Океаническая энергия в Новой Зеландии

Во Френч-Пасс самые быстрые приливные течения в Новой Зеландии.

Новая Зеландия обладает большими ресурсами энергии океана , но пока не производит никакой электроэнергии из них. TVNZ сообщил в 2007 году, что в настоящее время разрабатывается более 20 проектов по использованию энергии волн и приливов . [1] [ проверка не удалась ] Однако об этих проектах не так много общедоступной информации. Ассоциация по использованию энергии волн и приливов Аотеароа была создана в 2006 году для «содействия освоению морской энергии в Новой Зеландии». Согласно их информационному бюллетеню от 10 февраля 2008 года, в них насчитывается 59 членов. [2] Однако ассоциация не приводит список своих членов. [3]

С 2008 по 2011 год правительственное Управление по энергоэффективности и энергосбережению ежегодно выделяет 2 миллиона долларов из Фонда развития морской энергетики, созданного для стимулирования использования этого ресурса. [4]

Большой пролив Кука и гавань Кайпара , по-видимому, предлагают наиболее перспективные места для использования подводных турбин. Было выдано два разрешения на ресурсы для пилотных проектов в самом проливе Кука и в канале Тори , и запрашивается согласие на проектные площадки у входа в Кайпара. Другие потенциальные места включают гавани Манукау и Хокианга , а также Французский проход . Гавани создают течения со скоростью до 6 узлов с приливными потоками до 100 000 кубических метров в секунду. Эти приливные объемы в 12 раз превышают потоки в крупнейших реках Новой Зеландии.

Часть серии статей о
Возобновляемая энергия

Приливная энергия

Приливная энергия генерируется путем захвата части энергии приливов, когда они циклически движутся вперед и назад, дважды в день. Приливные устройства могут быть плотинами или плотинами ( барражи ), используемыми для сдерживания прилива, или турбинами, закрепленными в приливном потоке.

По мировым стандартам приливы в Новой Зеландии, по большей части, умеренные. Прилив обычно колеблется от одного до двух метров. Приливные течения обычно составляют около двух километров в час (один узел). Некоторые исключения составляют пролив Кука и его окрестности , где приливные течения могут быть намного сильнее, а также вход в некоторые гавани, в частности, гавань Кайпара . [5] Мысы и сужения, подобные этим, фокусируют течения, обеспечивая уровни энергии, достигающие 750 Вт на квадратный метр. [6]

Приливы контролируются в основном гравитационным притяжением Луны. Примерно раз в день Луна вращается вокруг Земли, притягивая по мере своего движения выпуклость воды, называемую приливом, которая также движется вокруг Земли. На самом деле существует два прилива, потому что Земля и Луна, как система, вращаются вокруг общего центра масс. Этот центр находится на две трети от центра Земли, а не в центре Земли. Эффект вращения Земли вокруг этого центра заключается в том, что она ведет себя как центрифуга, что приводит к возникновению второй выпуклости прилива в океане, наиболее удаленном от Луны. [5]

Второе влияние на приливы происходит из-за гравитации Солнца. Гравитация Солнца оказывает меньшее влияние, чем Луна, потому что она находится намного дальше от Земли. Однако Солнце влияет на приливной диапазон . Когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в прямую линию (в новолуние и полнолуние ), их приливные эффекты объединяются, создавая особенно высокие и низкие приливы, называемые весенними приливами . Когда Солнце находится под прямым углом к ​​Луне, эффекты частично нейтрализуются, создавая небольшие приливы, называемые квадратурными приливами . [5]

В Новой Зеландии относительно небольшой приливной диапазон, обычно менее двух метров. Однако некоторые из крупных гаваней на западном побережье Северного острова, в частности Кайпара , испытывают значительные течения из-за приливов и отливов.

Всего существует шестьдесят два признанных природных фактора, влияющих на приливы, хотя только некоторые из них будут значимыми в данном месте. Гравитация Луны и Солнца является наиболее важной.

Глобальное возвышение поверхности океана M2 (НАСА)  [7]
Эта компьютерная анимация показывает пики и спады приливов M2, проносящихся против часовой стрелки вокруг Новой Зеландии. Когда на одной стороне пролива Кука прилив, на другой стороне отлив. По этой причине в проливе Кука могут наблюдаться исключительно быстрые приливные течения.

