergie scheint sich natürlich auf die Entwicklung größerer Systeme und Geräte zu konzentrieren, um die größten Ressourcen zu nutzen.

Viele der Standorte, die diese Größen- und Geschwindigkeitsanforderungen erfüllen, beispielsweise Pentland Firth vor der Nordostküste Schottlands, befinden sich in dünn besiedelten Regionen, viele Kilometer von Gebieten mit Spitzenstrombedarf entfernt. Eine Überprüfung der Literatur legt nahe, dass bisher relativ wenig Rücksicht darauf genommen wurde, das Potenzial kleinerer Gezeitenkraft an verschiedenen Orten zu untersuchen, die näher an besiedelten Gebieten liegen. Die Entwicklung von Geräten, die potenzielle Ressourcen an solchen Standorten nutzen könnten, hätte Vorteile.

Abgesehen von dem offensichtlichen Beitrag zu den Zielen für erneuerbare Energien, entweder durch direkte Einspeisung von erneuerbarem Strom in das Netz oder durch Verringerung der Nachfrage aus anderen Ressourcen, würden Effizienzeinsparungen in Bezug auf verringerte Übertragungsverluste erzielt, indem Strom viel näher an dem Ort erzeugt wird, an dem er benötigt wird. Gezeitenturbinenrotortypen. Adaptiert von Entec UK Ltd 2007. Ziel dieses Artikels ist es, einen allgemeinen Überblick über die aktuellen wichtigen Gezeitentechnologien zu geben und Schlüsselkriterien zu identifizieren, die die Wirksamkeit eines Gezeitenenergieeinsatzes im Flachwasser bestimmen.

In Abschn. Mit sorgfältiger Überlegung könnten die Gezeitenressourcen solcher Gebiete zum Nutzen lokaler Gemeinschaften genutzt werden, die in unmittelbarer Nähe zu ihnen leben. Gezeitenturbinen entziehen einer sich bewegenden Flüssigkeit Energie; folglich sind sie etwas analog zu Windkraftanlagen. Wie Windkraftanlagen verfügen die meisten Gezeitenturbinen über Schaufeln mit Tragflächenquerschnitten und arbeiten nach den Prinzipien des aerodynamischen Auftriebs, da dies effizienter ist als die Verwendung des Luftwiderstands Hau und von Renouard 2013.

Es gibt jedoch große Unterschiede zwischen den beiden Technologien. Gezeitenströme sind in der Regel viel langsamer als der Wind, obwohl die viel größere Wasserdichte dies in Bezug auf die Leistung kompensiert, sodass Gezeitenstromgeräte ähnliche Leistungen wie Windkraftanlagen Bahaj und Myers 2003 erzeugen können.

Im Gegensatz zur Windkraft gibt es unter Wasser keine extremen Strömungsgeschwindigkeiten, die Geräte beschädigen oder zum Abschalten von Blunden und Bahaj 2006 zwingen könnten. Gezeitenstromvorrichtungen müssen jedoch immer noch langlebig sein, um den durch Wasser erzeugten größeren Belastungskräften standzuhalten.

Gezeitenturbinen können gemäß ihrer Konstruktion grob entweder als Axialströmung oder als Querströmung klassifiziert werden, wie in Fig. 1 dargestellt. Axialströmungsturbinen streichen durch eine kreisförmige Wasserfläche, indem sie sich um eine Achse drehen, die parallel zur Strömungsrichtung ist. Querströmungsvorrichtungen bewegen sich durch einen rechteckigen Bereich, indem sie sich um eine Achse drehen, die senkrecht zur Strömung ist, wobei Wasser zweimal über jede Schaufel fließt. Obwohl diese theoretischen Grenzen im Allgemeinen für Windkraftanlagen gelten, ist die Annahme einer unbegrenzten Strömung für Unterwasserturbinen für Garrett und Cummins 2004 eher unrealistisch.

