Können Gezeitenströme Strom erzeugen

Gezeitenstromist die Bezeichnung für den horizontalen Wasserfluss durch die Ozeane, der durch die kontinuierliche Ebbe und Flut der Flut verursacht wird, was, wie wir wissen, die vertikale Auf- und Abbewegung des Ozeanwassers ist.

Im Gegensatz zu Wasserströmungen die kontinuierlich, unidirektional sind und eine stetige horizontale Bewegung des Wassers bilden, das einen Fluss oder Strom usw. hinunterfließt, ein Gezeitenstrom oder eine Gezeitenströmung, ändert seine Geschwindigkeit, Richtung und horizontale Bewegung regelmäßig entsprechend den Kräften der Gezeiten, die ihn kontrollieren. p>

Die Gezeitenstromerzeugung ist ein Gezeitenschema ohne Staudamm, im Gegensatz zu Gezeitenzaunenergie, die eine physikalische Barriere verwendet, um die Energie zu extrahieren. Gezeitenstromsysteme extrahieren die kinetische Energie (Energie in Bewegung) aus bewegtem Wasser, das durch die Gezeiten erzeugt wird, ohne die Umgebung zu verändern, wodurch es zu einem hydrokinetischen Energiesystem wird.

An oder in der Nähe der Küste führen Ebbe und Flut dazu, dass sich das Wasser des Ozeans staut, was zu einer Flut entlang des Strandes führt, wobei ein Teil dieses Wassers in Gezeiteneinlässe, Becken und Flussmündungen gedrückt wird, während der Großteil seitwärts entlang gedrückt wird der Küste.

Diese Bewegung des Tidenhubs, verstärkt durch geografische Merkmale entlang der Küste, bündelt diese Gezeitenströmungen in einer einzigen vorhersagbaren und konzentrierten Form erneuerbarer Energie, die wir mit einem Gezeitenstromgenerator nutzen können. Ein Gezeitenstrom ist normalerweise stärker in Küstennähe, wo das Meerwasser von Natur aus flacher ist und das Wasser beschleunigt, als weiter draußen in tieferen Tiefen.

Gezeitenstromgenerator

Gezeitenstromerzeugungist in vielerlei Hinsicht den Prinzipien der Windkrafterzeugung sehr ähnlich. Horizontale Turbinengeneratoren, die als „Gezeitenturbinen“ bezeichnet werden; oder “Meeresströmungsturbinen” auf dem Meeresboden platziert werden, fließen die Strömungen über die Turbinenblätter und treiben einen Generator an, ähnlich wie der Wind die Blätter von Windkraftanlagen dreht. Tatsächlich sieht der Meeresboden in manchen Gezeitenstrom-Erzeugungsgebieten genauso aus wie ein Unterwasser-Windpark mit einer Reihe von Gezeitenstrom-Generatoren, die große Flächen abdecken.

Der erzeugte Gezeitenstrom wird dann über lange elektrische Unterwasserkabel, sogenannte Unterseekabel, an die Küste übertragen. Diese Offshore-Gezeitenturbinen können entweder teilweise oder vollständig unter die Wasseroberfläche eingetaucht werden, wobei teilweise eingetauchte Turbinen einfacher und kostengünstiger zu warten sind.

Während Gezeitenstromanlagen einige der Umweltauswirkungen großer künstlicher Gezeitensperren reduzieren, bewegen sich große Meeresströmungen wie der Golfstrom mit Geschwindigkeiten, die deutlich langsamer sind als der Wind. Da Wasser jedoch 784-mal dichter ist als Luft (weshalb wir Wasser und keine Luft sehen können), kann ein einzelner Gezeitengenerator auf dem Meeresboden bei niedrigen Gezeitengeschwindigkeiten eine erhebliche Menge an Meeresströmungsenergie liefern, was weit ist dem Wind überlegen, mit ähnlicher oder identischer Turbinentechnologie.

Da die Energieabgabe mit der Dichte des Mediums ( Kg/cm3 ) und der Kubikzahl der Geschwindigkeit ( m3/s ) variiert, können wir sehen, dass eine 10 mph (ca. 8,6 Knoten in nautischen Begriffen) würde der Gezeitenstrom des Ozeans eine Energieabgabe gleich oder größer als eine Windgeschwindigkeit von 90 Meilen pro Stunde für die gleiche Größe des Turbinensystems haben. Daher können selbst kleine Geschwindigkeitserhöhungen zu erheblichen Änderungen der verfügbaren Leistung führen, und daher können kleinere, schneller rotierende Gezeitenturbinengeneratoren in einem ozeanischen Gezeitenstromsystem verwendet werden.