Третье влияние возникает из-за того, что Луна вращается под углом к ​​экватору. Это означает, что если одна из выпуклостей, движущихся вокруг Земли, находится выше экватора, то другая выпуклость находится ниже экватора. Из этого также следует, что в некоторых местах будет один ежедневный суточный прилив, в то время как в других местах будут полусуточные приливы дважды в день. Например, в море Росса около Антарктиды каждые 24,84 часа происходит суточный прилив. Высота этого прилива уменьшается почти до нуля за цикл, который занимает 13,66 дней. Приливы в Новой Зеландии являются полусуточными. Основная причина, лунный прилив, обозначена M2 . M обозначает Луну, а 2 обозначает дважды в день. [5]

Четвертое влияние возникает из-за того, что орбита Луны вокруг Земли и орбита Земли вокруг Солнца являются эллиптическими, а не круговыми. Эффект этого заключается в том, что время между приливами немного меняется изо дня в день. Луне требуется около 24,8 часов, чтобы совершить оборот вокруг Земли, поэтому требуется половина этого времени, 12,4 часа, чтобы произошли приливы M2. Приливы можно предсказать задолго до этого, потому что орбиты Луны и Земли предсказуемы. [5] Национальный институт водных и атмосферных исследований (NIWA) запустил компьютерную модель приливов, специфичную для Новой Зеландии. [8]

Фактическая картина и время приливов определяются природой резонансов в каждом океаническом бассейне с различными частотами гравитационных влияний в течение многих циклов. Ситуация Новой Зеландии (как и Исландии) представляет собой небольшой остров в большом бассейне, и пики и впадины приливов M2 непрерывно распространяются против часовой стрелки вокруг Новой Зеландии. Когда на западном побережье прилив, на восточном побережье отлив, и наоборот: прямолинейное представление о приливных выпуклостях, выровненных с Луной, недостаточно. Эти течения наиболее заметны в проливах, таких как пролив Кука и пролив Фово. [9] Ярким примером является Французский проход , недалеко от большого пролива Кука, где, несмотря на низкий приливной диапазон, приливные потоки могут достигать почти восьми узлов.

Манапури

Генерация и высота прилива

С момента строительства электростанции Манапури было около пяти МВт приливной генерации. Выход из отводящего туннеля у Даски-Саунда выходит на уровень моря, и, таким образом, эффективный напор электростанции зависит от уровня прилива там. Если турбины работают при фиксированном отверстии потока, вырабатываемая мощность не постоянна, а следует за приливом, эффект, который можно увидеть на следующем графике. Обратите внимание, что время следует за приливами круглосуточно, а не за обычным двадцатичетырехцикличным циклом потребления электроэнергии.

Электростанция Опунаке имеет отводящий канал, выходящий на пляж, но ее работа носит прерывистый характер, поэтому неясно, оказывают ли приливы какое-либо влияние на выработку электроэнергии.

пролив Кука

График, показывающий 6 линий, по две линии на каждый из трех городов. В Нельсоне два ежемесячных весенних прилива, а в Нейпире и Веллингтоне — по одному.
Приливные режимы в проливе Кука. В южной части (Нельсон) наблюдается два весенних прилива в месяц, тогда как на северной стороне (Веллингтон и Нейпир) — только один.
Внешние изображения
значок изображенияТечения в проливе Кука до и после прилива в Веллингтоне – Те Ара: Энциклопедия Новой Зеландии
значок изображенияПодводная топография пролива Кука – NIWA

Пролив Кука имеет приливные течения, одни из самых сильных в мире, хотя он имеет меньший приливной диапазон, чем большинство мест в Новой Зеландии. Это происходит потому, что основной компонент лунного прилива M2, который циркулирует против часовой стрелки вокруг Новой Зеландии, не совпадает по фазе на каждом конце пролива. Со стороны Тихого океана прилив происходит на пять часов раньше, чем на стороне Тасманова моря. С одной стороны прилив, а с другой — отлив. Разница в уровне моря может приводить к приливным течениям со скоростью до 2,5 метров в секунду (5 узлов) через пролив Кука, а также в канал Тори. [5] [10] Необычное осложнение заключается в том, что, хотя на южной стороне есть два весенних прилива в месяц, на северной стороне бывает только один весенний прилив в месяц, как показано на графике. Еще одним следствием этих противоположных приливов является то, что в центре пролива практически нет изменения приливной высоты. Хотя приливная волна должна течь в одном направлении в течение шести часов, а затем в обратном направлении в течение шести часов, конкретная волна может длиться восемь или десять часов, а обратная волна ослаблена. В особенно бурных погодных условиях обратная волна может быть нейтрализована, и течение может оставаться в том же направлении в течение трех периодов волны и дольше. Это указано на морских картах для региона. [11]

