พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง 4 ประเภทและแต่ละประเภททำงานอย่างไร

Geoffrey Chaucer เคยเขียนสุภาษิตว่า Time and tide wait for no man. สิ่งนี้เน้นย้ำว่ากระแสน้ำนั้นเชื่อถือได้และสม่ำเสมอเพียงใด ไม่มีอะไรสามารถเปลี่ยนแปลงความจริงที่ว่ามันมาและจากไปวันละสองครั้ง

เราได้รับการควบคุม ไฟฟ้าพลังน้ำหรือการเคลื่อนที่ของน้ำในแม่น้ำเพื่อเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากว่า 140 ปี กระแสน้ำที่เกิดจากกระแสน้ำที่ไหลเข้าและออกจะถูกใช้โดยระบบพลังงานคลื่นประเภทต่างๆ เพื่อทำสิ่งเดียวกัน

คล้ายกับ กังหันลมกังหันน้ำขับเคลื่อนโดยการไหลของน้ำมากกว่าอากาศ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์ไบน์เหล่านี้แล้วส่งไฟฟ้าเข้าสู่ระบบผ่านสายเคเบิลใต้ทะเล เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ และการวิจัยมหาสมุทรเป็นสองตัวอย่างของบริษัทเดินเรือที่สามารถขับเคลื่อนด้วยพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง

ในสถานที่ที่มีช่วงน้ำขึ้นน้ำลงกว้าง—ระยะห่างระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลง—วิศวกรได้คิดค้นวิธีการควบคุมการเคลื่อนไหวของน้ำขึ้นน้ำลงเพื่อสร้างพลังงานในช่วงศตวรรษที่ 20 แต่ละเทคนิคเปลี่ยนพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเป็นไฟฟ้าโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเฉพาะ

การผลิตพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ยังสร้างพลังงานได้ไม่มากนัก ทั่วโลกมีโรงไฟฟ้ากระแสน้ำขนาดเชิงพาณิชย์ไม่มากนัก

ครั้งแรกคือที่ La Rance ของฝรั่งเศส โรงไฟฟ้า Sihwa Lake Tidal ในเกาหลีใต้เป็นโรงงานที่ใหญ่ที่สุด รัสเซีย แคนาดา ฝรั่งเศส อังกฤษ และจีนมีศักยภาพในการใช้พลังงานประเภทนี้มากที่สุด

ประเภทของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง

ทุกที่ที่มีกระแสน้ำขึ้นน้ำลงแรงพอ ไม่ว่าจะเป็นธรรมชาติหรือสร้างขึ้น ระบบพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสามารถทำงานได้ พวกมันอาจเคลื่อนที่อย่างอิสระหรือเป็นกลุ่ม (อาร์เรย์) และสามารถลอยหรือพักผ่อนบนพื้นมหาสมุทรได้ ขณะนี้มีระบบพื้นฐานเพียงไม่กี่ประเภทที่ใช้ในการเก็บเกี่ยวพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง

• เครื่องกำเนิดกระแสน้ำขึ้นน้ำลง
• พลังน้ำขึ้นน้ำลงแบบไดนามิก
• เขื่อนกั้นน้ำ
• น้ำขึ้นน้ำลงลากูน

1. เครื่องกำเนิดกระแสน้ำขึ้นน้ำลง

กังหันตั้งอยู่ในกระแสน้ำสำหรับเครื่องกำเนิดพลังงานน้ำขึ้นน้ำส่วนใหญ่ กระแสน้ำที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วที่เกิดจากกระแสน้ำเรียกว่ากระแสน้ำ กังหันเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมพลังของการไหลของของไหล ของเหลวนี้อาจเป็นของเหลว (น้ำ) หรืออากาศ (ลม)

พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงมีพลังมากกว่าพลังงานลมเพราะน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศมาก ตรงกันข้ามกับลม กระแสน้ำจะคงที่และคาดการณ์ได้ เครื่องกำเนิดน้ำขึ้นน้ำลงให้กระแสไฟฟ้าที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ในทุกที่ที่มีการใช้งาน

การวางกังหันเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากเครื่องจักรขนาดมหึมารบกวนกระแสน้ำที่พวกเขาพยายามควบคุม ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอาจรุนแรงขึ้นอยู่กับขนาดของกังหันและตำแหน่งของกระแสน้ำ

เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับกังหันอยู่ในน้ำตื้น การทำเช่นนี้จะทำให้มีการผลิตไฟฟ้ามากขึ้นและเรืออาจเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ กังหัน เพื่อป้องกันไม่ให้สัตว์ทะเลเข้าไปพัวพันกับระบบ ใบพัดกังหันของเครื่องกำเนิดน้ำขึ้นน้ำลงยังหมุนช้าอีกด้วย

โรงไฟฟ้ากระแสน้ำแห่งแรกของโลกสร้างขึ้นในปี 2007 ที่ Strangford Lough ของไอร์แลนด์เหนือ ระหว่างทางเข้า Strangford Lough และทะเลไอริช มีช่องแคบเล็ก ๆ ซึ่งเป็นที่ตั้งของกังหันลม กระแสน้ำของช่องแคบสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 4 เมตร (13 ฟุต) ต่อวินาที

