Dynamisk tidvattenkraft
| Del av en serie om |
| förnybar energi |
|---|
 |
Dynamisk tidvattenkraft eller DTP är en oprövad men lovande teknik för produktion av tidvattenkraft . Det skulle innebära att skapa en lång dammliknande struktur vinkelrätt mot kusten, med möjlighet till en kustparallell barriär längst bort, som bildar en stor "T"-form. Denna långa T-dammen skulle störa kustparallella flodvågshydrodynamik och skapa vattennivåskillnader på motsatta sidor av barriären som driver en serie dubbelriktade turbiner installerade i dammen. Oscillerande flodvågor som löper längs kontinentalsocklarnas kuster, som innehåller kraftfulla hydrauliska strömmar, är vanliga i t.ex. Kina , Korea och Storbritannien .
Konceptet uppfanns och patenterades 1997 av de holländska kustingenjörerna Kees Hulsbergen och Rob Steijn.
En kort video som förklarar konceptet färdigställdes i oktober 2013 och gjordes tillgänglig på engelska på YouTube och på kinesiska på Youku.
Beskrivning
En DTP-damm är en lång barriär på 30 km eller mer som byggs vinkelrätt mot kusten, löper rakt ut i havet, utan att innesluta ett område. Längs många av världens kuster löper den huvudsakliga tidvattenrörelsen parallellt med kustlinjen: hela massan av havsvattnet accelererar i en riktning och senare på dagen tillbaka åt andra hållet. En DTP-damm är tillräckligt lång för att påverka den horisontella tidvattenrörelsen, vilket genererar en vattennivåskillnad (huvudhöjd) över dammens båda sidor. Huvudet kan omvandlas till kraft genom att använda en lång serie konventionella turbiner med lågt huvud installerade i dammen.
Maximal huvudskillnad
Uppskattningar av den maximala fallhöjdsskillnaden som kan erhållas från en mängd olika dammkonfigurationer är baserade på numeriska och analytiska modeller. Fältinformation från uppmätta vattennivåskillnader över naturliga barriärer bekräftar skapandet av betydande fallhöjd. Den (maximala) höjdskillnaden är mer än vad som skulle förväntas i stationära flödessituationer (som floder). Den maximala fallhöjdsskillnaden når värden upp till några meter, vilket kan tillskrivas tidvattenflödets icke-permanenta karaktär (acceleration).
Fördelar
Hög effekt
Det uppskattas att några av de största dammarna skulle kunna ta emot över 15 GW (15 000 MW) installerad kapacitet. En DTP-damm med 8 GW installerad effekt och en kapacitetsfaktor på cirka 30 % skulle kunna generera cirka 21 TWh årligen. För att sätta denna siffra i perspektiv, förbrukar en genomsnittlig europeisk person cirka 6800 kWh per år, så en DTP-damm skulle kunna leverera energi till cirka 3 miljoner européer.
Stabil kraft
Genereringen av tidvattenkraft är mycket förutsägbar på grund av tidvattens deterministiska karaktär och oberoende av väderförhållanden eller klimatförändringar. Effekten varierar med tidvattenfasen (ebb & flod, nap & vår) men effekterna på kortare sikt kan undvikas genom att kombinera två dammar placerade på ett visst avstånd från varandra (i storleksordningen 150–250 km), var och en genererar maximalt elproduktion när den andra genererar minimal effekt. Detta ger en förutsägbar och ganska stabil basgenerering till energinätet.
Hög tillgänglighet
Dynamisk tidvattenkraft kräver inte ett mycket högt naturligt tidvattenområde , utan istället en öppen kust där tidvattenutbredningen sker längs kusten. Sådana tidvattenförhållanden finns på många platser runt om i världen, vilket gör att den teoretiska potentialen för DTP är mycket hög. Längs den kinesiska kusten till exempel uppskattas den totala mängden tillgänglig kraft till 80 - 150 GW.
Möjlighet för kombinerade funktioner
Den långa dammen kan kombineras med olika andra funktioner, såsom kustskydd, djuphavs- och LNG-hamnar, vattenbruksanläggningar, kontrollerad landåtervinning och förbindelser mellan öar och fastlandet. Dessa tilläggsfunktioner kan dela på investeringskostnaderna och därmed bidra till att sänka priset per kWh.
