Naukowcy zbadali turbinę pływową O2 w Szkocji, ujawniając, jak przepływy pływowe i czynniki środowiskowe wpływają na jej działanie i umiejscowienie. Ich odkrycia podkreślają potrzebę przeprowadzania ocen specyficznych dla danego miejsca i podkreślają niezawodność energii pływów, pomimo wyzwań związanych ze zwiększaniem skali i eksploatacją na wzburzonych wodach.
W nadchodzących dziesięcioleciach na wybrzeżu Wielkiej Brytanii nastąpi znaczny wzrost mocy pływów i innych morskich instalacji wykorzystujących energię odnawialną.
Niemniej jednak wdrażanie najnowocześniejszych technologii w często trudnych warunkach prądów oceanicznych może wiązać się z szeregiem wyzwań dla sektora energii pływów, szczególnie w zakresie niepewności co do ich wpływu na środowisko.
Aby rozwiązać ten problem, zespół naukowców wykorzystał połączenie technologii dronów powietrznych i badań prowadzonych na łodziach, aby sporządzić mapę złożonych przepływów pływowych napotykanych przez najpotężniejszą turbinę pływową na świecie – O2 firmy Orbital Marine Power, zlokalizowaną w sercu Orkadów. Szkocja.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych turbin strumieni pływowych, O2 unosi się na powierzchni morza, zakotwiczony za pomocą lin cumowniczych do dna morskiego. Platforma ma ponad 70 metrów długości i jest podłączona do sieci Europejskiego Centrum Energii Morskiej (EMEC). Szacuje się, że będzie w stanie zasilić 2000 domów w Wielkiej Brytanii rocznie.
Wpływ przepływów pływowych i rozmieszczenia turbin
Badanie obejmowało podkreślenie, w jaki sposób zmieniające się przepływy pływowe, które przekraczają 8 węzłów, mogą wpłynąć na urządzenie i jego działanie, ale także wpływ, jaki ślad O2 w dole rzeki może wpłynąć na rozmieszczenie innych turbin, a także siedlisk morskich.
W ten sposób naukowcy dostarczają nowych informacji na temat optymalnego rozmieszczenia turbin strumieni pływowych, podkreślając jednocześnie znaczenie ocen specyficznych dla danego miejsca w potencjalnych lokalizacjach turbin, aby pomóc wypełnić lukę między pomiarami w świecie rzeczywistym a symulacjami komputerowymi.
Mają także nadzieję, że ich podejście będzie można wykorzystać do rozwiązania niepewności związanych z interakcjami ze środowiskiem naturalnym i siedliskami morskimi.
A poprzednie badanie przez głównych autorów odkryli, że ślad turbiny stworzył przewidywalne miejsce żerowania dla pobliskich lęgowych ptaków morskich, jednak jeśli układy turbin są zbyt ciasno upakowane, może to ograniczyć ruch niektórych fauny morskiej.
Oprócz ptaków morskich autorzy podczas jednego z badań dronami napotkali orki przelatujące obok turbiny, co pokazało, jak ważne jest zajęcie się tym problemem.
Współpraca i postęp technologiczny
Badanie opublikowane w Komunikacja przyrodniczaprzeprowadzili naukowcy z Marine Biological Association (MBA), Uniwersytetu w Plymouth i Uniwersytetu Highlands and Islands (UHI) na Szetlandach.
Głównym autorem badania jest dr Lilian Lieber, pracownik naukowy MBA i Uniwersytetu w Plymouth. Powiedziała: „Prowadzenie badań oceanograficznych w jednym z najpotężniejszych strumieni pływowych na świecie, gdzie prądy mogą przekraczać 8 węzłów, jest zarówno ekscytujące, jak i wymagające. Jednak gromadzenie danych w tych burzliwych środowiskach ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania niektórych złożoności, przed którymi stoi dziś przemysł energii pływowej. Optymalne rozmieszczenie tych turbin w wąskich kanałach otoczonych wyspami jest złożonym przedsięwzięciem, ale nasze nowatorskie metody zapewniły solidny wgląd w te turbulentne przepływy i sygnatury śladów”.
Energię pływów uważa się za jedno z bardziej niezawodnych źródeł czystej energii, przy czym pływy – w przeciwieństwie do wiatru i fal – są regularne i przewidywalne.
Turbiny zaprojektowane do wykorzystania energii pływów w pobliżu powierzchni morza działają podobnie jak wiatraki pod wodą i przekształcają energię kinetyczną poruszającej się wody w energię elektryczną. Ponieważ jednak woda jest ponad 800 razy gęstsza od powietrza, generują one więcej energii niż turbiny wiatrowe tej samej wielkości.
Przyszły potencjał i wyzwania branżowe
Przewiduje się, że w przyszłości w Wielkiej Brytanii może znajdować się więcej instalacji, przy czym wcześniejsze badania przeprowadzone przez osoby zaangażowane w obecne badanie sugerowały, że energia strumieni pływowych może zaspokoić do 11% rocznego zapotrzebowania Wielkiej Brytanii na energię elektryczną.
Shaun Fraser, starszy naukowiec i kierownik ds. rybołówstwa w UHI Shetland, dodał: „To badanie pokazuje korzyści płynące z połączenia wiedzy naukowej i wdrażania nowych technologii, dzięki czemu można poczynić znaczne postępy w zrozumieniu dynamicznych środowisk pływowych. Biorąc pod uwagę prawdopodobny dalszy rozwój infrastruktury morskiej energii odnawialnej w regionie Highlands and Islands w najbliższej przyszłości, prace te są bardziej istotne niż kiedykolwiek dla lokalnego przemysłu i społeczności”.
Pomimo obietnic związanych z energią pływów, sektor nadal stoi przed poważnymi wyzwaniami, w tym kosztami zwiększania skali technologii, wydajności przyłączy do sieci i zapewnienia możliwości dalszego funkcjonowania turbin przy niezwykle burzliwych prądach.
Celem nowego badania było rozwiązanie niektórych z tych wyzwań poprzez udoskonalenie technik pomiarów terenowych niezbędnych do zapewnienia długoterminowej niezawodności i zrównoważonego rozwoju technologii pływowych.
Alex Nimmo-Smith, profesor nauk i technologii o morzu na Uniwersytecie w Plymouth i główny autor badania, powiedział: „Bez względu na to, czy będą to pływające przybrzeżne farmy wiatrowe na Morzu Celtyckim, czy turbiny pływowe u wybrzeży Szkocji, zobaczymy w nadchodzących dziesięcioleciach na całym wybrzeżu Wielkiej Brytanii zostanie zainstalowanych więcej morskich platform wykorzystujących energię odnawialną. Jednakże warunki naturalne w wodach wokół Wielkiej Brytanii są niezwykle zróżnicowane i złożone, czego nie da się w pełni odtworzyć w kontrolowanych eksperymentach laboratoryjnych ani symulacjach komputerowych. To badanie pokazuje opłacalny sposób przeciwdziałania temu zjawisku i jeśli mamy uzyskać największe korzyści z rewolucji w zakresie czystej energii, ocena tego czynnika w rzeczywistych warunkach środowiskowych będzie miała kluczowe znaczenie”.
Odniesienie: „Sheared turbulent flows and wake dynamics of an Idled Floating Tidal Turbin” Lilian Lieber, Shaun Fraser, Daniel Coles i W. Alex M. Nimmo-Smith, 20 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52578-x
Badanie zostało sfinansowane przez Radę ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi.
