uu.seUppsala University Publications
Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Tidal resource characterization in the Folda Fjord, Norway
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Technology, Department of Engineering Sciences, Electricity.
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Technology, Department of Engineering Sciences, Electricity.
2016 (English)In: International Journal of Marine Energy, ISSN 2214-1669, Vol. 13, 27-44 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

For tidal-stream energy industry to be fully realized, lower velocity sites and fjords should be developed. Finding new prospective sites for in-stream energy extraction from tidal currents is an area of ongoing research. In this paper, the tidal flow at a fjord inlet has been characterized using acoustic Doppler current profiler (ADCP) measurements. This work is based on two survey measurement techniques: transect measurements to map the spatial variability, and seabed measurements to map the temporal variability. The data was analyzed in terms of characterizing metrics, to ensure they are comparable with other resource assessments. Results show that currents exceed 1 m/s for 38% of the time with peak currents of 2.06 m/s at hub height (middle of the water column) and the directional asymmetry is less than 1° between ebb and flood, indicating a truly bi-directional flow. A simple prediction model is proposed which allows peak current speeds to be accurately predicted in the channel center from tidal range data using a linear relationship. The relationship is shown to be strong, with a correlation coefficient of 0.98 at hub height, and a standard variation typically less than 10 cm/s. Furthermore, it is show that a minimum of 9 days of measurements are required to set up the model, although it takes 29 days to reduce the error in peak speed to less than 1%. However, the error is expected to vary depending on where in the monthly tidal cycle the survey begins, it is thus recommended to measure around spring tide if the measurement period is short.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. Vol. 13, 27-44 p.
Keyword [en]
Tidal resource assessment, ADCP, Characterizing metrics
National Category
Engineering and Technology Ocean and River Engineering Oceanography, Hydrology, Water Resources
Research subject
Engineering Science with specialization in Science of Electricity
URN: urn:nbn:se:uu:diva-266674DOI: 10.1016/j.ijome.2016.01.001ISI: 000381687600003OAI: oai:DiVA.org:uu-266674DiVA: diva2:868383
StandUpCarl Tryggers foundation
Available from: 2015-11-10 Created: 2015-11-10 Last updated: 2016-09-28Bibliographically approved
In thesis
1. Marine Current Resource Assessment: Measurements and Characterization
Open this publication in new window or tab >>Marine Current Resource Assessment: Measurements and Characterization
2015 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The increasing interest in converting energy from renewable resources into electricity has led to an increase in research covering the field of marine current energy, mainly concerning tidal currents and in-stream tidal turbines. Tides have the advantage of being predictable decades ahead. However, the tidal resource is intermittent and experiences local variations that affect the power output from a conversion system. The variability is mainly due to four aspects: the tidal regime, the tidal cycle, bathymetry at the site and weather effects. Each potential site is unique, the velocity flow field at tidal sites is highly influenced by local bathymetry and turbulence. Hence, characterizing the resource requires careful investigations and providing high quality velocity data from measurement surveys is of great importance. In this thesis, measurements of flow velocities have been performed at three kinds of sites.

A tidal site has been investigated for its resource potential in one of all of the numerous fjords in Norway. Measurements have been performed to map the spatial and temporal variability of the resource. Results show that currents in the order of 2 m/s are present in the center of the channel. Furthermore, the flow is highly bi-directional between ebb and flood flows. The site thus have potential for in-stream energy conversion. A model is proposed that predicts peak current speed from information on tidal range at the site. A corresponding model can be set up and implemented at other similar sites affected by tides, i.e. fjord inlets connecting the ocean to a fjord or a basin.

A river site serves as an experimental site for a marine current energy converter that has been designed at Uppsala University and deployed in Dalälven, Söderfors. The flow rate at the site is regulated by an upstream hydrokinetic power plant nearby, making the site suitable for experiments on the performance of the vertical axis turbine in its natural environment. The turbine has been run in uniform flow and measurements have been performed to characterize the extent of the wake.

