Valtamerienergian kasvava merkitys

Vuorovesi- ja aaltoenergia ovat yksi suurimmista hyödyntämättömistä uusiutuvan energian energialähteistä planeetalla. Valtameri kattaa yli 70% maapallon pinnasta ja kuljettaa valtavasti kineettistä ja potentiaalista energiaa. Toisin kuin aurinko- ja tuulienergia, joka vaihtelee sään ja vuorokaudenajan mukaan, merienergia on erittäin ennustettavissa. Vuorovesi seuraa tarkkoja kuun sykliä ja aaltokuvioita voidaan ennustaa päiviä etukäteen. Tämä ennustettavuus tekee vuorovesi- ja aaltovoimasta ainutlaatuisen arvokkaan verkon vakauden kannalta .

Maailmanlaajuisesti valtamerienergian teknisen potentiaalin arvioidaan olevan yli 300 gigawattia (GW) pelkästään vuorovesienergian osalta, kun taas aaltoenergia voisi ylittää 10 000 terawattituntia vuodessa . Tällä hetkellä asennettu kapasiteetti on alle 1 GW, mutta ala kiihtyy. Kansainvälinen uusiutuva energiavirasto (IRENA) toteuttaa hankkeita, joiden mukaan valtamerienergia voisi saavuttaa 350 GW vuoteen 2050 mennessä ja jotka voitaisiin toimittaa vuorovesien sulkujen, vuorovesivirtojen, aaltojen energianmuuntimien ja muiden innovatiivisten järjestelmien yhdistelmällä.

Teknologiset innovaatiot, jotka edistävät integraatiota

Viime aikoina tehdyt läpimurrot materiaalitieteessä, sähköelektroniikassa ja hydrodynamiikassa tekevät valtamerienergiateknologiasta tehokkaampaa, kestävämpää ja kustannustehokkaampaa. Alla tarkastellaan alan keskeisiä uudistuksia, jotka muokkaavat alaa.

Kehittyneet turbiinit ja energiamuuntajat

Vuorovesivoimaturbiinit . Usein verrattuna vedenalaiseen tuulivoimalaan . Varhaiset mallit olivat raskaita, kiinteitä-pitsijärjestelmiä korroosiolle alttiita. Nykyaikaiset turbiinit käyttävät vaihtelevia-pitch-teriä, suoraan-ajon kestomagneettigeneraattoreita ja komposiittimateriaaleja, jotka vastustavat suolavettä ja biosietoa. Yritykset kuten [)Orbital Marine Power[] ovat kehittäneet kelluvia vuorovesiturbiinit, jotka voidaan hinata syvään veteen, välttäen kalliita offshore-rakentamista. Aaltoenergiaa, piste-absorbenttipoijuja ja oskillaatiovesi sarakkeet sisältävät nyt mukautuvia ohjausalgoritmit, jotka virittävät laitteen .

Verkkoyhteys ja merenalainen ohjaamo

Yksi suurimmista esteistä integraatiolle on ollut sähkön siirto offshore-järjestelmistä onshore-verkkoihin. Nykyaikainen suurjännitevaihtovirta (HVAC) ja suurjännitevirta (HVDC) vähentävät siirtohäviöitä kymmenien kilometrien aikana. Dynaamiset kaapelit ... jotka pystyvät joustamaan aaltoliike ... ovat nyt käytössä kelluvien laitteiden rinnalla. Uudet verkko-muuttajat mahdollistavat valtamerienergialaitosten tarjota oheispalveluja, kuten jännitetukea ja taajuussääntelyä, mikä tekee niistä aktiivisia osallistujia älykkäisiin verkkoihin passiivisten generaattorien sijaan.

Energian varastointi sujuvalle jaksottaisuudelle

Vaikka vuorovesienergia on ennustettavissa, se tuottaa tuulella kahdesti päivässä. Aallon energia vaihtelee aaltokuvioita. Parittaminen merienergia varastointi . Olipa litium-ion akut, pumppattu vesi, tai uusia teknologioita kuten vety elektrolyysi . . varmistaa vakaa ja säteilevä virtalähde. Isossa-Britanniassa, MeyGen-projekti käyttää maalla akkuja sujuvaan tuotantoon, kun hybridihankkeet Euroopassa yhdistää aaltoenergiaa offshore tuuli ja kelluva aurinko, jakaen yhteisen varastointi voimavara maksimoida vedenalaisten kaapelien.

