Tidvattenkraft är en av de största förnybara energikällorna, men också en av de mest infantila. Vilka är några fördelar och nackdelar vid tidvattenenergi att tänka på när man vill investera i denna relativt gröna energikälla?
Med hjälp av tidvattnets kraft produceras energi från gravitationen från både månen och solen, som drar vatten uppåt, medan jordens rotations- och gravitationskraft drar ner vattnet, vilket skapar höga och låga tidvatten.
Denna rörelse av vatten från tidvattnet är en naturlig form av kinetisk energi.
Allt som krävs är en ånggenerator, tidvattenturbin eller den mer innovativa tekniken för dynamisk tidvattenkraft (DTP) för att omvandla kinetisk energi till el. Ingenjörsföretaget SIMEC Atlantis konstruerade nyligen världens största tidvattenturbin med en rotor, som kan generera mer el till lägre drift- och underhållskostnader.
Tidvatten är dock för närvarande inte den billigaste formen av förnybar energi och de verkliga effekterna av tidvattenkraft på miljön har ännu inte fastställts helt. Här är några tidvattenenergifördelar och nackdelar som inte får förbises.
Fördelar med tidvattenenergi: ren och kompakt
Tidvattenkraft är en känd grön energikälla, åtminstone när det gäller att släppa ut några växthusgaser. Det tar inte heller så mycket utrymme. Det största tidvattenprojektet i världen är Sihwa Lake Tidal Power Station i Sydkorea, med en installerad kapacitet på 254MW. Projektet, som grundades 2011, lades enkelt till i en 12,5 km lång sjövägg som byggdes 1994 för att skydda kusten mot översvämningar och för att stödja jordbruksbevattning.
Jämför detta med några av de största vindkraftparkerna, t.ex. som Roscoe vindkraftpark i Texas, USA, som tar upp 400 km2 jordbruksmark, eller vindprojektet Fowler Ridge 202,3 km2 i Indiana.
Även solodlingar är vanligtvis större, till exempel Tengger Desert Solar Park i Kina som täcker ett område på 43 km2 och Bhadla Industrial Solar Park som är spridd över 45 km2 mark i Rajasthan, Indien.
I detta avseende kan även små länder med en tillräckligt lång kuststräcka använda tidvattenkraft på sätt som de annars inte kunde konkurrera med landrika länder som USA, Kina och Indien om sol och vind.
Fördelar med tidvattenenergi: kontinuerlig, förutsägbar energi
En annan fördel med tidvattenkraft är att den är förutsägbar. Himmelskropparnas tyngdkrafter kommer inte att sluta snart. Eftersom högvatten och lågvatten är cykliskt är det dessutom mycket lättare för ingenjörer att utforma effektiva system än att säga, förutsäga när vinden blåser eller när solen kommer att skina.
I juni i år rapporterade Bloomberg att Storbritannien gick nio dagar utan att generera nästan någon vindkraft. Från 26 maj till 3 juni föll kraften från vindkraftsparker i Storbritannien från mer än 6000 MW till mindre än 500 MW. Däremot vet forskare redan vattenvolymen och den kraftnivå som tidvattenutrustningen sannolikt kommer att generera före byggandet.
Tidvattenkraft är också relativt välmående vid låga hastigheter, i motsats till vindkraft. Vatten har tusen gånger högre densitet än luft och tidvattenturbiner kan generera el med hastigheter så låga som 1 m / s, eller 2,2 mph. Däremot börjar de flesta vindkraftverk generera elektricitet vid 3m / s-4m / s, eller 7mph-9mph.
Dessutom kommer tekniska framsteg inom industrin bara att driva billigare och mer hållbara tidvattenkraftlösningar.
”Historiskt har omvandlare av vågsenergi varit dyra och stora jämfört med deras energiproduktion. Men vi bör inte låta det definiera tidvattenindustrins framtid. Cirka 10% -20% av det globala elbehovet skulle kunna tillgodoses med vågkraft, säger Diego Pavia, verkställande direktör på InnoEnergy.
”Det är en mycket förutsägbar energikälla och kompenserar vanligtvis mellan sol och vind – balanserar nätet med en låg nivåiserad energikostnad. En av våra tillgångar, CorPower, utmanar hur branschen tänker på vågenergi genom att använda principerna för det mänskliga hjärtat. Genom sin vågenergikonverterare kan företaget leverera fem gånger högre absorption av vågenergi än andra tekniker. Och det är därför som vågenergins kraft inte bör förbises. ”
Fördelar med tidvattenenergi: utrustningens livslängd
Tidvattenkraftverk kan hålla mycket längre än vind- eller solceller, vid ungefär fyra gånger livslängden. Tidvattensspärrar är långa betongkonstruktioner som vanligtvis byggs över flodmynningar. Spärren har tunnlar längs dem som innehåller turbiner som vrids när vatten på ena sidan rinner genom spärren till den andra sidan. Dessa dammliknande strukturer sägs ha en livslängd på cirka 100 år.La Rance i Frankrike har till exempel varit i drift sedan 1966 och genererar fortfarande betydande mängder el varje år.
Vindkraftverk och solpaneler har vanligtvis en garanti på 20 till 25 år, och samtidigt Vissa solceller har nått 40-årsgränsen, degenererar vanligtvis i en hastighet av 0,5% effektivitet per år.
Den längre tidvattenkraftens livslängd gör det mycket mer konkurrenskraftigt på lång sikt. Till och med kärnkraftverk håller inte så länge. Till exempel beräknas det nya Hinckley Point C-kärnkraftverket som planeras byggas i Somerset, Storbritannien, ge ström i cirka 60 år, när det är klart, enligt en BBC-rapport.