Utmaningar
En stor utmaning är att beviset på att DTP fungerar endast kan påvisas genom att omsätta det i praktiken. Att testa konceptet med DTP i liten skala inom ett demonstrationsprojekt skulle inte vara effektivt, eftersom nästan ingen ström skulle ge. Inte ens vid en dammlängd på 1 km eller så, eftersom DTP-principen är sådan att kraftgenereringskapaciteten ökar när kvadraten på dammlängden ökar (både fallhöjd och volym ökar på ett mer eller mindre linjärt sätt för ökad dammlängd, vilket resulterar i en kvadratisk ökning av elproduktionen). Ekonomisk bärkraft beräknas nås för dammlängder på cirka 30 km.
Demonstrationsprojekt
Ett demonstrationsprojekt som övervägs i Kina skulle inte involvera byggandet av en damm, utan i stället innehålla en nyskuren kanal genom en lång halvö med en smal isthmus (hals). Kanalen skulle ha en fallhöjd på cirka 1–2 meter (3,3–6,6 fot) och vara försedd med dubbelriktade turbiner med låg lufthöjd, liknande den typ som skulle användas för fullskalig DTP.
Status för teknisk utveckling
Ingen DTP-damm har någonsin byggts, även om all teknik som krävs för att bygga en DTP-damm är tillgänglig. Olika matematiska och fysiska modeller har utförts för att modellera och förutsäga " huvudet " eller vattennivåskillnaden över en dynamisk tidvattenkraftdam. Samspelet mellan tidvatten och långa dammar har observerats och registrerats i stora tekniska projekt, som Delta Works och Afsluitdijk i Nederländerna . Interaktionen mellan tidvattenströmmar och naturliga halvöar är också välkänd, och sådana data används för att kalibrera numeriska modeller av tidvatten. Formler för beräkning av tillsatt massa användes för att utveckla en analytisk modell av DTP. Observerade vattennivåskillnader matchar nära nuvarande analytiska och numeriska modeller. Vattennivåskillnaden genererad över en DTP-damm kan nu förutsägas med en användbar grad av noggrannhet.
Några av nyckelelementen som krävs inkluderar:
- Dubbelriktade turbiner (som kan generera kraft i båda riktningarna) för miljöer med låg lufthöjd och hög volym. Driftsenheter finns för havsvattenapplikationer som når en effektivitet på över 75 %.
- Dammkonstruktionsmetoder. Detta skulle kunna uppnås med modulära flytande kassuner (byggklossar av betong). Dessa caissons skulle tillverkas på land och sedan flyta till dammplatsen.
- Lämpliga platser för att demonstrera DTP. Ett pilotprojekt för DTP skulle kunna integreras med ett planerat kustutvecklingsprojekt, såsom en havsbro, öförbindelse, djuphavshamn, landåtervinning, havsbaserad vindkraftspark, etc., byggd i en lämplig miljö för DTP.
Senaste framsteg
I december 2011 beviljade det nederländska ministeriet för ekonomi, jordbruk och innovation (EL&I) ett bidrag till POWER-konsortiet, som leds av Strukton och leds av ARCADIS. Det maximala bidraget är cirka 930 000 euro, vilket motsvaras av ett liknande belopp av medfinansiering från konsortiets partner. POWER-gruppen genomför en detaljerad förstudie om utvecklingen av Dynamic Tidal Power (DTP) i Kina i ett 3-årigt program som genomförs tillsammans med kinesiska statliga institut. Åtagandena för programmet att uppnå senast 2015, registrerat under FN:s initiativ för hållbar energi för alla inkluderar:
- Bestäm de lämpligaste platserna för DTP-implementering i Kina, Korea och Storbritannien
- Komplettera detaljerade förstudier för två DTP-pilotkraftverk i Kina
- Komplett förstudie för ett fullskaligt DTP-kraftverk i Kina
- Global spridning av teknisk information om DTP bland relevanta målgrupper
I augusti 2012 bildade Kinas nationella energiförvaltning ett konsortium av företag och forskningsinstitut, ledda av Hydropower and Water Resources Planning and Design General Institute (även känt som China Renewable Energy Engineering Institute), för att undersöka DTP. Ett bilateralt avtal om DTP-samarbete undertecknades mellan Kina och Nederländerna den 27 september 2012. Efter tekniskt utbyte för att verifiera principerna genomfördes en modellstudie för att välja platser. I oktober 2013 startades en mer djupgående ekonomisk analysstudie för att bättre förstå de ekonomiska kostnaderna och fördelarna med DTP.
En kort video som förklarar konceptet färdigställdes i oktober 2013 och gjordes tillgänglig på engelska på YouTube och på kinesiska på Youku.
