Сила океана в Новой Зеландии

Французский перевал имеет самые быстрые приливные потоки в Новой Зеландии.

Новая Зеландия обладает большими энергетическими ресурсами океана , но пока не производит из них никакой энергии. В 2007 году ТВНЗ сообщил, что в настоящее время в стадии разработки находятся более 20 проектов волновой и приливной энергетики . Однако общедоступной информации об этих проектах не так много. Ассоциация волновой и приливной энергии Аотеароа была основана в 2006 году с целью «способствовать освоению морской энергии в Новой Зеландии». Согласно их информационному бюллетеню от 10 февраля 2008 г., у них 59 членов. Однако ассоциация не называет своих членов.

С 2008 по 2011 год правительственное Управление по энергоэффективности и сохранению энергии ежегодно выделяет 2 миллиона долларов из Фонда развития морской энергетики, созданного для поощрения использования этого ресурса.

Большой пролив Кука и гавань Кайпара , похоже, представляют собой наиболее перспективные места для использования подводных турбин. Два разрешения на использование ресурсов были предоставлены для пилотных проектов в самом проливе Кука и в проливе Тори , а также запрашивается согласие на проектные участки у входа в Кайпару. Другие потенциальные места включают гавани Манукау и Хокианга , а также перевал Френч . В гаванях возникают течения до 6 узлов с приливными потоками до 100 000 кубических метров в секунду. Эти приливные объемы в 12 раз превышают потоки крупнейших рек Новой Зеландии.

Приливная сила

Приливная энергия генерируется путем улавливания части энергии приливов, когда они циркулируют вперед и назад, дважды в день. Приливные устройства могут представлять собой плотины или плотины ( заграждения ), используемые для сдерживания прилива, или турбины, закрепленные внутри приливного потока.

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). Некоторыми исключениями являются пролив Кука и его окрестности , где приливные течения могут быть намного сильнее, а также вход в некоторые гавани, особенно в гавань Кайпара . Подобные мысы и сужения фокусируют потоки, обеспечивая уровень энергии, достигающий 750 Вт на квадратный метр.

Приливы контролируются главным образом гравитационным притяжением Луны. Примерно раз в день Луна вращается вокруг Земли, притягивая при своем движении 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 второму приливу в океане, наиболее удаленном от Луны.

Второе влияние на приливы происходит из-за гравитации Солнца. Гравитация Солнца имеет меньшее влияние, чем Луна, потому что она находится намного дальше от Земли. Однако Солнце влияет на диапазон приливов . Когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются по прямой линии (в новолуние и полнолуние ), их приливные эффекты объединяются, создавая особенно приливы и отливы, называемые весенними приливами . Когда Солнце находится под прямым углом к ​​Луне, эффекты частично нейтрализуются, создавая небольшие приливы, называемые «приливами» .

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

Всего существует шестьдесят два признанных природных воздействия на приливы, хотя лишь некоторые из них будут значительными в данном месте. Гравитация Луны и Солнца является наиболее важной.

Продолжительность: 31 секунда. 0:31

Глобальная высота океанского прилива М2 (НАСА)

На этой компьютерной анимации показаны пики и спады приливов М2, проходящих 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 происходит потому, что Луна вращается под углом к ​​экватору. Это означает, что если один из выступов, путешествующих вокруг Земли, находится выше экватора, то другой выступ находится ниже экватора. Из этого также следует, что в некоторых местах будет один суточный прилив , а в других — полусуточные приливы два раза в день. Например, в море Росса возле Антарктиды суточный прилив происходит каждые 24,84 часа. Высота этого прилива снижается почти до нуля за цикл, продолжающийся 13,66 дней. Приливы в Новой Зеландии полусуточные. Основная причина, лунный прилив, обозначена как М2 . М 2 означает Луну, а . означает два раза в день

Четвертое влияние происходит потому, что орбита Луны вокруг Земли и орбита Земли вокруг Солнца имеют эллиптическую, а не круговую форму. В результате время между приливами немного меняется изо дня в день. Луне требуется около 24,8 часов, чтобы совершить оборот вокруг Земли, поэтому для возникновения приливов М2 требуется половина этого времени, 12,4 часа. Приливы можно предсказать заранее, поскольку орбиты Луны и Земли предсказуемы. Национальный институт водных и атмосферных исследований (NIWA) разработал компьютерную модель приливов и приливов, специфичную для Новой Зеландии.

