Tidal Barrages – das Blatt in der Stromerzeugung wenden

Das Tidal Barrage oder Tidal Power Plant, wie es auch genannt wird, ist eine Form von „erneuerbarer Meeresenergie“. 8221; Erzeugungssystem, das lange Mauern, Dämme, Schleusen oder Gezeitenschleusen verwendet, um die potenzielle Energie des Ozeans einzufangen und zu speichern.

Ein Gezeitenstaudamm ist eine Art Gezeitenstromerzeugungssystem, das den Bau eines Damms mit relativ niedrigen Mauern beinhaltet, der als “Gezeitenstaudamm” bekannt ist. und daher sein Name, der sich über den Eingang eines Gezeiteneinlasses, Beckens oder einer Mündung erstreckt und ein einzelnes geschlossenes Gezeitenreservoir schafft, das in vielerlei Hinsicht einem hydroelektrischen Staureservoir ähnelt.

Der Boden dieses Staudamms befindet sich auf dem Meeresboden, wobei die Spitze des Gezeitendamms knapp über dem höchsten Pegel liegt, den das Wasser bei der höchsten jährlichen Flut erreichen kann. Das Sperrwerk hat eine Reihe von Unterwassertunneln, die in seine Breite geschnitten sind, wodurch das Meerwasser kontrolliert durch sie fließen kann, indem es “Schleusentore” verwendet; an ihren Ein- und Austrittspunkten. Innerhalb dieser Tunnel sind riesige Gezeitenturbinengeneratoren befestigt, die sich drehen, wenn das Meerwasser an ihnen vorbeiströmt, um das Gezeitenreservoir entweder zu füllen oder zu entleeren und dadurch Strom zu erzeugen.

Das Wasser, das in diese Unterwassertunnel ein- und ausfließt, trägt enorme Mengen an kinetischer Energie, und die Aufgabe des Gezeitensperrwerks besteht darin, so viel wie möglich dieser Energie zu extrahieren, die es zur Stromerzeugung verwendet. Die Erzeugung von Gezeitenstaumauern unter Verwendung der Gezeiten ist der Wasserkrafterzeugung sehr ähnlich, außer dass das Wasser in zwei Richtungen fließt und nicht nur in eine.

Die Ebbe und Flut der Gezeiten

Bei ankommender Flut fließt das Wasser in eine Richtung und füllt das Gezeitenreservoir mit Meerwasser. Bei abgehender Ebbe fließt das Meerwasser direkt in die entgegengesetzte Richtung und entleert es. Da eine Flut die vertikale Bewegung von Wasser ist, nutzt der Gezeitensperrgenerator diesen natürlichen Anstieg und Abfall von Gezeitenwasser, der durch die Anziehungskraft von Sonne und Mond verursacht wird.

Auswirkungen der Gezeitenmündungsströmung

Die Gravitationswirkung der Sonne oder des Mondes auf die Weltmeere führt dazu, dass riesige Mengen Meerwasser in Richtung der nächsten Küste geleitet werden. Die Folge dieser Wasserbewegung ist ein Anstieg des Meeresspiegels. Im offenen Ozean ist dieser Anstieg sehr gering, da es eine große Oberfläche mit größeren Tiefen gibt, in die er fließen kann.

Jedoch, wenn sich das Ozeanwasser näher an die Küste bewegt, steigt der Meeresspiegel steil an besonders in der Nähe von Buchten und Flussmündungen wegen des ansteigenden Gefälles des Meeresbodens. Die Wirkung dieses abfallenden Gefälles besteht darin, das Wasser in die Flussmündungen, Lagunen, Flusseinlässe und andere solche Gezeiten-Engpässe zu leiten. entlang der Küste.

Das Ergebnis des Einleitens all dieses Wassers ist, dass die Höhe des Meeresspiegels, sobald er sich in diesen Einlassen befindet, jeden Tag viele Meter vertikal ansteigen kann, da er durch das dahinter einströmende Meerwasser nach vorne gedrückt wird, wie im Bild gezeigt. Dieser Anstieg des Meeresspiegels kann an einigen Mündungen und Orten einen Tidenhub von über zehn Metern Höhe erzeugen, der zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Der Tidenhub ist die vertikale Differenz zwischen dem Meeresspiegel bei Flut und dem Meeresspiegel bei Ebbe. Die aus diesen Gezeiten gewonnene Gezeitenenergie ist potentielle Energie, wenn sich die Gezeiten in vertikaler Aufwärts-Abwärts-Richtung zwischen Ebbe und Flut und zurück zu einem Tief bewegen, wodurch ein Höhen- oder Fallhöhenunterschied entsteht.