Axialturbinen scheinen derzeit das beliebteste Gezeitenstromdesign zu sein. Zum Zeitpunkt des Schreibens listet das Europäische Meeresenergiezentrum EMEC 45 Turbinen mit horizontaler Achse in der kommerziellen Entwicklung auf. Von diesen sind 15 Querstromturbinen, da ihre Drehachse senkrecht zu der Strömung ist, die in einer horizontalen Konfiguration arbeitet; Die restlichen 30 sind echte Axialturbinen mit einer Rotationsachse parallel zur Strömungsrichtung European Marine Energy Center 2014a.

Das MCT SeaGen-Gerät, das seit 2008 Bahaj 2011 in Strangford Lough, Nordirland, getestet wird, ist die erste Gezeitenturbine im kommerziellen Maßstab, die außerhalb eines Testzentrums Strom für das Netz erzeugt. Eine endgültige Version mit 20-m-Rotoren mit drei Flügeln und einer Erzeugungskapazität von 2 MW befindet sich derzeit in der Entwicklung.

Diese Zahlen geben einen möglichen Hinweis auf das Potenzial kommerzieller Axialturbinen. Es ist jedoch schwierig, die von Entwicklern angegebenen Leistungsdaten genau zu überprüfen.

Die verfügbaren experimentellen Daten zu akademisch entwickelten Axialströmungsturbinen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Dies hat Auswirkungen auf den Sedimenttransport, wobei die Konzentrationen suspendierter Sedimente stromaufwärts und stromabwärts eines Arrays verringert werden, während sie entlang seiner Seiten signifikant zunehmen. Dies kann die Erosion und Ablagerung in beträchtlicher Entfernung vom Punkt der Energiegewinnung beeinflussen und die Gesamtgröße der Änderung des Bettniveaus im Vergleich zu Fällen ohne Extraktion verringern.

Meeresenergiegeräte wie Gezeitenturbinen können viele andere Auswirkungen auf ihre Umgebung haben. Dazu gehören die Veränderung der Lebensräume für benthische Organismen, Lärmbelästigung, die Erzeugung elektromagnetischer Felder und das Schlagen von Meerestieren mit Rotorblättern oder anderen beweglichen Teilen. Querstromturbinen CFTs drehen sich um eine Achse, die senkrecht zur Strömungsrichtung ist. Diese Achse kann entweder in der vertikalen oder horizontalen Ebene relativ zur Strömung positioniert werden, was zu CFTs mit vertikaler Achse oder CFTs mit horizontaler Achse führt, die auch als Turbinen mit horizontaler Querachse bekannt sind, wie in Fig. 1 dargestellt.

Obwohl bei Windentwicklern weniger beliebt, sind Querstromturbinen nicht ohne Vorteile. Es ist vernünftig anzunehmen, dass viele dieser Vorteile auch für Cross-Flow-Gezeitenturbinen gelten, die mit 26 verschiedenen Geräten, die zum Zeitpunkt der Erstellung des European Marine Energy Center 2014a von der EMEC gelistet wurden, die zweitbeliebteste Klasse der Gezeitenstromtechnologie sind.

Es gibt verschiedene Unterkategorien von Querstromturbinen, darunter Darrieus-Rotoren mit gerader Schaufel, spiralförmige Konstruktionen und Vorrichtungen zur Ausnutzung von Kanalblockierungseffekten, die alle unterschiedliche Leistungsniveaus aufweisen.

Obwohl relativ einfach und einfach zu bauen, besteht einer der Nachteile dieser Konstruktion darin, dass gerade Klingen bei niedrigen Geschwindigkeiten stark variierenden Anstellwinkeln ausgesetzt sein können. Kirke und Lazauskas 2011. Dies führt dazu, dass Geräte mit gerader Klinge mit fester Steigung zum Abwürgen neigen und die Gesamtvorrichtung reduzieren Leistung beeinträchtigt ihre Fähigkeit zum Selbststart und belastet das Gerät zusätzlich in Form von schnell schwankenden Drehmomentpulsationen.