Nackdelar med tidvattenenergi: brist på forskning
Även om de verkliga effekterna av tidvattensspärrar och turbiner på den marina miljön inte har undersökts fullt ut har det gjorts en del forskning om hur spärrar manipulerar havsnivåer och kan ha liknande negativa effekter som vattenkraft.
I en rapport från 2010 beställd av US National Oceanic and Atmospheric Association och med titeln ”Environmental Effects of Tidal Energy Development” identifierades flera miljöeffekter, inklusive ”förändring av strömmar och vågor”, ”utsläpp av elektro- magnetiska fält ”(EMF) och dess effekter på marint liv och” toxicitet för färger, smörjmedel och antifoulingbeläggningar ”som används vid tillverkning av utrustning.
Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) studerade effekten av en tidvattenturbin vid Strangford Lough utanför Nordirlands kust. PNNL: s Marine Sciences Lab var särskilt intresserad av hur tidvattenturbinen påverkade de lokala hamnsälarna, grå sälarna och tumlare som bor i området. Den Atlantis-tillverkade turbinen som studerades kunde stängas av när större däggdjur närmade sig.
Det finns dock fortfarande ett behov av ytterligare forskning.
”Havets naturliga ebb och flöde kan en riklig, konstant energikälla. Men innan vi kan placera kraftenheter i vattnet måste vi veta hur de kan påverka den marina miljön, ”säger PNNL-oceanografen Andrea Copping i en forskningsartikel.
” Vi måste bevisa i förväg att det inte finns någon påverkan, och vi kan inte. Vi har inget konkret bevis, bara teorier baserade på befintlig kunskap och datormodellering. ”
Nackdelar med tidvattenenergi: effekten av EMF-utsläpp
Elektromagnetiska utsläpp kan också störa känsliga marint liv. Kollega PNNL marinekolog Jeff Ward sa att organisationen observerade hur EMF skadar ung Coho-laxs förmåga att känna igen och undvika rovdjur, eller den negativa inverkan på Dungeness krabbor för att upptäcka lukt genom sina antenner. De observerar också om havslivet lockas eller avvisas av EMF i allmänhet.
Ward sa vid Oceans 2010-konferensen: ”Vi vet verkligen inte om djuren kommer att påverkas eller inte. Det finns förvånansvärt lite omfattande forskning för att säga med säkerhet. ”
Även om det inte har gjorts mycket forskning om effekterna av EMF, fann en studie från Europeiska kommissionen 2015 att EMF också kunde ha en inverkan på migrationsvägarna för havslivet i området.
Särskilda arter som är känsliga för EMF är hajar, skridskor, strålar, kräftdjur, valar, delfiner, benfiskar och marina sköldpaddor. Många av dessa djur använder naturliga magnetfält för att navigera i deras miljö.
Den mest avgörande studien, enligt EU-kommissionens ”Miljöpåverkan av buller, vibrationer och elektromagnetiska utsläpp från förnybar marin energi”, var en observation av migration i ål. Studien fann att EMF orsakade ålen att avleda från sin instinktiva vandringsväg , men ”individerna avleddes inte för länge och återupptog sin ursprungliga bana”. navel. Återigen fanns inga avgörande bevis för några kumulativa, skadliga effekter.
Nackdelar med tidvattenergi: höga byggkostnader
Det går inte att undvika att tidvattenkraft håller en av de tyngsta -front prislappar. Det föreslagna Swansea Bay Tidal Lagoon-projektet i Wales, Storbritannien, kostar 1,3 miljarder pund (1,67 miljarder dollar). Ovannämnda Sihwa Lake Tidal Power Station kostade 560 miljoner dollar och La Rance kostade 620 miljoner franc 1966. Med en online-konverterings- och inflationskalkylator motsvarar detta ungefär 940 miljoner dollar 2018.
Som jämförelse , Tengger Desert Solar Park kostar cirka $ 530 miljoner för en total installerad kapacitet på 850 MW, vilket gör den mer kostnadseffektiv än Sihwa Lake, med en total kapacitet på 254 MW. På samma sätt kostade Roscoe Wind Farm cirka 1 miljard dollar för en effekt på 781MW, jämfört med Swansea Bay tidvattenprojekt som förväntas generera cirka 320MW totalt.
Även om de långsiktiga produktionskostnaderna är relativt bra jämfört med andra förnybara energisystem, gör den initiala byggkostnaden att investera i tidvattenenergi till ett särskilt riskabelt företag.
För det första att installera ett tidvattenanläggning är tekniskt utmanande. Tillverkare tävlar mot det rörliga havet, och den utrustning och teknisk kunskap som krävs för att framgångsrikt konstruera systemet är vanligtvis mycket dyra, särskilt jämfört med en vind- eller solfarm.
Den andra kostnaden avser den punkt som gjorts i föregående avsnitt. Företag som hanterar ett tidvattenkraftssystem måste genomföra kontinuerlig analys av den effekt det har på den specifika miljö där de arbetar. Detta kräver forskning och bedömning från miljöaktivister, marinbiologer och geografiska experter för att mildra förstörelsen av känsliga ekosystem, vilket kan vara kostsamt.
Oregon State University docent i energisystem Ted Brekken är dock fortfarande säker på att teknologin progression kommer att hjälpa till att mildra några av dessa kostnader och säger till Yale Environment 360: ”Tekniken har fortsatt att gå framåt, vilket är goda nyheter. Men det stora problemet är att få ner kostnaderna. Just nu finns det verkligheten att överleva medan vi komma dit.
”Vid någon tidpunkt kommer alla enkla, billiga installationer för vind och sol att göras. Och sedan är det havsenergi som är nästa i raden. ”