Ein Schema zur Erzeugung von Gezeitensperrwerken nutzt diese Höhenunterschiede zur Stromerzeugung, indem es einen Unterschied in den Wasserständen auf beiden Seiten eines Damms erzeugt und diesen Wasserunterschied dann durch die Turbinen leitet. Die drei wichtigsten Gezeitenkraftwerke, die diese Wasserdifferenz zu ihrem Vorteil nutzen, sind:

• Fluterzeugung: – Die Gezeitenkraft ist erzeugt, wenn das Wasser bei der ankommenden Flut in ein Gezeitenreservoir eintritt
• Ebbe-Generation: – Die Gezeitenkraft wird erzeugt, wenn das Wasser bei der Ebbflut ein Gezeitenreservoir verlässt
• Zweiwegeerzeugung: – Die Gezeitenkraft wird erzeugt, wenn das Wasser in beide Richtungen fließt sowohl während der Flut als auch während der Ebbe in und aus dem Reservoir

Tidal Barrage Flood Generation

Eine Tidal Barrage Flood Generation nutzt die Energie einer ankommenden steigenden Flut, während sie sich auf das Land zubewegt. Das Gezeitenbecken wird durch Schleusentore oder Schleusentore entleert, die sich entlang eines Abschnitts des Sperrwerks befinden, und bei Ebbe ist das Becken effektiv leer.

Wenn sich die Flut dreht und einsetzt, werden die Schleusentore geschlossen und das Stauwerk hält den steigenden Meeresspiegel zurück, wodurch ein Höhenunterschied zwischen den Wasserspiegeln auf beiden Seiten des Staudamms entsteht.

Die Schleusentore zu den Eingängen zu den Dammtunneln können entweder geschlossen werden, wenn das Meerwasser steigt, damit sich eine ausreichende Wassersäule zwischen dem Meeresspiegel und dem Beckenspiegel entwickeln kann, bevor sie geöffnet werden, um mehr kinetische Energie zu erzeugen, wenn das Wasser durchströmt. Drehen der Turbinen beim Vorbeifahren. Oder er kann vollständig geöffnet bleiben, das Becken langsamer füllen und den gleichen Wasserstand im Becken wie draußen im Meer aufrechterhalten.

Das Gezeitenreservoir wird daher durch die Turbinentunnel gefüllt, die die Turbinen drehen, die Strom erzeugen Gezeitenstrom bei Flut und wird dann bei Ebbe durch die geöffneten Schleusen- oder Schleusentore entleert. Dann ist ein Hochwassersperrwerk ein Einweg-Gezeitenerzeugungsschema bei der ankommenden Flut, wobei die Gezeitenerzeugung auf etwa 6 Stunden pro Gezeitenzyklus beschränkt ist, wenn sich das Becken füllt.

Die Bewegung des Wassers durch die Tunnel, wenn sich das Gezeitenbecken füllt, kann ein langsamer Prozess sein, daher werden Turbinen mit niedriger Geschwindigkeit verwendet, um die elektrische Energie zu erzeugen. Dieser langsame Füllzyklus ermöglicht es Fischen oder anderen Meereslebewesen, ohne Gefahr durch die ansonsten schnell rotierenden Turbinenblätter in das geschlossene Becken einzudringen. Sobald das Gezeitenbecken bei Flut mit Wasser gefüllt ist, werden alle Schleusentore geöffnet, sodass das gesamte eingeschlossene Wasser hinter dem Damm zurück in den Ozean oder das Meer zurückkehren kann, wenn es abebbt.

Die Gezeitenkraft von Hochwassergeneratoren erzeugt Strom bei einer ankommenden Flut oder einer Flut, aber diese Form der Gezeitenenergieerzeugung ist im Allgemeinen viel weniger effizient als die Erzeugung von Strom, wenn sich das Gezeitenbecken leert, was als „Ebbe-Generation“ bezeichnet wird.

Dies liegt daran, dass die Menge an kinetischer Energie, die in der unteren Hälfte des Beckens enthalten ist, in der die Fluterzeugung arbeitet, viel geringer ist als die kinetische Energie, die in der oberen Hälfte des Beckens vorhanden ist, in der die Ebbe-Erzeugung aufgrund der Auswirkungen der Schwerkraft und der Sekundärfüllung vorhanden ist des Beckens von Binnenflüssen und Bächen, die über das Land damit verbunden sind.