Фактическая картина и время приливов определяются природой резонансов в каждом океанском бассейне с различными частотами гравитационных воздействий на протяжении многих циклов. Ситуация в Новой Зеландии (как и в Исландии) представляет собой небольшой остров в большом бассейне, а пики и спады приливов М2 непрерывно движутся вокруг Новой Зеландии против часовой стрелки. Когда на западном побережье прилив, на восточном побережье — отлив, и наоборот: простого представления о приливных выпуклостях, ориентированных на Луну, недостаточно. Эти течения наиболее заметны в таких проливах , как пролив Кука и пролив Фово. Ярким примером является Френч-Пасс , расположенный недалеко от Большого пролива Кука, где, несмотря на низкий уровень приливов, приливные течения могут достигать почти восьми узлов.

Депрессия

Генерация и высота прилива

С момента постройки электростанции в Манапури было выработано около пяти МВт электроэнергии, определяемой приливами. Выход из отводящего туннеля со стороны Даски-Саунд выходит на уровень моря, и, таким образом, на эффективный напор электростанции влияет уровень прилива там. Если турбины работают с фиксированным отверстием потока, производимая мощность не является постоянной, а следует за приливом, и этот эффект можно увидеть на следующем графике. Обратите внимание, что время соответствует круглосуточному приливу, а не обычному двадцатичетырехлетнему циклу потребления электроэнергии.

У электростанции Опунаке есть отводящая труба, выходящая на пляж, но она работает с перебоями, поэтому неясно, есть ли там какое-либо приливное воздействие на выработку энергии.

Пролив Кука

Приливные режимы в проливе Кука. В южной части (Нельсон) бывает два весенних прилива в месяц, тогда как в северной части (Веллингтон и Нейпир) только один.

Внешние изображения
Течения в проливе Кука до и после прилива в Веллингтоне - Те Ара: Энциклопедия Новой Зеландии
Подводная топография пролива Кука – NIWA

В проливе Кука приливные потоки одни из самых сильных в мире, хотя диапазон приливов в нем меньший, чем в большинстве мест Новой Зеландии. Это связано с тем, 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 со стороны Тасманова моря. С одной стороны — прилив, с другой — отлив. Разница в уровне моря может вызвать приливные течения со скоростью до 2,5 метров в секунду (5 узлов) через пролив Кука, а также в канал Тори. Необычная сложность заключается в том, что, хотя на южной стороне бывает два весенних прилива в месяц, на северной стороне, бывает только один как показано на графике, весенний прилив в месяц. Еще одним последствием этих противоположных приливов является то, что в центре пролива почти нулевое изменение высоты прилива. 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 с ослаблением обратной волны. В особо бурных погодных условиях обратный нагон может быть нейтрализован, а течение может оставаться в одном направлении в течение трех и более периодов нагона. Это указано на морских картах региона.

Существует множество компьютерных моделей приливного течения через пролив Кука. Хотя приливные компоненты легко реализовать, остаточный поток смоделировать сложнее.

В апреле 2008 года компании Neptune Power было предоставлено разрешение на установку экспериментальной подводной турбины приливных течений в проливе. Турбина была спроектирована в Великобритании и будет построена в Новой Зеландии стоимостью 10 миллионов долларов. Диаметром четырнадцать метров, построенный из углеродного волокна , он будет способен производить один мегаватт. Он будет расположен на глубине восьмидесяти метров в 4,5 километрах к югу от мыса Синклер, в водах, известных как «разрыв Карори». Электроэнергия от турбины будет подаваться на берег на Vector's Island Bay подстанции . Турбина является пилотной и будет размещена в условиях более медленных приливов для испытаний. Нептун надеется вырабатывать электроэнергию от блока к 2010 году. Компания заявила, что приливных движений в проливе Кука достаточно, чтобы вырабатывать 12 ГВт электроэнергии, что более чем в полтора раза превышает текущие потребности Новой Зеландии. На практике можно было использовать лишь часть этой энергии.