Im Prinzip ist es möglich, diese Probleme durch die Verwendung eines Pitch-Control-Systems von Kirke und Lazauskas 2011 zu minimieren. Aktive Pitch-Control-Systeme, bei denen die Blattneigung gezwungen ist, einem vorgegebenen Regime zu folgen, sind jedoch mechanisch komplex Passive Pitch-Control-Systeme, bei denen die auf die Schaufeln einwirkenden Kräfte die Pitch steuern, sind von zweifelhafter Wirksamkeit. Infolge dieser Probleme haben Darrieus-Windkraftanlagen mit variabler Steigung nie die kommerzielle Produktion von Kirke und Lazauskas 2011 erreicht.

Dennoch scheint es möglich zu sein, effiziente hydrokinetische Darrieus-Rotoren herzustellen, wie von Kyozuka 2008 gezeigt wurde, obwohl zu beachten ist, dass die Reynolds-Zahl und das Blockierungsverhältnis, mit denen dieses Design getestet wurde, nicht definiert zu sein scheinen. Spiralschaufeln können Drehmomentpulsationen mit sich änderndem Azimutwinkel ausgleichen. Kirke und Lazauskas 2008, während ihre Neigung dazu führt, dass sie auch weniger abrupt abwürgen, wodurch die Leistung und das Startdrehmoment verbessert werden. Baker 1983; Diese Klingen sind jedoch schwieriger und kostspieliger zu konstruieren.

Die zusätzliche Struktur des Kanals und die durch Diffusoren erzeugte blockierte Strömung erhöhen auch den Luftwiderstandsbeiwert einer Kanal-Turbine, was wiederum den Gesamtwirkungsgrad von Kanal-Turbinen-Arrays verringert, insbesondere in Regionen mit eingeschränktem Durchfluss Shives und Crawford 2010.

Die Auswirkung eines Diffusors auf die Geräteleistung hängt von seiner Größe und seinem Winkel ab, wobei jeder einen optimalen Wert für Gaden und Bibeau 2010 aufweist. EMEC listet derzeit acht verschiedene kommerzielle Entwickler auf, die an leitungsgebundenen Geräten arbeiten. Ein oszillierendes Tragflügelboot besteht aus einem Tragflügelflügel, der an einem Hebelarm angebracht ist, wie in Abb. 1 dargestellt. Wenn ein Gezeitenstrom über das Tragflügelboot fließt, erzeugt er einen Auftrieb, wodurch der Hebel angehoben wird.

Die resultierenden Schwingungen können verwendet werden, um Flüssigkeiten in einem Hydrauliksystem anzutreiben, um einen Generator anzutreiben. Oszillierendes Tragflügelboot. Adaptiert von der University of Strathclyde 2006. Stingray The Engineering Business Ltd 2003, 2005.

Pulse Tidal 2014 entwickelt derzeit ein weiteres kommerzielles oszillierendes Tragflügelboot, obwohl zum Zeitpunkt des Schreibens anscheinend nur wenige veröffentlichte Leistungsdaten verfügbar sind. Es ist daher schwierig, eindeutige Schlussfolgerungen über den Wirkungsgrad und die Leistung von oszillierenden Tragflügelbooten zu ziehen, da keine Informationen verfügbar sind. Ein Gezeitendrachen besteht aus einer relativ kleinen Turbine, die an einem Tragflügelboot befestigt ist, wobei die gesamte Anordnung am Meeresboden befestigt ist. Die Bewegung der Gezeitenströme über den Flügel erzeugt eine Auftriebskraft, die den Drachen durch das Wasser nach vorne drückt.

