Marin strömkraft

Havsströmmar kan bära stora mängder vatten, till stor del driven av tidvattnet, som är en konsekvens av gravitationseffekterna av jordens, månen och solens planetrörelser. Förhöjda flödeshastigheter kan hittas där undervattenstopografin i sund mellan öar och fastlandet eller i grunda runt uddar spelar en viktig roll för att öka flödeshastigheterna, vilket resulterar i avsevärd kinetisk energi. Solen fungerar som den primära drivkraften och orsakar vindar och temperaturskillnader. Eftersom det endast finns små fluktuationer i strömhastighet och strömningsläge med minimala riktningsändringar, kan havsströmmar vara lämpliga platser för att installera energiutvinningsanordningar som turbiner. Andra effekter som regionala skillnader i temperatur och salthalt och Corioliseffekten på grund av jordens rotation är också stora influenser. Den kinetiska energin i marina strömmar kan omvandlas på ungefär samma sätt som ett vindturbin utvinner energi från vinden med hjälp av olika typer av rotorer med öppet flöde.

Energipotential

Vektordiagram över strömflödet längs USA:s östkust.

Den totala världsomspännande effekten i havsströmmar har uppskattats till cirka 5 000 GW, med effekttätheter på upp till 15 kW/m2. Den relativt konstanta extraherbara energitätheten nära ytan av Florida Straits Current är cirka 1 kW/m2 flödesarea. Det har uppskattats att fånga bara 1/1 000-del av den tillgängliga energin från Golfströmmen , som har 21 000 gånger mer energi än Niagarafallen i ett vattenflöde som är 50 gånger det totala flödet av alla världens sötvattenfloder, skulle försörja Florida med 35 % av sitt elbehov. Bilden till höger illustrerar den höga tätheten av flöde längs kusten, notera det höga vita flödet norrut, perfekt för utvinning av havsströmsenergi. Länder som är intresserade av och eftersträvar tillämpningen av havsströmsenergiteknik inkluderar EU, Japan, USA och Kina.

Potentialen för elkraftproduktion från marina tidvattenströmmar är enorm. Det finns flera faktorer som gör elproduktion från havsströmmar mycket tilltalande jämfört med andra förnybara energikällor:

• De höga belastningsfaktorerna till följd av vätskeegenskaperna. Resursens förutsägbarhet, så att man, till skillnad från de flesta andra förnybara energikällor, kan känna till och planera för den framtida tillgången på energi.
• Den potentiellt stora resursen som kan exploateras med liten miljöpåverkan och därmed erbjuda en av de minst skadliga metoderna för storskalig elproduktion.
• Möjligheten med marinströmskraftinstallationer att även tillhandahålla basnätkraft, särskilt om två eller flera separata arrayer med förskjutna toppflödesperioder är sammankopplade.

Teknik för marin-ström-kraftgenerering

Illustration av vindkraftsinspirerad axialflödesturbin som används för marin kraftgenerering

Det finns flera typer av anordningar med öppet flöde som kan användas i applikationer med marin strömkraft; många av dem är moderna ättlingar till vattenhjulet eller liknande. De mer tekniskt sofistikerade konstruktionerna, härledda från vindkraftsrotorer, är dock de mest sannolika för att uppnå tillräckligt kostnadseffektivitet och tillförlitlighet för att vara praktiskt i ett framtidsscenario med massiv havsströmkraft. Även om det inte finns någon allmänt accepterad term för dessa vattenkraftsturbiner med öppet flöde , hänvisar vissa källor till dem som vattenströmsturbiner. Det finns två huvudtyper av vattenströmsturbiner som kan övervägas: axiellt flödes horisontella axelpropellrar (med både variabel stigning eller fast stigning), och tvärflödes Darrieus-rotorer . Båda rotortyperna kan kombineras med någon av de tre huvudmetoderna för att stödja vattenströmsturbiner: flytande förtöjda system, havsbottenmonterade system och mellanliggande system. Havsbottenmonterade monopilstrukturer utgör den första generationens marina strömkraftsystem. De har fördelen av att använda befintlig (och pålitlig) ingenjörskunnande, men de är begränsade till relativt grunt vatten (cirka 20 till 40 meters djup).

Historik och tillämpning

Den möjliga användningen av havsströmmar som energiresurs började uppmärksammas i mitten av 1970-talet efter den första oljekrisen . 1974 presenterades flera konceptuella konstruktioner vid MacArthur Workshop on Energy, och 1976 brittiska General Electric Co. en delvis statligt finansierad studie som drog slutsatsen att havsströmkraft förtjänade mer detaljerad forskning. Strax efter genomförde ITD-gruppen i Storbritannien ett forskningsprogram som involverade ett års prestandatestning av en 3-meters hydroDarrieus-rotor utplacerad vid Juba på Vita Nilen .

På 1980-talet sågs ett antal små forskningsprojekt för att utvärdera marina strömkraftsystem. De viktigaste länderna där studier utfördes var Storbritannien, Kanada och Japan. Under 1992–1993 identifierade Tidal Stream Energy Review specifika platser i brittiska vatten med lämplig strömhastighet för att generera upp till 58 TWh/år. Det bekräftade en total havsströmsresurs som teoretiskt sett kan möta cirka 19 % av Storbritanniens elbehov.

Under 1994–1995 identifierade EU-JOULE CENEX-projektet över 100 europeiska platser från 2 till 200 km ² havsbottnar, många med effekttätheter över 10 MW/km ² . Både den brittiska regeringen och EU har förbundit sig till internationellt förhandlade avtal utformade för att bekämpa den globala uppvärmningen. För att uppfylla sådana avtal kommer det att krävas en ökning av storskalig elproduktion från förnybara resurser. Havsströmmar har potential att tillgodose en betydande del av EU:s framtida elbehov. Studien av 106 möjliga platser för tidvattenturbiner i EU visade en total potential för elproduktion på cirka 50 TWh/år. Om denna resurs ska kunna utnyttjas framgångsrikt kan den teknik som krävs utgöra grunden för en ny stor industri för att producera ren kraft för 2000-talet.

Samtida tillämpningar av dessa teknologier finns här: Lista över tidvattenkraftverk . Eftersom effekterna av tidvatten på havsströmmar är så stora och deras flödesmönster är ganska tillförlitliga, placeras många anläggningar för utvinning av havsströmsenergi i områden med höga tidvattenflöden.

Forskning om havsströmskraft bedrivs vid bland annat Uppsala universitet i Sverige, där en testenhet med en rakbladig turbin av Darrieustyp har konstruerats och placerats i Dalälven i Sverige.

Miljöpåverkan

Havsströmmar är avgörande för att bestämma klimatet i många regioner runt om i världen. Även om lite är känt om effekterna av att ta bort havsströmsenergi, kan effekterna av att ta bort nuvarande energi på den avlägsna miljön vara ett betydande miljöproblem. De typiska turbinproblemen med bladstöt, intrassling av marina organismer och akustiska effekter existerar fortfarande; dessa kan dock förstoras på grund av närvaron av fler olika populationer av marina organismer som använder havsströmmar för migrationsändamål . Platser kan ligga längre till havs och kräver därför längre kraftkablar som kan påverka den marina miljön med elektromagnetisk effekt. Tethys -databasen ger tillgång till vetenskaplig litteratur och allmän information om potentiella miljöeffekter av havsströmsenergi.

Se även

• Tidal power – Teknik för att omvandla energin från tidvatten till användbara former av kraft