潮汐能面临因海平面上升而动荡的未来

为了从海浪中获取能量,您需要高潮差或强劲的水流。海平面上升威胁到这两者。

Yellow Tidal Turbine floating in water

海浪和潮汐能发电机,如 Orbital Marine Power 潮汐涡轮机,都是大型硬件。选择合适的地点安装这些硬件是从海洋发电的重要组成部分。

隐藏在潮汐涨落中的是丰富的能量。潮汐能主要由月球的引力产生,比风能更可预测,并且与太阳能协同工作良好,在夜间太阳下山时发电,但人们会打开电脑、电视和其他电器。在全球范围内,潮汐能每年可能产生 150 至 800 太瓦时的可再生能源——上限甚至 超过加拿大 2019 年风能、水能、核能、化石燃料和其他能源的总产量

对于潮汐能发电来说,位置至关重要。为了产生能量,潮汐发电机需要快速的水流或高潮和低潮之间相当大的海平面落差。例如,加拿大新斯科舍省的芬迪湾就是一个理想的选择。海湾的潮汐涨落达 12 米,是世界上最大的潮差之一。

但是,一个地点的水流和潮差,及其潮汐能发电的潜力,是众多因素复杂影响的结果,包括盆地的宽度、长度和形状、河流的流入以及海平面高度。正是最后一个变量——海平面——威胁着要扰乱世界潮汐能计划。


支持科学新闻事业

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事能够继续存在。


最近的一篇论文 中,包括澳大利亚新南威尔士大学水动力学专家达尼尔·科贾斯特赫在内的科学家表明,海平面上升可能会颠覆世界各地潮汐能的可行性,将目前优质的地点变成废物。

科贾斯特赫和他的同事在模拟了 978 个不同的假想河口后得出了这个结论,这些河口具有不同的形状、潮差和海平面上升速度以及其他因素。科贾斯特赫说,虽然这些河口都不是基于真实地点,但它们可以“合理地代表世界上许多河口的几何形状”。

在他们的 978 个理论河口中,共有 54 个河口的水流速度足以驱动潮汐涡轮机。在海平面上升一米的模拟中,这个数字降至 47 个。随着海平面上升两米,这个数字降至 40 个。科贾斯特赫说,即使在那些保持潮汐能潜力的河口中,在某些河口中,水流速度达到必要速度的实际地点也发生了移动。

科贾斯特赫说,海平面上升“将取代、消除或在整个系统中创造新的最佳地点”。

对于那些希望安装潮汐能发电基础设施(设计寿命为数十年的设备)的人来说,这可能是一个问题。

英国东安格利亚大学海平面上升专家罗伯特·尼科尔斯没有参与这项研究,他说,希望建造潮汐能发电场的团体“不应该盲目地投入。他们应该对可能发生的事情有合理的了解。”

然而,尼科尔斯表示,预计的海平面上升可能不会产生足够大的影响来严重阻碍潮汐能发电。他说,虽然我们可能会在本世纪末看到海平面上升一米,但潮汐能发电站的运行时间可能不会那么长。例如,在法国,计划在布列塔尼进行的一项运行预计将运行 25 年。但拉朗斯潮汐电站自 1966 年 以来一直在运行,并且仍在发电。

然而,能源基础设施通常在 远超其初始设计寿命的情况下 投入使用。与此同时,潮汐能对海洋条件的变化非常敏感。例如,潮汐流涡轮机的功率与水流速度的立方成正比,这意味着将水流速度降低一半会将功率输出降低到八分之一。“潮汐能对这些变化非常非常敏感,”英国南安普顿大学的气候学家伊万·海格说。

科贾斯特赫和他的同事更深入地研究了这些模式,发现某些类型的河口在保持其潮汐能潜力方面会做得更好。例如,建在汇聚型河口(内陆变窄的水体)中的涡轮机将比建在宽度向上游保持不变的河口中的涡轮机更好地持续运行。随着海平面上升,这些汇聚型水道在内陆进一步变窄,将潮汐能集中到一个更小的空间。但即使是汇聚型河口,从整体上看,未来也不利于潮汐能发电。

根据他自己的工作,海格表示,海平面上升还将通过多种其他方式影响潮汐。他说,其中两个主要因素是移动的两栖点和共振。

两栖点 是潮差很小或没有潮差的地点。它们形成于北海等大型水域,也形成于加拿大哈德逊湾等较小的水域,在这些水域中,月球潮汐与地球绕轴自转相互作用。在两栖点附近,潮汐以一个大圆圈运动。海平面上升造成的更深的水域将移动两栖点,导致附近的海岸受到不同的潮汐高点和低点的冲击。

海格说,下一个因素共振,对于任何曾经推过秋千的人来说都很熟悉。当他推女儿时,如果他在正确的时间推,她会越荡越高。但如果他在错误的时间推她,比如当她荡到一半时,就会破坏节奏。

海格说,海岸的每个部分都有其自身的共振频率,这取决于其形状、宽度和深度。一个地区的固有共振频率越接近月球的潮汐周期(12.42 小时),潮汐就会越大。芬迪湾的共振频率约为 12.5 小时,这就是它产生巨大潮汐的原因。然而,海平面上升可能会将一个地区的共振频率推向更接近或更远离月球周期的方向,从而改变其当地的潮差及其潮汐能的可行性。

目前,潮汐能远未成为世界能源结构的主要组成部分。但该领域正在发展,随着它的发展,可能很难挑选出涡轮机的理想地点——特别是那些长期保持理想状态的地点。为了解决这个问题,科贾斯特赫表示,应该加大对小型、可运输的潮汐能发电站的投资。“否则,这将是一笔巨大的资本浪费。”

这个故事最初出现在 海卡伊杂志 ,并且是 立即报道气候 全球新闻合作项目的一部分,该项目旨在加强气候故事的报道。

道格·约翰逊 出生于艾伯塔省埃德蒙顿,居住在魁北克省蒙特利尔,是一位作家、编辑和记者,对自然世界有着浓厚的兴趣——因为他的家乡省份与自然世界的关系非常可疑。他曾为加拿大大多数主要新闻公司撰稿,并在北美各地的众多专业和综合性出版物上发表文章。他养了两只猫,游泳技术还不错。

更多作者:道格·约翰逊
© . All rights reserved.