Digitaaliset kaksoset ja ennakoiva huolto

Käyttökustannukset ovat olleet este käyttöönoton. Digitaalinen kaksoistekniikka . Luomalla virtuaalinen kopio kunkin laitteen ... mahdollistaa toiminnan simuloinnin eri olosuhteissa, havaitsee kulumisen ennen vikaa ja aikataulun huoltoa rauhallisella säällä. Koneoppimismallit koulutettu vuosia valtameriä tietoja nyt ennustaa aaltojen korkeuksia ja virtauksia yli 90% tarkkuudella, mahdollistaa reaaliaikaisen sähkösuunnittelun, joka vastaa markkinoiden kysyntää.

Haasteet ja mahdollisuudet

Nopeasta edistymisestä huolimatta laaja-alaisella yhdentymisellä on vakavia esteitä. Pääomakustannukset ovat edelleen suuria, mikä mahdollistaa monimutkaisuuden ja ympäristöepävarmuudet.

Ympäristö- ja ympäristövaikutukset

Meriekosysteemit ovat herkkiä. Vuorovesien patot voivat muuttaa sedimenttikuljetuksia ja kalojen siirtymistä; turbiinit aiheuttavat törmäysriskejä merinisäkkäille; aaltolaitteet voivat luoda melua ja sähkömagneettisia kenttiä. Tutkimus osoittaa kuitenkin, että asianmukaisesti sijoitettu ja suunnitellut järjestelmät voivat toimia rinnakkain meren elämän kanssa. Uusiin turbiinimalleihin kuuluu kalaystävällisiä lapoja, joiden reunat ovat pyöristetyt ja kärkinopeus on pienempi. Sukellusrakenteiden tekoriuttavaikutukset voivat lisätä paikallista biologista monimuotoisuutta. Kiinteyttävät ympäristövaikutusten arvioinnit (EIA) ja mukautuvat hallintasuunnitelmat (kuten MeyGen vuorovesivirtaushankkeessa käytetyt suunnitelmat [ .

Taloudellinen elinkelpoisuus ja poliittinen tuki

Vuorovesi- ja aaltovoiman tasoitetut energiakustannukset ovat Euroopassa perinteisesti yli 300 euroa/MWh, mutta kustannukset ovat laskussa. Vuoristovirran osalta LCOE on laskenut alle 150 euroa/MWh ja aallonenergian 2030 tavoite on 100/MWh. Aallon energiakatselmusten kaventaminen, mallintaminen ja tuotantoketjujen vipuvaikutus merituulivoimasta voi johtaa lisävähennyksiin. Hallituksen mekanismit ... syöttötariffit, sopimukset erosta ja kohdennetut huutokaupat (esim. Portugali-aaltoenergiahuutokaupat) . .

Tekniset ja logistiset kompleksit

Laitteiden asentaminen kovaan, syövyttävään suolaveteen on kallista. Aluskustannukset, sääikkunat ja kiinnitysjärjestelmän viat ovat vaivanneet varhaisia hankkeita. Kuitenkin itseasennuksen alalla tehdyt innovaatiot . Laivojen liitäntälaitteilla toimivat perustukset, jotka uppoavat paikoilleen ilman raskaita nostoaluksia . ja autonomiset vedenalaiset tarkastusrobotit vähentävät näitä kustannuksia. Jaettu infrastruktuuri, kuten tuuli-, aurinko- ja valtamerienergiaa yhdistävät offshore-energiakeskukset, levittää myös asennus- ja O&M-kustannuksia.

Uudet hankkeet ja tapaustutkimukset

Useat uraauurtavat hankkeet ympäri maailmaa osoittavat, että integraatio on tarkoituksenmukaista.

MeyGen (Skotlanti)

Pentland Firth -niminen 6 MW MeyGen-tidal-järjestelmä on tuottanut vuodesta 2016 lähtien. Se käyttää neljää 1,5 MW:n turbiinia ja on vienyt yli 60 GWh:n voimalaan. MeyGen. MeyGen...MeyGen..............................................................................................................................................................................................