2. พลังน้ำขึ้นน้ำลงแบบไดนามิก

แนวคิดใหม่สำหรับการควบคุมพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงหรือที่เรียกว่าพลังน้ำขึ้นน้ำลงแบบไดนามิก (หรือ DTP) ยังอยู่ในขั้นตอนทางทฤษฎี การใช้การทำงานร่วมกันระหว่างพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ในกระแสน้ำเป็นเป้าหมายของเทคนิคนี้

มันแนะนำให้สร้างเขื่อนที่ยาวมาก (เช่น ยาว 30–50 กม.) ซึ่งยื่นตรงจากชายหาดลงสู่ทะเลหรือมหาสมุทรโดยไม่จำกัดพื้นที่ใกล้เคียง

เนื่องจากกระแสน้ำจะเคลื่อนตัวจากด้านหนึ่งของเขื่อนไปอีกด้านหนึ่งอย่างต่อเนื่อง สิ่งเหล่านี้จึงสามารถกักเก็บพลังงานไว้ได้อย่างต่อเนื่อง แต่ยังไม่มีใครนำแนวคิดนี้ไปทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริง

3. เขื่อนกั้นน้ำ

เขื่อนกันคลื่นเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการควบคุมพลังงานจากกระแสน้ำ แอ่งน้ำขึ้นน้ำลงเทียมเกิดจากการสร้างโครงสร้างคล้ายเขื่อนเหนือทางเข้ามหาสมุทรหรือแม่น้ำน้ำขึ้นน้ำลง การไหลของน้ำผ่านกังหันของเขื่อนจัดการโดยประตูน้ำ

พลังงานศักย์ที่มีอยู่ในความสูง (หรือหัวไฮดรอลิก) ส่วนต่างระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลงจะถูกใช้โดยเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลง

พลังงานคลื่นที่เพิ่มขึ้นชั่วคราวเกิดจากระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้กระแสน้ำเริ่มเข้ามา มุ่งตรงไปยังแอ่งน้ำขนาดใหญ่ด้านหลังเขื่อน ซึ่งกักเก็บพลังงานที่มีศักยภาพไว้จำนวนมาก พลังงานนี้จะถูกเปลี่ยนกลับเป็นพลังงานพร้อมกับกระแสน้ำที่ถอยกลับ

ผลกระทบของระบบเขื่อนกั้นน้ำต่อสภาพแวดล้อมอาจมีมากพอสมควร แผ่นดินช่วงน้ำขึ้นน้ำลงไม่เสถียร พืชและสัตว์ในทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงอาจได้รับอันตรายจากการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำ สายพันธุ์ที่อาจอาศัยอยู่ที่นั่นเปลี่ยนแปลงไปเมื่อความเค็มภายในทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงลดลง

ปลาถูกกันไม่ให้เข้าหรือออกจากทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลง เช่นเดียวกับเขื่อนข้ามแม่น้ำ สัตว์ทะเลอาจเข้าไปพัวพันกับใบพัดกังหันเนื่องจากการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว นกสามารถเลือกที่จะย้ายไปยังสถานที่อื่นได้หากอาหารของพวกมันถูกจำกัด

เมื่อสร้างพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง เขื่อนกั้นน้ำมีราคาแพงกว่ากังหันเดี่ยวอย่างมาก เขื่อนกั้นน้ำต้องการอาคารขนาดใหญ่ขึ้นและเครื่องจักรมากขึ้น แม้ว่าจะไม่มีค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิงก็ตาม เขื่อนกั้นน้ำจำเป็นต้องมีการดูแลอย่างสม่ำเสมอเพื่อควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ส่งออก ซึ่งแตกต่างจากกังหันเดี่ยว

4. น้ำขึ้นน้ำลงลากูน

พื้นที่น้ำทะเลขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบด้วยกำแพงกันดินเรียกว่าทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลง น้ำที่ไหลเข้าและออกจากทะเลสาบสร้างกระแสไฟฟ้าที่จับโดยกังหัน แม้ว่าจะมีการสร้างหลายแห่ง แต่ปัจจุบันไม่มีทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลง

การสร้างกำแพงกันดินทรงกลมที่มีการติดตั้งกังหันเพื่อรวบรวมพลังงานศักย์ของกระแสน้ำคือทางเลือกใหม่ในการออกแบบพลังงานจากกระแสน้ำ อ่างเก็บน้ำที่ประดิษฐ์ขึ้นนั้นคล้ายกับที่สร้างขึ้นโดยเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลง แต่ไม่มีสภาพแวดล้อมที่มีอยู่

ใบมีดกระทบปลาที่พยายามเข้าไปในทะเลสาบ เสียงกังหัน และการปรับเปลี่ยนกระบวนการตกตะกอนมักมีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับน้ำขึ้นน้ำลงในทะเลสาบ

ทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงไม่มีผลกระทบต่อระบบนิเวศมากนัก หินเป็นวัสดุก่อสร้างตามธรรมชาติที่สามารถนำมาใช้สร้างทะเลสาบได้ เมื่อน้ำลงจะมีลักษณะคล้ายกับเขื่อนกันคลื่นต่ำ (กำแพงทะเล) และเมื่อน้ำขึ้นก็จะจมอยู่ใต้น้ำ

สปีชีส์ที่เล็กกว่าอาจว่ายอยู่ภายในโครงสร้างและสปีชีส์ที่ใหญ่กว่าอาจว่ายรอบๆ ปลาที่มีขนาดเล็กกว่าน่าจะเติบโตได้ดีเพราะทะเลสาบจะผ่านไม่ได้จากผู้ล่าขนาดใหญ่เช่นฉลาม นกจำนวนมากคงจะไปรวมกันที่นั่น

อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงอาจมีปริมาณน้อย ขณะนี้ยังไม่มีตัวอย่างการทำงาน ใกล้กับชายแดนเกาหลีเหนือ จีนกำลังสร้างโรงไฟฟ้าในทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงที่แม่น้ำยาลู ในอ่าวสวอนซี เวลส์ โรงไฟฟ้าขนาดเล็กในทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงกำลังอยู่ในระหว่างการวางแผนโดยองค์กรเอกชน

สรุป

ระบบที่ใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจะค่อนข้างมีประสิทธิภาพ กังหันน้ำขึ้นน้ำลง ตามที่บริษัทวิศวกรรม N-Sci แปลง 80% ของพลังงานกระแสน้ำ เข้าสู่อำนาจ

 ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า ถ่านหิน, น้ำมัน,หรือ ก๊าซธรรมชาติเช่นเดียวกับกระแสลมหรือ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์. โรงไฟฟ้าปล่อยเท่านั้น 30% ถึง 45% ของพลังงานที่มีอยู่ ในสิ่งเหล่านี้ พลังงานจากถ่านหินอ้างอิงจากสำนักงานสารสนเทศด้านพลังงาน

การผลิตพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงยังเป็นเทคโนโลยีใหม่ ปัจจุบันมีโรงไฟฟ้ากระแสน้ำอยู่ไม่กี่แห่ง และไม่มีเลยในสหรัฐอเมริกา ปัจจุบันโรงไฟฟ้า Sihwa Lake ขนาด 254 เมกะวัตต์ในเกาหลีใต้เป็นโรงไฟฟ้ากระแสน้ำที่ใหญ่ที่สุด

เพราะมันพึ่งพาได้ ทดแทนได้ และ ปลาเดยส์พลังน้ำขึ้นน้ำลงมีศักยภาพมาก แต่ยังมีอุปสรรคสำคัญหลายประการที่ต้องแก้ไขโดยเฉพาะในด้านต้นทุน

เป็นไปไม่ได้เลยที่กระแสน้ำจะเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในสหรัฐอเมริกา มีสถานที่ไม่กี่แห่งในประเทศของเราที่เราจะใช้ประโยชน์จากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงได้ในราคาย่อมเยา ประเทศอื่นๆ เช่น แคนาดา จีน ฝรั่งเศส รัสเซีย และสหราชอาณาจักร อยู่ในตำแหน่งที่ดีกว่าที่จะได้รับประโยชน์จากศักยภาพของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง

ในความเป็นจริงพวกเขาได้เริ่มขึ้นแล้ว ทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงบนแม่น้ำยาลูในจีน อ่าวสวอนซีในเวลส์ และธารน้ำขึ้นน้ำลงขนาด 398 เมกะวัตต์ในสกอตแลนด์อยู่ในระหว่างการก่อสร้าง อาจมีการริเริ่มเพิ่มเติมหากพืชเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าประหยัด

พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงชนิดใดที่พบมากที่สุด?

อาร์เรย์กระแสน้ำขึ้นน้ำลง

กังหันอย่างน้อยหนึ่งตัวจมอยู่ในกระแสน้ำขึ้นน้ำลงในระบบน้ำขึ้นน้ำลงที่เรียบง่ายและเป็นแบบฉบับที่สุด กระแสน้ำ เช่น ช่องแคบหรือเวิ้งมหาสมุทร เป็นแหล่งน้ำที่ไหลอย่างรวดเร็วซึ่งเกิดจากกระแสน้ำขึ้นน้ำลง น่าเสียดายที่มีสถานที่เหล่านี้ไม่มากนัก

แนะนำ

• ในขณะที่พลังงานแสงอาทิตย์เติบโตอย่างต่อเนื่อง คุณสามารถคาดหวังได้จากทุกที่
  .
• ข้อดีและข้อเสีย 18 อันดับแรกของแผงโซลาร์เซลล์
  .
• พลังงานแสงอาทิตย์ถูกเก็บไว้ในพืชอย่างไร | คำอธิบายเชิงปฏิบัติ
  .
• ข้อดีและข้อเสียของพลังงานความร้อนใต้พิภพ
  .
• ไฟฟ้าพลังน้ำทำงานอย่างไร