RO
EnglishEspañolFrançaisDeutschRomânăहिन्दी简体中文
CalculatoareHărțiȚăriClasamenteComparațiiTehnologiiGhiduri Energy Explorer Parcuri solare și eoliene Glosar
Calculator · Energie hidro și marină

Calculator energia mareelor: baraje pe amplitudinea mareei și turbine în curenți de maree

Estimează producția anuală a unei lagune sau a unui baraj mareomotric din suprafața bazinului și amplitudinea mareei, ori a turbinelor de curent din viteza curentului și mărimea rotorului, simulată prin fiecare ciclu de maree vie–maree moartă dintr-un an.

Link editabil de partajare Raport PDF personalizat Gratuit · fără cont

Rezultate

13,6 GWh pe an din 6 MW, adică un factor de capacitate de 25,9%. Producția se poate prevedea cu ani înainte, dar pulsează cu fiecare maree și oscilează odată cu ciclul maree vie–maree moartă. LCOE ≈ 422 €/MWh.
Energie anuală
13,6GWh
consumul mediu a 3.785 locuințe din UE
Factor de capacitate
25,9%
2.271 ore echivalente la putere nominală
Putere instalată
6MW
Putere medie
1,6MW
Viteza nominală a curentului
3,13m/s
rotor 18 m · Cp 0,42
Densitatea medie de putere cinetică
4,67kW/m²
½ρ|u|³ mediat în timp
Ore de funcționare
6.457h/an
640 h la putere nominală
LCOE
422€/MWh
capex 45 mil. €
IRR proiect
-7,6%
la 200 €/MWh
Două săptămâni de producție: de la maree vie la maree moartă
  • Curentul urmează u = U_peak(t)·sin(2πt/12.42 h), cu maximul variind sinusoidal între valorile tale de maree vie și maree moartă pe 14,77 zile; asimetria flux/reflux, turbulența și profilul vertical al vitezei nu sunt modelate.
  • Folosește viteza curentului la adâncimea butucului, nu la suprafață. La parcurile mari contează umbrirea hidrodinamică dintre turbine și efectul de blocaj; modelul tratează turbinele independent.

Cum funcționează calculatorul de energie a mareelor

Există două moduri foarte diferite de a transforma mareele în electricitate, iar calculatorul le modelează pe amândouă.

Amplitudinea mareei (baraje și lagune): apa e reținută în spatele unui zid la flux și eliberată prin turbine de cădere mică după ce s-a format o diferență de nivel. Practic, e o hidrocentrală pusă în mișcare de Lună. Energia disponibilă crește cu suprafața bazinului și cu pătratul amplitudinii mareei.

Curenții de maree: turbinele stau în curenți rapizi, ca niște turbine eoliene subacvatice. Puterea lor crește cu suprafața rotorului și cu cubul vitezei curentului. Apa de mare e de circa 840 de ori mai densă decât aerul, așa că un rotor de maree de 18 m într-un curent de 3 m/s produce cât un rotor eolian de 70–80 m la un vânt de 12 m/s, dar numai acolo unde curenții sunt puternici.

Mareele urmează ciclul lunar semidiurn de 12,42 ore, iar amplitudinea lor crește și scade pe parcursul ciclului maree vie–maree moartă de 14,77 zile. Calculatorul simulează un an întreg: fiecare maree pentru un baraj și fiecare interval de 10 minute pentru o turbină pe curenți, cu amplitudinea sau curentul de vârf variind între valorile tale pentru maree vie și maree moartă.

Formulele

Baraj / lagună, la fiecare maree: E = ½ × ρ × g × A × R² Anual: E_an = Σ_maree min(E_maree × factor de extracție, P_instalată × ore de producție) × disponibilitate

Curenți de maree: P(t) = min(P_nominală, ½ × ρ × A_rotor × Cp × |u(t)|³ × η) u(t) = U_vârf(t) × sin(2π t / 12.42 h), U_vârf variază între maree vie și maree moartă pe 14.77 zile

ρ = 1.025 kg/m³ pentru apa de mare. Factorul de extracție (implicit 38% pentru producția la reflux, 32% la flux, 50% în regim bidirecțional) ține cont de randamentul turbinelor, de căderea necesară înainte de pornirea producției și de timpul de așteptare până se formează această cădere.