Sihwa Lake Tidal Power Plant (Etelä-Korea)

Vuonna 2011 rakennettu 254 MW:n Sihwa-sulku on maailman suurin vuorovesivoimalaitos. Se tuottaa sähköä 10 veden alla kulkevalla turbiinilla, jotka kaappaavat energiaa veden virtaamana läpi sulkuporttien. Sihwa. Sihwa. Integraatio Etelä-Koreassa sijaitsevaan verkkoon on suoraviivaista, koska sen tuotanto on ennustettavissa ja se toimii peruskuormavoimalana. Ympäristönäkökohdat (vesien vaihto järvessä) johtivat kuitenkin suunnittelumukautuksiin, jotka paransivat veden laatua ajan myötä.

WaveRoller (Portugali)

WaveRoller-laite, joka on asennettu Penichen ulkopuolelle, käyttää saranapaneelia, joka värähtelee lähellä rannikkoa olevilla aalloilla hydrauligeneraattorin ajamiseen. Hanke on ollut yhteydessä Portugalin verkkoon vuodesta 2019 ja on osa Euroopan merienergiakeskuksen testausverkostoa. Sen innovatiivinen pohjaan kiinnitettävä rakenne välttää törmäyksen vaaran meren elämälle ja yksinkertaistaa kiinnitystä. Kehittäjät pyrkivät skaalautumaan vuoteen 2027 mennessä, jolloin LCOE-tavoitteet ovat alle 100 MWh.

Politiikan ja kansainvälisen yhteistyön rooli

Valtamerienergian integrointi ei voi tapahtua erillään. Kansalliset energiastrategiat on nimenomaisesti sisällytettävä merienergian energiaverkkoja koskeviin laajennussuunnitelmiin ja sääntelypuitteisiin, jotka edellyttävät lupajärjestelmän virtaviivaistamista samalla kun suojellaan meriympäristöä. [Ocean Energy Europe[] -kauppayhdistys kannattaa EU:n uusiutuvien energialähteiden alan direktiivin mukaista valtamerienergiatavoitetta. Yhdistyneen kuningaskunnan merienergianeuvosto on myös vaatinut vuorovesi- ja aaltojen tutkimus- ja kehitysyhteistyötä varten kehäistä erillistä talousarviota. Kansainvälinen yhteistyö .

Tulevaisuuden näkymät: Sininen energiavallankumous

Vuorovesi- ja aaltoenergian integrointi kansallisiin verkkoihin seuraa merituulen kaltaista kehityspolkua: yksiasemaisista demonstraatioista monitoimijärjestelmiin, sitten suuriin tiloihin, jotka on yhdistetty offshore-energiakeskusten kautta. Vuoteen 2035 mennessä hybridialustojen, joissa yhdistyvät tuuliturbiinit, aurinkopaneelit, aaltoenergiamuuntimet ja jopa vetysähkön muuntajat, jotka kaikki liittyvät rantaan yhden merikaapelin kautta. Tämä rinnakkainen lähestymistapa parantaa huomattavasti siirtoinfrastruktuurin käyttöä ja vähentää aikaväliä.

Verkkooperaattorit tulevat yhä enemmän luottaa valtamerienergiaa.S ennustettavuus tasapainottaa vaihtelua aurinko ja tuuli. Vuorovesivoima, sen jatkuva päiväsyklit, voi toimia . uusittavissa peruskuormasähkön, kun on pieni määrä varastointia. Aallon energia, joka usein huippuja talvella, kun aurinko on alhainen, tarjoaa arvokas kausittainen täydentää lauhkea leveysasteilla.

Bloombergin NEF:n investointiennusteiden mukaan maailmanlaajuiset investoinnit valtamerienergiaan voivat nousta 30.50 miljardiin dollariin vuoteen 2040 mennessä, mikä tukee satoja tuhansia työpaikkoja rannikkoyhteisöissä. Tuotantoklustereita voisi syntyä alueilla, joilla on vahva meritekniikkaperintö .Skotlanti, Ranska. Bretagne, Pacific Luoteis-USA:n ja Japanin luoteisosa. Ilmastopaineiden kasvaessa valtameren energiavarat ovat liian suuria ja luotettavia jäädäkseen sivuun. Jatkuvalla innovoinnilla, järkevällä politiikalla ja huolellisella ympäristöjohtajuudella, vuorovesi- ja aaltoenergiasta tulee 2000-luvun uusiutuvan energian salkun kulmakivi.