Tidal Barrage Ebb Generation

Eine Tidal Barrage Ebbe Generationnutzt die Energie einer ausgehenden oder fallenden Flut, die als „Ebbe“ bezeichnet wird, wenn sie zurück ins Meer zurückkehrt, was das Gegenteil des vorherigen Hochwasser-Staudamms darstellt.

Bei Ebbe werden alle Schleusen- und Schleusentore entlang des Sperrwerks vollständig geöffnet, sodass sich das Gezeitenbecken langsam mit einer Geschwindigkeit füllt, die von der ankommenden Flut bestimmt wird.

Wenn der Ozean oder Meeresspiegel, der das Becken speist, bei Flut seinen höchsten Punkt erreicht, werden alle Schleusen und Schleusentore geschlossen, wodurch das Wasser im Gezeitenbecken (Stausee) eingeschlossen wird. Dieses Wasserreservoir kann sich aufgrund von Binnenflüssen und Bächen, die vom Land aus mit ihm verbunden sind, weiter füllen.

Wenn der Meeresspiegel außerhalb des Reservoirs bei der ausgehenden Flut in Richtung seiner Ebbe sinkt, es besteht jetzt ein Unterschied zwischen dem höheren Niveau des eingeschlossenen Wassers innerhalb des Gezeitenreservoirs und dem tatsächlichen Meeresspiegel außerhalb. Dieser Unterschied in der vertikalen Höhe zwischen der oberen Markierung und der unteren Markierung wird als “Kopfhöhe” bezeichnet.

Irgendwann nach Beginn der Ebbe wird der Unterschied in der Fallhöhe über dem Gezeitendamm zwischen dem Wasser innerhalb des Gezeitenreservoirs und dem fallenden Gezeitenspiegel außerhalb ausreichend groß, um den Stromerzeugungsprozess und die damit verbundenen Schleusentore zu starten Die Turbinentunnel werden geöffnet, damit das Wasser fließen kann.

Wenn die geschlossenen Schleusentore geöffnet werden, fließt die eingeschlossene potentielle Energie des Wassers im Inneren unter der enormen Kraft der Schwerkraft und des Gewichts des Wassers im dahinter liegenden Reservoirbecken zurück ins Meer. Dieser schnelle Austritt des Wassers durch die Tunnel bei abfließender Flut bewirkt, dass sich die Turbinen mit hoher Geschwindigkeit drehen und elektrische Energie erzeugen.

Die Turbinen erzeugen weiterhin diesen erneuerbaren Gezeitenstrom, bis die Fallhöhe zwischen dem äußeren Meeresspiegel und dem inneren Becken zu niedrig ist, um die Turbinen anzutreiben. An diesem Punkt werden die Turbinen abgeschaltet und die Schleusentore wieder geschlossen, um zu verhindern, dass das Gezeitenbecken zu stark entleert wird und Auswirkungen auf die lokale Tierwelt. Irgendwann wird der Pegel der ankommenden Flut wieder ausreichend hoch sein, um alle Schleusentore zu öffnen, das Becken zu füllen und den gesamten Erzeugungszyklus wie gezeigt erneut zu wiederholen.

Stromerzeugung während der Ebbe

Aus der obigen Grafik können wir sehen, dass sich das Gezeitenbecken zwischen den Punkten E und B über A auf die ankommende Flut. Sobald die Flut erreicht ist, werden die Schleusentore zwischen den Punkten B – C um zu verhindern, dass sich das Gezeitenbecken entleert. Daher wird zwischen den Punkten E – C während sich das Becken füllt.

Wenn zwischen beiden Seiten des Sperrwerks eine ausreichende Fallhöhe vorhanden ist, werden die Schleusentore am Punkt C geöffnet, wodurch das eingeschlossene Wasser zurück ins Meer entlassen wird und die Stromerzeugung beginnt. Das Gezeitenbecken leert sich weiter und treibt die Gezeitengeneratoren an, bis der Wasserstand im Becken den Punkt D erreicht.

Am Punkt Ddie Fallhöhe des Meerwassers über dem Sperrwerk reicht nicht mehr aus, um die Turbinen anzutreiben, sodass die Schleusentore geschlossen werden und die Stromerzeugung stoppt, bis der Pegel des Meerwassers wieder den Punkt E erreicht und der ganze Prozess beginnt von vorne. Dann hat die Ebb Tidal Barrage Generation, auch bekannt als ausgehende Generation, ihren Namen, weil die elektrische Erzeugung nur auftritt, wenn die Flut ab- oder abfließt.