Exemplu de calcul: o fermă de turbine pe curenți de maree

Valorile implicite modelează o fermă de patru turbine de 1,5 MW cu rotoare de 18 m într-un canal în care curenții de vârf mediați pe adâncime ajung la 3,5 m/s la maree vie și 1,8 m/s la maree moartă, asemănător primei etape a proiectului MeyGen din strâmtoarea Pentland Firth, Scoția.

  • Cu Cp = 0,42 și un randament al transmisiei de 90%, fiecare turbină atinge puterea nominală la circa 3,1 m/s.
  • Turbinele produc ori de câte ori curentul depășește 1 m/s (în jur de 6.450 de ore pe an), dar merg la putere maximă doar circa 640 de ore, mai ales la mareele vii.
  • Cu o disponibilitate de 92%, ferma produce circa 13,6 GWh pe an, un factor de capacitate de aproape 26%, suficient pentru vreo 3.800 de locuințe medii din UE.
  • La 7.500 €/kW și 3,5% costuri de operare și mentenanță, LCOE depășește 400 €/MWh, dublul prețului de sprijin presupus, de 200 €/MWh. Din cauza acestei diferențe, proiectele actuale pe curenți de maree depind de contracte pentru diferență (CfD) dedicate, iar reducerea costurilor este principalul obiectiv al industriei.

Alege presetarea baraj de tip La Rance (22 km², amplitudine de 11 m la maree vie și 5,5 m la maree moartă, 240 MW, producție la reflux), iar modelul dă circa 535 GWh pe an, aproape de cei aproximativ 500 GWh livrați de centrala reală de decenii.

Cum citești rezultatele

  • Energia anuală și factorul de capacitate: centralele mareomotrice ajung de regulă la 20–40%.
  • Viteza nominală a curentului (curenți de maree). O viteză nominală mai mică ridică factorul de capacitate, dar irosește energie la mareele vii; dezvoltatorii caută echilibrul cu costul.
  • Energia pe maree (baraj). Graficul arată oscilația dintre mareele vii și cele moarte; mareele vii pot livra de patru ori mai mult decât cele moarte, pentru că energia crește cu R².
  • Mareele limitate de puterea instalată. Dacă procentul e mare, mai multe turbine ar capta mai multă energie.

Valori tipice

Parametru Curenți de maree Amplitudinea mareei
Resursa necesară curent de vârf la maree vie > 2,5 m/s amplitudine medie > 5 m
Mărimea unei unități 0,1–2,5 MW turbine bulb de 10–26 MW
Factor de capacitate 25–40% 20–30%
Capex 5.000–12.000 pe kW 3.000–8.000 pe kW
Exemplu MeyGen (UK), 6 MW La Rance (FR) 240 MW; Sihwa (KR) 254 MW

Sfaturi

  • Măsoară la adâncimea butucului. Viteza curentului scade spre fundul mării; folosește măsurători ADCP la înălțimea rotorului, nu viteze de la suprafață.
  • Contează și mareea vie, și mareea moartă. Un amplasament cu maree vii puternice, dar maree moarte slabe produce mai puțin decât sugerează curentul de vârf.
  • Lagunele bidirecționale produc atât la flux, cât și la reflux și pot pompa apă la flux maxim ca să mărească căderea; livrează o producție mai constantă decât barajele care produc doar la reflux.
  • Combină cu stocarea sau cu alte surse regenerabile. Producția mareelor e previzibilă, dar vine în pulsuri de patru ori pe zi, așa că se completează bine cu eolianul și fotovoltaicul.

Limitări

Mareea este modelată ca o singură componentă sinusoidală, modulată de ciclul maree vie–maree moartă; mareele reale au inegalitate diurnă, maxime la echinocții și asimetrii flux/reflux specifice fiecărui amplasament. Turbinele pe curenți sunt tratate independent, fără efectele de siaj din fermă sau de blocare a canalului, iar profilul vertical al vitezei este ignorat. Modelul pentru baraj folosește un factor de extracție empiric în locul unei simulări complete a funcționării, așa că precizia este de circa ±20–30%. Efectele asupra mediului (sedimente, pești, habitate din zona intertidală) nu intră în calcul, deși la baraje ele sunt adesea factorul decisiv.