Als kinetischer Energieinhalt eines Gezeitenstroms pro Zeiteinheit fließt, was der Wasserkraft ( P ) entspricht, kann die verfügbare Energie in Bezug auf berechnet werden Geschwindigkeit ( V ), überstrichene Querschnittsfläche ( A). ) senkrecht zur Fließrichtung des Baches, und die Dichte des Wassers ( ρ ), was für Meerwasser steht ca. 1025 kg/m3. Vorausgesetzt, die Geschwindigkeit ist über die Querschnittsfläche gleichmäßig, ist die verfügbare Energiemenge zu jedem Zeitpunkt im Gezeitenzyklus: P = ½&# 032;ρ A.V3.

Diese kubische Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Leistung ist die gleiche wie die für die Leistungskurven von Windkraftanlagen, aber es gibt praktische Grenzen für die Menge an Leistung, die aus Gezeitenströmen gewonnen werden kann. Einige dieser Grenzen beziehen sich auf das Design der Gezeitenturbinen und die Eigenschaften der Unterwasserressource.

Designs von Gezeitenstromgeneratoren

Im Gegensatz zur Offshore-Windenergie, die unter Sturm- oder Seeschäden leiden kann, arbeiten Gezeiten- oder Meeresströmungsturbinen direkt unter der Meeresoberfläche oder sind dauerhaft am Meeresboden befestigt. Die meisten untergetauchten Gezeitenturbinen funktionieren im Wesentlichen wie eine Windturbine und sind am Meeresboden befestigt, wobei das Wasser die Turbine anstelle des Windes antreibt.

Diese Turbinen haben eine horizontale Rotationsachse zum Boden und funktioniert wie eine herkömmliche Windmühle, die aus einem Rotor, einem Getriebe und einem elektrischen Generator besteht. Diese drei Teile sind auf einer Stahlträgerkonstruktion montiert, wobei die drei Hauptträgertypen eine Schwerkraftkonstruktion, eine versunkene Pfahlkonstruktion oder eine Dreibeinkonstruktion sind, wie gezeigt.

Gezeitenstromgenerator unterstützt

Für eine versunkene Pfahlstütze wird ein einzelner Stahlpfahl tief in den Meeresboden gerammt, an dem die Gezeitenstromgeneratorbaugruppe befestigt ist. Diese röhrenförmige Stütze ist weniger steif als andere Typen und kann sich unter den stromabwärtigen Widerstandskräften des Gezeitenwassers biegen, wenn sie in seichten Gewässern verwendet werden. Eine Schwerkraftstütze verwendet im Allgemeinen einen großen schweren Betonblock oder Blöcke, die auf dem Meeresboden sitzen.

Aufgrund des hohen Gewichts des Betonblocks ist die Struktur steifer und daher widerstandsfähiger gegen Biegung. Ein Dreibein- oder Fachwerkträger verwendet einen Rohrrahmen mit einer viel größeren Grundfläche, der auf dem Meeresboden positioniert ist, um die Generatorbaugruppe zu stützen. Diese Art von System wird bei der Öl- und Gasexploration verwendet und ist daher eine bekannte Technologie.

Andere Konstruktionen von Gezeitenstromgeneratoren, die am Meeresboden befestigt sind, umfassen: Reciprocating Tidal Stream Devices, die ein großes Tragflügelboot ähnlich einer Walflosse verwenden, das sich parallel zur Richtung des Gezeitenstroms auf und ab bewegt, anstatt sich zu drehen Schaufeln und Gezeitenstromgeräte mit Venturi-Effekt, wo sich die Gezeitenturbinen in einem zylindrischen Kanal befinden, ähnlich einem Lüftergehäuse. Die Gezeitenströmung wird durch diesen Kanal geleitet, der die Strömung konzentriert, wodurch eine Druckdifferenz entsteht, die eine sekundäre Wasserströmung durch die Reaktionsturbine verursacht, wodurch die Effizienz verbessert wird.