На другой стороне пролива Energy Pacifica уже некоторое время обсуждает возможность подачи заявки на получение разрешения на установку до десяти морских турбин, каждая из которых способна производить до 1,2 МВт, возле входа в пролив Кука в канал Тори . Они утверждают, что канал Тори имеет приливные потоки 3,6 метра в секунду, хорошую батиметрию и доступ к электросети. По состоянию на март 2011 года ни одного заявления подано не было.

Мощность, вырабатываемая приливными морскими турбинами, изменяется пропорционально кубу скорости прилива. Поскольку скорость прилива удваивается, во время весенних приливов может быть произведено в восемь раз больше приливной энергии, чем во время приливов.

Спортсмен Харбор

Внешние изображения
Главный канал гавани Кайпара
Предлагаемый кабель и турбины

Вход в гавань Кайпара , одну из крупнейших гаваней мира, представляет собой канал в Тасманово море . Он сужается до ширины 6 километров (3,7 миль), и местами имеет глубину более 50 метров (160 футов). В среднем приливы и отливы Кайпара поднимаются и опускаются на 2,10 метра (6,9 футов). Во время прилива затоплено около 1000 квадратных километров. Весенние приливные потоки достигают скорости 9 км/ч (5 узлов) во входном русле и перемещают 1990 миллионов кубических метров за одно приливное движение или 7960 миллионов кубических метров в сутки.

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 , приходящие и уходящие каждый день возле устья гавани, для производства электроэнергии примерно для 250 000 человек. дома.

Crest планирует разместить турбины на глубине не менее 30 метров вдоль десятикилометрового участка основного канала. Исторические диаграммы показывают, что этот участок канала мало изменился за 150 лет. Мощность турбин будет работать дважды в день в зависимости от предсказуемого прилива и отлива. Максимальная мощность каждой турбины составит 1,2 МВт, а в среднем с течением времени она будет вырабатывать 0,75 МВт.

Пиковый уровень генерации комбинированных турбин составляет около 200 МВт. Это превышает прогнозируемые пиковые потребности Нортленда в электроэнергии . Это принесет экологические выгоды, поскольку позволит компенсировать ежегодные выбросы углерода от теплового газотурбинного генератора, производящие 575 000 тонн углерода. Стоимость проекта составляет около 600 миллионов долларов, и для того, чтобы он был экономически выгодным, его необходимо быстро расширить до почти полной мощности.

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

Волновая мощность

Волновая энергия предполагает преобразование энергии поверхностных волн океана в электричество с помощью устройств, прикрепленных к берегу, морскому дну или плавающих в море. Энергия волн меняется со временем в зависимости от того, когда и где возникают ветры и штормы, вызывающие волны. Приливная энергия более регулярна и предсказуема.

Две ветровые зоны влияют на Новую Зеландию. На севере преобладают юго-восточные пассаты , оживленные редкими циклонами из тропиков. В остальной части страны преобладают ревущие сороковые годы — широкая полоса западных ветров, охватывающая средние широты южного полушария. Ревущие сороковые годы простираются над большей частью южной части Тасманова моря и Южного океана . Эти ветры создают одни из самых штормовых морей в мире, максимальная высота волн которых регулярно превышает 4 метра.

Внешний образ
Средняя высота волн вокруг Новой Зеландии

В среднем океанские волны в Новой Зеландии доставляют на каждый метр береговой линии около 25 кВт. На западном и юго-западном побережьях самые энергичные волны в стране. Даже в безветренные дни все равно приходят волны, образовавшиеся в Южном океане. Меньше волновой энергии поступает на северо-восточное побережье, поскольку оно защищено от юго-западных волн (нажмите на ссылку справа, чтобы увидеть диаграмму). Количество энергии в волне пропорционально квадрату ее высоты, поэтому двухметровая волна содержит в четыре раза больше энергии, чем метровая волна.

