Реакция рыб на присутствие гидрокинетических турбин как решения для устойчивой энергетики

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7459 (2023) Цитировать эту статью

497 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Гидрокинетические турбины, такие как турбины с вертикальной осью (НДС), могут обеспечивать децентрализованную, чистую и устойчивую энергию для отдаленных сообществ, у которых нет доступа к основной энергосистеме или возобновляемым ресурсам. Поскольку традиционная гидроэнергетика отрицательно влияет на водные экосистемы, крайне важно оценить экологические последствия использования НДС в речных экосистемах для удовлетворения текущих и будущих потребностей в энергии. В этом исследовании изучается влияние НДС на движение рыбы путем наблюдения за плавательным поведением рыбы при двух сбросах, состояниями работы турбины и ограничениями поперечных сечений с использованием масштабных лабораторных экспериментов. Наши результаты показывают, что в условиях ограниченного поперечного сечения ни выпуск, наличие турбины, ни работа устройства не препятствовали прохождению рыбы вокруг турбины и через нее как в направлении вверх, так и вниз по течению. Однако рыба проводила меньше всего времени вблизи турбины и в турбулентном, низкоскоростном следе турбины, что указывает на избегающее поведение. Плавание в менее ограниченной испытательной зоне еще больше сократило время, проведенное вблизи турбины и в следе, увеличивая расстояние, на котором рыба держится на расстоянии от устройства. Наши результаты способствуют пониманию НДС как опасности с низким уровнем риска для плавательного поведения рыбы, расширяя потенциал использования НДС в реках, устьях рек или море в качестве решения возобновляемой энергии для отдаленных сообществ.

В настоящее время почти 800 миллионов человек не имеют доступа к доступному, надежному и устойчивому энергоснабжению, что приводит к социально-экономическому неравенству1. Особенно страдают страны с низким и средним уровнем дохода, малые острова и страны, не имеющие выхода к морю, с редко расселенным населением, часто состоящим из многочисленных отдаленных общин, большинство из которых не имеют доступа к чистой энергии. Повестка дня Организации Объединенных Наций (ООН) в области устойчивого развития направлена ​​на уменьшение этой несправедливости путем обеспечения усилий по обеспечению всеобщего доступа к чистой энергии к 2030 году (Цель устойчивого развития 7)1, что требует увеличения доли возобновляемых источников энергии.

Страны, богатые большими водными ресурсами и, следовательно, идеальные места для применения гидроэнергетики, часто являются «горячими точками» биоразнообразия, которое нуждается в защите и сохранении. Например, в бассейнах Амазонки, Конго и Меконга обитает треть мировых видов пресноводных рыб, большинство из которых уникальны в своем географическом положении2. Обычные гидроэнергетические схемы часто используют плотины и плотины, отклоняющие или задерживающие речной поток для создания водохранилищ и перепадов напоров, тем самым способствуя фрагментации рек. Многочисленные гидротехнические сооружения, установленные вдоль рек, и быстрые изменения водной среды не только создают миграционные барьеры для водных организмов, но и ограничивают транспорт энергии и наносов3,4,5,6, что привело, например, к почти полному исчезновению 4 –10% видов рыб Южной Америки7.

Чтобы свести к минимуму зависимость от традиционной гидроэнергетики, необходимо изучить потенциал всех типов гидроэнергетических технологий с использованием инновационных решений. Например, исследование бразильской Амазонии показало, что турбины, расположенные в потоке, потенциально могут покрыть примерно 63% общего объема энергии, которую планируется установить в виде традиционной гидроэлектроэнергии8. Гидрокинетические турбины, расположенные в потоке, такие как турбины с вертикальной осью (НДС), используют кинетическую энергию свободно текущего речного потока, не отклоняя ее и не требуя гидротехнических сооружений для создания перепада напора. Эти турбины можно транспортировать как в сборе, так и по частям, собирать на месте и легко устанавливать на любом участке реки. Для гидрокинетических турбин требуется лишь небольшая часть ширины и глубины русла реки по сравнению с традиционными схемами, что потенциально позволяет водным организмам перемещаться, уменьшая воздействие на биоразнообразие. Более того, предполагается, что конструкция открытого ротора и относительно низкая скорость вращения НДС снижают риск столкновения рыб9,10, что является преимуществом по сравнению с турбинами с горизонтальной осью (HAT).