Существует множество компьютерных моделей приливного течения через пролив Кука. Хотя приливные компоненты легко реализуемы, [12] остаточный поток моделировать сложнее. [13]

В апреле 2008 года компании Neptune Power было предоставлено разрешение на использование ресурсов для установки экспериментальной подводной приливной турбины в проливе. Турбина была разработана в Великобритании и будет построена в Новой Зеландии за 10 миллионов долларов. Диаметром четырнадцать метров, изготовленная из углеродного волокна , она будет способна вырабатывать один мегаватт. Она будет размещена на глубине восьмидесяти метров, в 4,5 километрах к югу от мыса Синклер, в водах, известных как «пролив Карори». Электроэнергия от турбины будет подаваться на берег на подстанцию ​​Vector's Island Bay . Турбина является пилотной и будет установлена ​​в местах с более медленными приливами для испытаний. Neptune надеется начать вырабатывать электроэнергию с помощью установки к 2010 году. Компания заявила, что в проливе Кука достаточно приливного движения для выработки 12 ГВт электроэнергии, что в полтора раза превышает текущие потребности Новой Зеландии. [10] [14] [15] [16] На практике можно было использовать только часть этой энергии. [17]

На другой стороне пролива Energy Pacifica некоторое время говорила о подаче заявки на ресурсное согласие для установки до десяти морских турбин, каждая из которых может производить до 1,2 МВт, около входа в пролив Кука в канал Тори . Они утверждают, что в канале Тори приливные течения составляют 3,6 метра в секунду с хорошей батиметрией и доступом к электросети. По состоянию на март 2011 года не было подано ни одной заявки. [10]

Мощность, вырабатываемая приливными морскими турбинами, изменяется как куб приливной скорости. Поскольку приливная скорость удваивается, при весенних приливах может быть произведено в восемь раз больше приливной мощности, чем при квадратурных. [10]

Гавань Кайпара

Внешние изображения
значок изображенияГлавный канал гавани Кайпара [18]
значок изображенияПредлагаемые кабель и турбины [18]

Вход в гавань Кайпара , одну из крупнейших гаваней в мире, представляет собой канал в Тасманово море . Он сужается до ширины 6 километров (3,7 мили), [19] и имеет глубину более 50 метров (160 футов) в некоторых местах. В среднем приливы Кайпара поднимаются и опускаются на 2,10 метра (6,9 фута). Во время прилива затапливается около 1000 квадратных километров. Весенние приливные потоки достигают 9 км/ч (5 узлов) во входном канале и перемещают 1990 миллионов кубических метров за приливное движение или 7960 миллионов кубических метров ежедневно. [20]

В 2011 году энергетическая компания Crest Energy получила разрешение на установку около 200 подводных приливных турбин для приливной электростанции Кайпара , которая будет использовать значительные приливные потоки , ежедневно движущиеся около устья гавани, для производства электроэнергии примерно для 250 000 домов. [21]

Crest планирует разместить турбины на глубине не менее 30 метров вдоль десятикилометрового участка главного канала. Исторические карты показывают, что этот участок канала мало изменился за 150 лет. Выходная мощность турбин будет циклично меняться дважды в день с предсказуемым подъемом и спадом прилива. Каждая турбина будет иметь максимальную выходную мощность 1,2 МВт, и, как ожидается, будет генерировать 0,75 МВт в среднем с течением времени. [20] [22]

Пиковый уровень генерации для комбинированных турбин составляет около 200 МВт. Это превышает прогнозируемые пиковые потребности в электроэнергии Нортленда . Это принесет экологические выгоды, компенсируя ежегодные выбросы углерода от теплового газотурбинного генератора в размере 575 000 тонн углерода. [20] Проект оценивается примерно в 600 миллионов долларов, и для того, чтобы быть экономически выгодным, его необходимо будет быстро масштабировать почти до полной мощности. [23]

Однако, хотя Департамент охраны природы одобрил проект и включил в свое согласие существенные условия мониторинга окружающей среды, у проекта также есть возражения на основании заявленного влияния на местные экосистемы и чартерный лов рыбы. [24] Апелляции в Экологическом суде были завершены в 2010 году, а положительное решение было вынесено в феврале 2011 года.

Энергия волн

Энергия волн заключается в преобразовании энергии волн на поверхности океана в электричество с помощью устройств, закрепленных на берегу, на дне или плавающих в море. Энергия волн меняется со временем в зависимости от того, когда и где возникают ветры и штормы, которые приводят в движение волны. Приливная энергия более регулярна и предсказуема.