Am Punkt EDer Meeresspiegel reicht aus, um das Becken wieder aufzufüllen, und die Schleusentore werden geöffnet. Daher wird das Gezeitenreservoir bei Flut durch die Schleusen oder Schleusentore gefüllt und bei Ebbe durch die Turbinentunnel entleert, die die Turbinen drehen, die Gezeitenstrom erzeugen. Dann ist ein Ebbe-Flut-Sperrwerk ein einseitiges Gezeitenerzeugungssystem, das zwischen den Punkten C – D in der Grafik oben.

Zwei-Wege-Tidal Barrage Generation Scheme

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Wir haben oben gesehen, dass sowohl Flood Tidal Barrage- als auch Ebb Tidal Barrage-Installationen „Einbahnstraßen“ sind. Gezeitenerzeugungsschemata, aber um die Stromerzeugungszeit zu verlängern und damit die Effizienz zu verbessern, können wir spezielle Doppeleffektturbinen verwenden, die Strom in beide Richtungen erzeugen. Ein Zwei-Wege-Tidal Barrage Scheme nutzt die Energie über Teile sowohl der steigenden Flut als auch der fallenden Flut, um Strom zu erzeugen.

Zweiwege-Stromerzeugung erfordert eine genauere Steuerung der Schleusentore, die sie geschlossen halten, bis die unterschiedliche Förderhöhe in beiden Richtungen ausreichend ist, bevor sie geöffnet werden. Bei Ebbe und Flut fließt Meerwasser durch das gleiche Torsystem in das Gezeitenreservoir oder aus ihm heraus. Dieser Hin- und Herfluss des Gezeitenwassers bewirkt, dass sich die im Tunnel befindlichen Turbinengeneratoren in beide Richtungen drehen und Strom erzeugen.

Diese Erzeugung in zwei Richtungen ist jedoch im Allgemeinen weniger effizient als die Erzeugung in einer Richtung bei Flut oder Ebbe, da die erforderliche Fallhöhe viel kleiner ist, was den Zeitraum verkürzt, in dem sonst eine normale Erzeugung in einer Richtung hätte auftreten können. Außerdem sind bidirektionale Gezeitenturbinengeneratoren, die für den Betrieb in beide Richtungen ausgelegt sind, im Allgemeinen teurer und weniger effizient als dedizierte unidirektionale Gezeitengeneratoren.

Eine Möglichkeit, die Betriebszeit und Effizienz eines Zweiwegegenerators zu verbessern Das Gezeitensperrschema besteht darin, einzelne unidirektionale Einweg-Gezeitenturbinen zu verwenden, die entlang des Sperrwerks umgekehrt sind. Durch die Steuerung ihrer einzelnen Schleusentore kann ein Turbinensatz dazu gebracht werden, bei Flut zwischen den Punkten E - B zu arbeitenund der andere Satz arbeitet bei Ebbe zwischen den Punkten C - D. Diese Methode erhöht zwar die Gesamtzahl der Gezeitenturbinen, die sich entlang des Gezeitendamms befinden, hat aber den Vorteil, dass der Erzeugungszeitraum erheblich verlängert wird.

Zusammenfassung der Erzeugung des Gezeitendamms

Das haben wir gesehen die Menge an Energie, die für die Extraktion durch eine Tidal Barrage Generation verfügbar istDas Schema ist ungefähr proportional zum Quadrat des Tidenhubs, mit anderen Worten, zum Quadrat der Fallhöhe ( H2 ). Dann ist es wichtig, einen Standort auszuwählen, der eine gute Stromerzeugungskapazität hat, d. h. er hat eine gute vertikale Fallhöhe, da die erzeugte Strommenge mit der Wassermenge zusammenhängt, die durch die Turbinen fließen kann.

Darüber hinaus wird die von einem Gezeitendammerzeugungssystem erzeugte Elektrizität durch die Perioden bestimmt, in denen die Erzeugung stattfinden kann, alle zwölf Stunden, wenn die Gezeiten Ebbe und Flut sind. Daher wird an der 6-Stunden-Marke zwischen und während der stationären Hoch- und Niedrigwasserzeiten keine Gezeitenkraft erzeugt. Da außerdem die tatsächliche Hochwasserzeit jeden Tag um etwa eine Stunde vorrückt, entspricht die Stromzufuhr aus einem Gezeitensperrsystem möglicherweise nicht den stündlichen oder täglichen Spitzenzeitanforderungen der Stromnachfrage.

Im nächsten Tutorial über Gezeitenenergie werden wir uns mit einer anderen Form der Gezeitenenergieerzeugung befassen, die als Gezeitenstrom bezeichnet wird und die kinetische Energie der im Meer fließenden Gezeitenströmungen nutzt, um sich unter Wasser zu drehen Turbinen.

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