Wave Energy Technology – Новая Зеландия (WET-NZ) – это финансируемая правительством программа сотрудничества в области исследований и разработок между Industrial Research Limited , исследовательским институтом Crown, и Power Projects Limited, частной компанией из Веллингтона. Программа направлена ​​на разработку устройства волновой энергии, которое генерирует электричество как из кинетической, так и из потенциальной энергии, доступной в волнах открытого океана. В 2010 году WET-NZ получила разрешение на проведение полумасштабных испытаний прототипа на двух испытательных полигонах. Устройство теперь называется Azura и проходит испытания на Гавайях.

Хронология

• 1966: В Ла-Рансе, Франция, запущен первый в мире проект приливной плотины мощностью 240 МВт.
• 2003: Seaflow, первый в мире прототип подводной турбины, запущен в эксплуатацию у северного Девона с пиковой мощностью 300 кВт.
• 2008: Первая в мире коммерческая волновая ферма запускается в Португалии. Он использует устройства Pelamis и имеет пиковую мощность 2,25 МВт.
• 2008: SeaGen, первый в мире генератор энергии приливных потоков коммерческого масштаба, введен в эксплуатацию в Стрэнгфорд-Лох , Северная Ирландия, с пиковой мощностью 1,2 МВт.
• 2008: Компания Crest Energy Kaipara Limited подает заявку на получение разрешения на затопление 200 морских турбин у входа в гавань Кайпара с пиковой мощностью 200 МВт.
• 2008: Neptune Power получила разрешение на строительство пилотной турбины у мыса Синклер в проливе Кука .
• 2008: Energy Pacifica подает заявку на получение разрешения на установку до 10 морских турбин, каждая из которых способна производить до 1,2 МВт, возле входа в пролив Кука в канал Тори .

См. также

• Коэффициент мощности
• Прерывистый источник питания
• Морская текущая мощность
• Преобразование тепловой энергии океана
• Преобразователь волновой энергии Пеламис
• Возобновляемая энергия в Новой Зеландии
• Мощность градиента солености
• Приливная сила
• Волновая ферма
• Волновая мощность
• Ветровая волна
• Ветроэнергетика в Новой Зеландии
• Возобновляемая энергия в Новой Зеландии

Дальнейшее чтение

• Отчет о морской энергии в Новой Зеландии – 2008 г. Подготовлено для Управления по энергоэффективности и сохранению энергии.
• Информационный бюллетень по морской энергетике, подготовленный для Управления по энергоэффективности и сохранению энергии.
• Рикард, Грэм и Хэдфилд, Марк (2004). Прогнозирование «погоды» океана. Вода и атмосфера, Том 12, № 4 - декабрь.
• Боуэн М., Ричардсон К., Пинкертон М., Корпела А. и Уддстрем М. (2004) Получение информации из неуловимого океана: поверхностные течения по спутниковым снимкам Вода и атмосфера, Том 12, № 4
• Стивенс, Крейг (2007) Использование океанов? Архивировано 18 октября 2008 г. в Wayback Machine The Gamma Series, Королевское общество Новой Зеландии.
• Приливная сила | Гавань Кайпара
• Приливная сила набирает волну популярности
• Почему морской> – BWEA
• Новая Зеландия: шанс переломить ситуацию с электроснабжением. Архивировано 10 марта 2012 г. в Wayback Machine Энтони Беллве, 2005 г.
• Использование приливов: Обновление морской мощи 2009 г.

Внешние ссылки

• Обзор энергетики океана, 2008 г.
• Прекрасный источник энергии
• Видео: В погоне за течением (NIWA)
• Производство электроэнергии с помощью приливной энергии в Новой Зеландии
• Океанография: волны - Дж. Флор Антони, 2000.
• WET-NZ (Технологии волновой энергии – Новая Зеландия)
• Power Projects Limited Публикации