Две ветровые зоны влияют на Новую Зеландию. Юго-восточные пассаты преобладают на севере, оживляемые случайными циклонами из тропиков. Остальная часть страны находится во власти ревущих сороковых , широкой полосы западных ветров, которые охватывают средние широты южного полушария. Ревущие сороковые простираются над большей частью южной части Тасманова моря и Южного океана . Эти ветры создают некоторые из самых штормовых морей в мире, с максимальной высотой волн, регулярно превышающей 4 метра. [25]

Внешнее изображение
значок изображенияСредняя высота волн вокруг Новой Зеландии

В среднем океанские волны в Новой Зеландии передают около 25 кВт на каждый метр береговой линии. [6] На западном и юго-западном побережьях страны самые энергичные волны. Даже в безветренные дни волны, которые были созданы в Южном океане, все еще достигают. Меньше энергии волн поступает на северо-восточное побережье, поскольку оно защищено от юго-западных волн (нажмите на ссылку справа для получения диаграммы). [25] Количество энергии в волне пропорционально квадрату ее высоты, поэтому двухметровая волна содержит в четыре раза больше энергии, чем метровая волна.

Wave Energy Technology - New Zealand (WET-NZ) - финансируемая правительством программа сотрудничества в области исследований и разработок между Industrial Research Limited , королевским научно-исследовательским институтом, и Power Projects Limited, частной компанией из Веллингтона. Программа направлена ​​на разработку устройства на основе волновой энергии, которое генерирует электроэнергию из кинетической и потенциальной энергии, доступной в волнах открытого океана. В 2010 году WET-NZ получила разрешение на ресурсы для тестирования прототипа в половинном масштабе на двух испытательных полигонах. [26] Устройство теперь называется Azura и проходит испытания на Гавайях.

Хронология

  • 1966: Введен в эксплуатацию первый в мире проект приливной плотины в Ла-Рансе, Франция, мощностью 240 МВт.
  • 2003: Seaflow, первый в мире прототип подводной турбины, введен в эксплуатацию у северного Девона с пиковой мощностью 300 кВт. [27]
  • 2008: Первая в мире коммерческая волновая ферма запущена в эксплуатацию в Португалии. Она использует устройства Pelamis и имеет пиковую мощность 2,25 МВт. [28] [29]
  • 2008: SeaGen, первый в мире промышленный генератор энергии приливных течений, введен в эксплуатацию в Странгфорд-Лох , Северная Ирландия, с пиковой мощностью 1,2 МВт. [30]
  • 2008: Crest Energy Kaipara Limited подает заявку на получение разрешения на использование ресурсов для установки 200 морских турбин возле входа в гавань Кайпара с пиковой мощностью 200 МВт. [31]
  • 2008: Neptune Power получила разрешение на строительство пилотной турбины у мыса Синклер в проливе Кука . [32]
  • 2008: Energy Pacifica подает заявку на получение разрешения на установку до 10 морских турбин, каждая из которых способна производить до 1,2 МВт, вблизи входа в пролив Кука в канал Тори . [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Приливная энергия на волне популярности". One News . 2 декабря 2007 г. Получено 1 ноября 2011 г.
  2. ^ "AWATEA February newsletter" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-10-14 . Получено 2009-03-02 .
  3. ^ Ассоциация волновой и приливной энергетики Аотеароа
  4. ^ Управление по энергоэффективности и энергосбережению - Морская энергия
  5. ^ abcdef Стивенс, Крейг и Чизвелл, Стивен. Океанические течения и приливы: Tides Te Ara: Энциклопедия Новой Зеландии, обновлено 21 сентября 2007 г.
  6. ^ Стивенс, Крейг; Смит, Мюррей и Горман, Ричард (2005) Дары океана: энергия волн и приливов Вода и атмосфера, т. 13, № 4.
  7. ^ Океанические приливы и магнитные поля , Студия визуализации НАСА , 30 декабря 2016 г.
  8. ^ Прогнозист приливов (Новая Зеландия) – NIWA
  9. ^ Морская энергия: обзор текущих событий и перспектив для Новой Зеландии, подготовленный для Управления по энергоэффективности и энергосбережению, 18 мая 2005 г.
  10. ^ abcde Benign tides Архивировано 01.08.2010 в Wayback Machine Energy NZ № 6, весна 2008 г. Contrafed Publishing.
  11. ^ Карта пролива Кука
  12. ^ Лунные приливы в проливе Кука, Новая Зеландия
  13. ^ Боуман, М.Дж., А.С. Кибблуайт, Р. Муртаг, С.М. Чизвелл и Б.Г. Сандерсон (1983) Циркуляция и смешивание в Большом проливе Кука, Новая Зеландия. Oceanologica Acta 6(4): 383-391
  14. ↑ Doesburg, Anthony (15 апреля 2008 г.). «Зелёный свет для испытаний генератора энергии в проливе Кука». The New Zealand Herald . Получено 1 ноября 2011 г.
  15. ^ Развитие возобновляемой энергетики: Приливная энергия: пролив Кука Архивировано 14.02.2009 на Wayback Machine
  16. ^ Использование силы моря Energy NZ, том 1, № 1, зима 2007 г. Архивировано 24 июля 2011 г. на Wayback Machine
  17. ^ "РНЗ".
  18. ^ Хаггит Т., Мид С. и Беллингхэм М. (2008) Обзор экологической информации о гавани Кайпара. Архивировано 18 февраля 2012 г. в технической публикации Wayback Machine ARC TP 354.
  19. ^ abc Bellve, AR; Austin, G и Woods, B (2007) Путь к производству энергии из морских приливных течений в гавани Кайпара в Новой Зеландии. Архивировано 14 октября 2008 г. в Университете Wayback Machine в Окленде.
  20. ^ «Энергия гребня».
  21. ^ Часто задаваемые вопросы о Crest Energy
  22. ↑ Использование силы моря Energy NZ, том 1, № 1, зима 2007 г. Архивировано 24 июля 2011 г. на Wayback Machine
  23. ↑ Doesburg, Anthony (1 сентября 2008 г.). «Энтони Дусбург: Освоение приливной энергии не всегда проходит гладко». The New Zealand Herald . Получено 1 ноября 2011 г.
  24. ^ ab Стивенс, Крейг и Чизвелл, Стивен. Океанские течения и приливы: Волны Те Ара: Энциклопедия Новой Зеландии, обновлено 21 сентября 2007 г.
  25. ^ Соглашение о реализации океанических энергетических систем. Бюллетень за октябрь 2010 г.
  26. ^ "Marine Current Turbines: progress with tidal turbine development" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-20 . Получено 06.03.2009 .
  27. ^ Эмили Форд. «Ученый, изучающий энергию волн, в восторге от зеленой энергии». The Times . Лондон. Архивировано из оригинала 2012-12-23 . Получено 2008-10-15 .
  28. ^ Alok Jha (25 сентября 2008 г.). «Создание волн: британская фирма использует силу моря ... в Португалии». The Guardian . Лондон . Получено 09.10.2008 .
  29. ^ Приливная энергетика в Великобритании: SeaGen
  30. ^ "DOC рассматривает план по турбине Kaipara". Телевидение Новой Зеландии . Newstalk ZB . 30 мая 2008 г. Получено 1 ноября 2011 г.
  31. ^ "Одобрено испытание приливной энергии". Телевидение Новой Зеландии . Newstalk ZB . 2 мая 2008 г. Получено 1 ноября 2011 г.