Angepasst von Minesto 2013. Aus Minesto 2014. Die Schätzungen des Leistungskoeffizienten wurden unter Verwendung von Gl. Für die berechneten Leistungsdichten wurde die gesamte überstrichene Fläche des Geräts als Halbkreis mit der minimalen Haltelänge als Radius geschätzt, was zu den sehr niedrigen angezeigten Werten führte. In der Praxis ist der überstrichene Bereich wahrscheinlich viel kleiner als dieser. In für die Technologie geeigneten Wassertiefen scheinen Gezeitendrachen sicherlich in der Lage zu sein, große Mengen an Leistung für die Größe ihrer Rotoren zu erzeugen.

Gezeitensperrbetrieb. Adaptiert von Wyre Tidal Energy 2014. Ebbeerzeugung: Ein vollständiger Ebbeerzeugungszyklus besteht aus vier Phasen: Befüllen, Halten, Erzeugen und erneutes Halten. Hochwassererzeugung: Da das Wasservolumen in der oberen Hälfte des Beckens, das zuerst von der Ebbeerzeugung genutzt wird, größer ist als das Volumen in der unteren Hälfte, das zuerst während der Hochwassererzeugung gefüllt wird, verringert sich der Wasserstandsunterschied über das Staudamm schneller.

Zweiwege-Erzeugung: Folglich liegt der Gezeitenbereich innerhalb des Beckens näher an seinem natürlichen Bereich, von dem angenommen wird, dass er die Umweltauswirkungen im Vergleich zur Einweg-Erzeugung verringert. Aus dieser einfachen Analyse ist ersichtlich, dass Staudämme und Lagunengeräte nur eine geringe Menge an Energie für ihre Oberfläche erzeugen. Es gibt relativ wenige Orte auf der Welt, an denen sich Gezeitenbereiche diesem Wert nähern. Dies bedeutet jedoch, dass Entfernungsgeräte diese Zahl wahrscheinlich nur an wenigen Orten erreichen werden.

Bei diesen Wirkungsgraden wird die Leistungsdichte eines Entfernungsschemas deutlich niedriger sein. Wie oben angegeben, sind jedoch die durch Gl. Für einen bestimmten Ort liefert die Integration über die Gezeitenkurve anstelle der Mittelung eine realistischere Schätzung der Leistung. Es lohnt sich auch, die Leistungsabgabe der derzeit in Betrieb befindlichen Gezeitenbereichsgeräte zu berücksichtigen, die in Tabelle 7 dargestellt sind.

Range-Strukturen haben aufgrund der Tatsache, dass die Turbinen in einer stabilen Betonstruktur eingeschlossen sind und folglich weniger der Meeresumwelt ausgesetzt sind, eine so lange Betriebslebensdauer, dass für Wartungsarbeiten ein relativ einfacher Zugang vorgesehen ist.

Gezeitensperren sind lange Strukturen, die über Buchten oder Flussmündungen gebaut wurden und das umliegende Land nutzen, um ein Becken zu schaffen, in dem Wasser aufgestaut werden kann. Aus Wikipedia bezogen. Eine Liste von Gezeitensperren wie dem in Abb. 1 gezeigten Rance River Barrage In Regionen mit hohem Gezeitenbereich wie der Severn Estuary in Großbritannien könnten großflächige Reichweitenschemata kolossale Mengen an Strom erzeugen.

Diese Leistung ist deutlich höher als das von Ahmadian und Falconer 2012 für Gezeitenstromturbinen-Arrays an diesem Standort prognostizierte Maximum von 154 MW. In der Tat sind die prognostizierten 17 TWh Energie pro Jahr sogar höher als die geschätzten 12. Solche Systeme können auch erhebliche positive und negative Umweltauswirkungen haben.

Zum Beispiel argumentieren Kirby und Shaw 2005, dass ein Severn-Staudamm die Stärke der Gezeitenströme verringern und somit die Schwebstoffbelastung verringern würde, während gleichzeitig eine größere Bettstabilität bereitgestellt wird, was die Besiedlung eines ansonsten stark unterdrückten Ökosystems fördert.

Es wurde auch festgestellt, dass Gezeitensperren den umgebenden Wasserstand beeinflussen.

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