An ocean current site was a target of investigation for its potential for providing utilizable renewable energy. A measurement campaign was conducted, mapping the flow both spatially and temporally. However, the site was shown to not be suitable for energy conversion using present technique.

Abstract [sv]

Det ökande intresset för att producera elektricitet från förnybara energikällor har lett till en satsning på forskning inom området marin strömkraft, främst när det gäller tidvattenströmmar och tidvattenturbiner för fritt strömmande vatten. Tidvatten har fördelen att vara förutsägbar årtionden i förväg. Dock så är tidvattenresursen periodisk och varierar lokalt vilket påverkar effektuttaget från ett kraftverk. Variationerna beror till största delen på fyra aspekter: antal hög- och lågvatten per dag, tidvattencykeln, djupförhållanden på platsen (batymetri) och vädereffekter. Varje potentiell plats är unik, vattnets hastighetsfält påverkas i hög grad av lokal batymetri och turbulens. Därför krävs noggranna undersökningar för att karakterisera resursen. Att tillhandahålla hastighetsdata av hög kvalitet från mätningar är därför av stor betydelse. I denna avhandling har mätningar av flödeshastigheter utförts på tre typer av platser.

En plats med tidvattenströmmar, belägen i en av alla fjordar längs Norges kust, har undersökts för sin resurspotential. Mätningar har utförts för att kartlägga resursens variation i både tid och rum. Resultaten visar att strömmar i storleksordningen 2 m/s återfinns i mitten av kanalen. Dessutom uppvisar flödet liten variation från huvudriktningen för både inkommande (flod) och utgående (ebb) flöden. Platsen har således potential för energiomvandling av fritt strömmande vatten. En modell föreslås som förutsäger strömmarnas maxhastighet från information om höjdskillnaden mellan ebb och flod och vice versa. En motsvarande modell kan ställas upp och användas på andra platser med liknande förhållanden som berörs av tidvatten, dvs. fjordinlopp som förbinder havet med en fjord eller en bassäng.

En älv fungerar som en plats för experiment för ett marint strömkraftverk som har utvecklats vid Uppsala universitet och sjösatts i Dalälven, Söderfors. Flödeshastigheten på platsen regleras uppströms av ett närliggande vattenkraftverk, vilket gör platsen bra för att utföra experiment på prestandan av den vertikalaxlade turbinen i dess naturliga miljö. Turbinen har körts i jämnt flöde och mätningar har utförts för att karaktärisera vakens utbredning.

En plats med havsströmmar var mål för en utredning av dess potential för att ge användbar förnybar energi. En mätningskampanj genomfördes för att kartlägga flödets variation både rumsligt och tidsmässigt. Emellertid visade sig platsen inte vara lämplig för energiomvandling utifrån användning av nuvarande teknik.

Place, publisher, year, edition, pages
Uppsala: Institutionen för teknikvetenskaper, 2015. 39 p.
UURIE / Uppsala University, Department of Engineering Sciences, ISSN 0349-8352 ; 342-15L
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources Ocean and River Engineering Marine Engineering Engineering and Technology
Research subject
Engineering Science with specialization in Science of Electricity
urn:nbn:se:uu:diva-266670 (URN)
2015-12-15, Polhemsalen, Lägerhyddsvägen 1, Uppsala, 09:15 (English)
Swedish Research CouncilCarl Tryggers foundation ÅForsk (Ångpanneföreningen's Foundation for Research and Development)Swedish Energy AgencyVattenfall AB
Available from: 2015-12-02 Created: 2015-11-10 Last updated: 2015-12-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2322 kB)79 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2322 kBChecksum SHA-512
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Carpman, NicoleThomas, Karin
By organisation
In the same journal
International Journal of Marine Energy
Engineering and TechnologyOcean and River EngineeringOceanography, Hydrology, Water Resources

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 79 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Altmetric score

Total: 322 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link