Дальнейшее чтение

  • Отчет «Морская энергия в Новой Зеландии» за 2008 г. Подготовлен для Управления по энергоэффективности и энергосбережению
  • Информационный бюллетень по морской энергетике Подготовлен для Управления по энергоэффективности и энергосбережению.
  • Рикард, Грэм и Хэдфилд, Марк (2004) Прогнозирование «погоды» океана. Вода и атмосфера, т. 12, № 4 — декабрь
  • Боуэн М., Ричардсон К., Пинкертон М., Корпела А. и Уддстром М. (2004) Извлечение информации из неуловимого океана: поверхностные течения по спутниковым снимкам Вода и атмосфера, т. 12, № 4
  • Стивенс, Крейг (2007) Покорение океанов? Архивировано 18 октября 2008 г. в Wayback Machine , серия «Гамма», Королевское общество Новой Зеландии.
  • Приливная энергия | Гавань Кайпара
  • Приливная энергетика набирает популярность
  • Почему Marine> – BWEA
  • Новая Зеландия: шанс переломить ситуацию с энергоснабжением Архивировано 10 марта 2012 г. в Wayback Machine Энтони Беллве, 2005 г.
  • Укрощение приливов: обновление морской энергетики 2009 г.
  • Обзор энергии океана 2008
  • Прекрасный источник энергии
  • Видео: В погоне за течениями (NIWA)
  • Генерация электроэнергии с помощью приливной энергии в Новой Зеландии
  • Океанография: волны – Дж. Флор Энтони, 2000.
  • WET-NZ (Технологии волновой энергии - Новая Зеландия)
  • Power Projects Limited Публикации
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Энергия_океана_в_Новой_Зеландии&oldid=1239389252#Приливная_энергия"