Außerdem gibt es mehrere praktische Vorteile beim Platzieren der Gezeitenturbine in einem lüfterartigen Kanal, wie zum Beispiel weniger Gefahren durch die rotierenden Blätter für sowohl Wasserlebewesen als auch Taucher, da ein Sicherheitsgitter oder eine Abdeckung an der stromaufwärts gelegenen Öffnung platziert werden könnte, die ebenfalls vorhanden wäre der sekundäre Vorteil, dass verhindert wird, dass schwimmende Trümmer in die Turbine gezogen oder gesaugt werden und Schäden verursachen. Der Kanal selbst kann der Reaktionsturbine Schatten und/oder Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung bieten und verhindert, dass sich Algen, Algenwachstum oder Krustentiere auf den Blättern und dem Mechanismus bilden, wie dies an der Unterseite von Booten der Fall ist.

Wir wissen, dass Gezeitenströme durch die schnell fließenden horizontalen Wasserströmungen gebildet werden, die durch Ebbe und Flut verursacht werden, wobei das Profil des Meeresbodens dazu führt, dass die Wasserströmungen in Küstennähe beschleunigt oder verlangsamt werden. Dann können Gezeitenturbinen sowohl bei Ebbe als auch bei Flut Strom erzeugen. Einer der Nachteile der Gezeitenstromerzeugung besteht darin, dass die Turbinen, da sie unter die Wasseroberfläche getaucht sind, Gefahren für große Meeressäuger, Schifffahrt und Schifffahrt darstellen können.

Angesichts der technischen Schwierigkeiten, die sich aus Unterwasserkorrosion, erhöhten Wartungsproblemen und Unkrautwachstum auf den Blättern ergeben, was ihre Effizienz und Stabilitätsprobleme verringern könnte, werden jetzt andere Formen alternativer Konstruktionen von Gezeitenstromgeneratoren verwendet.

Dazu gehören wobei die Gezeitenturbine mit einem schwimmenden Lastkahn oder Schiff auf der Wasseroberfläche verbunden ist und im Wesentlichen als umgedrehte horizontale Turbine arbeitet, anstatt die Turbinen direkt am Meeresboden zu befestigen.

Diese Art von Gezeitenstromgeneratoren bietet zahlreiche Vorteile, darunter die einfache Wartung und Zugänglichkeit der Turbinen durch einfaches Entfernen oder Ersetzen aus dem Wasser und keine kostspieligen Stahlstützen oder Änderungen am Meeresboden.

Da sich die Gezeitenturbinen unter einem Lastkahn, einem Ponton oder direkt am Schiffsrumpf befinden, können ihre elektrischen Anschlüsse und Geräte sicher über und außerhalb des Wassers montiert werden. Außerdem kann die unterstützende Schwimmvorrichtung bei Bedarf leicht in stärkere Gezeitenstromgebiete bewegt werden, aber sie sind aufgrund ihrer mit der Küstenlinie verbundenen elektrischen Versorgungskabel entfernungsbeschränkt.

Zusammenfassung der Gezeitenstromerzeugung

Gezeitenturbinen oder Wasserströmungsturbinen arbeiten auf eine sehr ähnliche Weise wie eine Windkraftanlage und können elektrische Energie aus starken horizontalen Gezeitenströmungen erzeugen, die als Gezeitenströme< bezeichnet werden /strong> mit sehr geringer Umweltbelastung.

Diese Gezeitenströmungen treiben die Propeller von Gezeitenstromgeneratoren an, wobei sich die Blätter automatisch an die vorherrschende Strömung anpassen, aber nur einen Bruchteil der kinetischen Energie der Gezeitenströmungen in elektrische Energie umwandeln und über ein Seekabel zurück an Land senden. Da sich Gezeitenturbinengeneratoren unter Wasser befinden, erzeugen sie keine Emissionen oder Geräusche und ihre Auswirkungen auf die Umwelt sind viel geringer als die eines Gezeitensperrwerks.

Im nächsten Tutorial über Gezeitenenergie werden wir eine weitere alternative Möglichkeit zur Nutzung von Gezeitenturbinen und Gezeitenströmen zur Stromerzeugung untersuchen, indem wir einen Unterwasser-Gezeitenzaun verwenden.

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