潮汐能面臨因海平面上升而動盪的未來

為了從海浪中獲取能量,您需要高潮差或強勁的水流。海平面上升威脅到這兩者。

Yellow Tidal Turbine floating in water

海浪和潮汐能發電機,如 Orbital Marine Power 潮汐渦輪機,都是大型硬體。選擇合適的地點安裝這些硬體是從海洋發電的重要組成部分。

隱藏在潮汐漲落中的是豐富的能量。潮汐能主要由月球的引力產生,比風能更可預測,並且與太陽能協同工作良好,在夜間太陽下山時發電,但人們會開啟電腦、電視和其他電器。在全球範圍內,潮汐能每年可能產生 150 至 800 太瓦時的可再生能源——上限甚至 超過加拿大 2019 年風能、水能、核能、化石燃料和其他能源的總產量

對於潮汐能發電來說,位置至關重要。為了產生能量,潮汐發電機需要快速的水流或高潮和低潮之間相當大的海平面落差。例如,加拿大新斯科舍省的芬迪灣就是一個理想的選擇。海灣的潮汐漲落達 12 米,是世界上最大的潮差之一。

但是,一個地點的水流和潮差,及其潮汐能發電的潛力,是眾多因素複雜影響的結果,包括盆地的寬度、長度和形狀、河流的流入以及海平面高度。正是最後一個變數——海平面——威脅著要擾亂世界潮汐能計劃。


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最近的一篇論文 中,包括澳大利亞新南威爾士大學水動力學專家達尼爾·科賈斯特赫在內的科學家表明,海平面上升可能會顛覆世界各地潮汐能的可行性,將目前優質的地點變成廢物。

科賈斯特赫和他的同事在模擬了 978 個不同的假想河口後得出了這個結論,這些河口具有不同的形狀、潮差和海平面上升速度以及其他因素。科賈斯特赫說,雖然這些河口都不是基於真實地點,但它們可以“合理地代表世界上許多河口的幾何形狀”。

在他們的 978 個理論河口中,共有 54 個河口的水流速度足以驅動潮汐渦輪機。在海平面上升一米的模擬中,這個數字降至 47 個。隨著海平面上升兩米,這個數字降至 40 個。科賈斯特赫說,即使在那些保持潮汐能潛力的河口中,在某些河口中,水流速度達到必要速度的實際地點也發生了移動。

科賈斯特赫說,海平面上升“將取代、消除或在整個系統中創造新的最佳地點”。

對於那些希望安裝潮汐能發電基礎設施(設計壽命為數十年的裝置)的人來說,這可能是一個問題。

英國東安格利亞大學海平面上升專家羅伯特·尼科爾斯沒有參與這項研究,他說,希望建造潮汐能發電場的團體“不應該盲目地投入。他們應該對可能發生的事情有合理的瞭解。”

然而,尼科爾斯表示,預計的海平面上升可能不會產生足夠大的影響來嚴重阻礙潮汐能發電。他說,雖然我們可能會在本世紀末看到海平面上升一米,但潮汐能發電站的執行時間可能不會那麼長。例如,在法國,計劃在布列塔尼進行的一項執行預計將執行 25 年。但拉朗斯潮汐電站自 1966 年 以來一直在執行,並且仍在發電。

然而,能源基礎設施通常在 遠超其初始設計壽命的情況下 投入使用。與此同時,潮汐能對海洋條件的變化非常敏感。例如,潮汐流渦輪機的功率與水流速度的立方成正比,這意味著將水流速度降低一半會將功率輸出降低到八分之一。“潮汐能對這些變化非常非常敏感,”英國南安普頓大學的氣候學家伊萬·海格說。

科賈斯特赫和他的同事更深入地研究了這些模式,發現某些型別的河口在保持其潮汐能潛力方面會做得更好。例如,建在匯聚型河口(內陸變窄的水體)中的渦輪機將比建在寬度向上遊保持不變的河口中的渦輪機更好地持續執行。隨著海平面上升,這些匯聚型水道在內陸進一步變窄,將潮汐能集中到一個更小的空間。但即使是匯聚型河口,從整體上看,未來也不利於潮汐能發電。

根據他自己的工作,海格表示,海平面上升還將透過多種其他方式影響潮汐。他說,其中兩個主要因素是移動的兩棲點和共振。

兩棲點 是潮差很小或沒有潮差的地點。它們形成於北海等大型水域,也形成於加拿大哈德遜灣等較小的水域,在這些水域中,月球潮汐與地球繞軸自轉相互作用。在兩棲點附近,潮汐以一個大圓圈運動。海平面上升造成的更深的水域將移動兩棲點,導致附近的海岸受到不同的潮汐高點和低點的衝擊。

海格說,下一個因素共振,對於任何曾經推過鞦韆的人來說都很熟悉。當他推女兒時,如果他在正確的時間推,她會越蕩越高。但如果他在錯誤的時間推她,比如當她盪到一半時,就會破壞節奏。

海格說,海岸的每個部分都有其自身的共振頻率,這取決於其形狀、寬度和深度。一個地區的固有共振頻率越接近月球的潮汐週期(12.42 小時),潮汐就會越大。芬迪灣的共振頻率約為 12.5 小時,這就是它產生巨大潮汐的原因。然而,海平面上升可能會將一個地區的共振頻率推向更接近或更遠離月球週期的方向,從而改變其當地的潮差及其潮汐能的可行性。

目前,潮汐能遠未成為世界能源結構的主要組成部分。但該領域正在發展,隨著它的發展,可能很難挑選出渦輪機的理想地點——特別是那些長期保持理想狀態的地點。為了解決這個問題,科賈斯特赫表示,應該加大對小型、可運輸的潮汐能發電站的投資。“否則,這將是一筆巨大的資本浪費。”

這個故事最初出現在 海卡伊雜誌 ,並且是 立即報道氣候 全球新聞合作專案的一部分,該專案旨在加強氣候故事的報道。

道格·約翰遜 出生於艾伯塔省埃德蒙頓,居住在魁北克省蒙特利爾,是一位作家、編輯和記者,對自然世界有著濃厚的興趣——因為他的家鄉省份與自然世界的關係非常可疑。他曾為加拿大大多數主要新聞公司撰稿,並在北美各地的眾多專業和綜合性出版物上發表文章。他養了兩隻貓,游泳技術還不錯。

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