Metodă și ipoteze

Amplitudinea mareei (baraj/lagună): apa reținută pe suprafața A, cu amplitudinea R, are energia potențială E = ½ ρ g A R² la fiecare umplere sau golire (ρ = 1.025 kg/m³). Amplitudinea variază de la o maree la alta între valorile de maree moartă și maree vie, pe ciclul de 14,77 zile; se însumează 706 maree pe an, un factor de extracție transformă energia potențială în energie livrată, iar fiecare maree e plafonată la puterea instalată × orele de generare. Curenți de maree: P = ½ ρ A Cp u³ η, limitată la puterea nominală și zero sub viteza de pornire, simulată la fiecare 10 minute timp de un an cu o maree sinusoidală M2 a cărei amplitudine urmează ciclul maree vie–maree moartă. LCOE = costuri actualizate ÷ MWh actualizați.

Întrebări frecvente

Cum se calculează energia mareelor?
Pentru un baraj sau o lagună, energia disponibilă la fiecare maree este E = ½ × ρ × g × A × R² (densitatea apei de mare × accelerația gravitațională × suprafața bazinului × amplitudinea mareei la pătrat). Pentru turbinele pe curenți de maree, puterea este P = ½ × ρ × A × Cp × v³, ca la o turbină eoliană, doar că apa e de circa 840 de ori mai densă decât aerul.
Câtă putere produce o turbină pe curenți de maree?
O turbină modernă de 1,5–2 MW, cu rotor de 18–20 m, atinge puterea nominală la curenți de circa 3 m/s și ajunge de regulă la un factor de capacitate de 25–40%, adică aproximativ 3.000–6.000 MWh pe an într-un amplasament bun.
Ce viteză a curentului îți trebuie pentru energia curenților de maree?
Amplasamentele comerciale au nevoie, în general, de curenți de vârf la maree vie de peste circa 2,5 m/s, ideal 3–5 m/s. Cum puterea crește cu cubul vitezei, un amplasament cu 4 m/s are de peste două ori puterea unuia cu 3 m/s.
Câtă energie produce centrala mareomotrică La Rance?
La Rance, în Bretania (Franța), în funcțiune din 1966 cu 240 MW de turbine, produce aproximativ 500 GWh pe an dintr-un bazin de circa 22 km², cu o amplitudine medie a mareei de aproximativ 8 m. Asta înseamnă un factor de capacitate de circa 24%.
De ce este previzibilă energia mareelor?
Mareele sunt produse de atracția gravitațională a Lunii și a Soarelui, așa că momentul și înălțimea lor pot fi prevăzute cu ani, chiar secole înainte. Producția variază puternic în fiecare zi și pe parcursul ciclului maree vie–maree moartă de 14,8 zile, dar nu-l surprinde niciodată pe operatorul de rețea.
De ce este scumpă energia mareelor?
Construcțiile marine, coroziunea, ferestrele meteo scurte pentru instalare și întreținere și dimensiunea mică a proiectelor țin costurile sus. LCOE pentru curenții de maree este azi de regulă mult peste 200 pe MWh (EUR sau GBP), deși costurile ar urma să scadă odată cu fermele mai mari.

Surse și referințe

  1. Ocean Energy Systems (IEA Technology Collaboration Programme): rapoarte anuale
  2. Charlier, R.H. (2007). Forty candles for the Rance River TPP tides provide renewable and sustainable power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11(9)
  3. Neill, S.P. & Hashemi, M.R.: Fundamentals of Ocean Renewable Energy, Academic Press, 2018
  4. IRENA: Tidal Energy Technology Brief (2014)

Integrează acest calculator

Gratuit pentru bloguri, instalatori, școli și ONG-uri. Copiază codul de mai jos; se actualizează singur.