揭秘七大新型海洋能发电设计:巨蟒海浪发电机

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导读:北京时间7月16日消息 据英国《新科学家》杂志报道,最近几周,世界各地的能源公司设计的一系列看似笨拙的海洋能发电设备原型纷纷上演其第一次“水中之旅”。这些测试的进行标志着人们对“如何向海洋要能源”这个有着数十年之久的老问题进行新的探索。   绝大多数风力涡轮机在外观上大同小异,致使利用风能发电的竞赛更像是一场怪异的赛跑,而不是F1比赛。当前,一系列形态各异的海洋能发电装置正处于研发当中。借助于这些设备,设计者希望能够找到在海浪和潮汐的恶劣化学、物理环境下获取能量的最有效方式。   [img

北京时间7月16日消息 据英国《新科学家》杂志报道,最近几周,世界各地的能源公司设计的一系列看似笨拙的海洋能发电设备原型纷纷上演其第一次“水中之旅”。这些测试的进行标志着人们对“如何向海洋要能源”这个有着数十年之久的老问题进行新的探索。


绝大多数风力涡轮机在外观上大同小异,致使利用风能发电的竞赛更像是一场怪异的赛跑,而不是F1比赛。当前,一系列形态各异的海洋能发电装置正处于研发当中。借助于这些设备,设计者希望能够找到在海浪和潮汐的恶劣化学、物理环境下获取能量的最有效方式。



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世界上第一个商业海浪发电厂——“海蛇”位于葡萄牙北部海岸,2008年刚刚投入运转。“海蛇”的发电机是一个150米长的钢铰接结构,通过弯曲移动带动水轮发电机发电,可产生750千瓦电量。



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图片展示的是一种利用海浪发电的新奇设计,按比例缩小的“巨蟒”。“巨蟒”的橡胶材料身体柔软可弯曲,内部装满海水。海浪在“巨蟒”内部产生压力波,压力波不断向前行进最终带动尾部的发电机。



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这种漂浮物是位于澳大利亚西部弗里曼特尔附近一家实验性海浪发电厂的组成部分。每个漂浮物可在海浪的作用下山下移动,进而带动海水穿过铺设于海床上的管道并最终来到陆地,陆上的涡轮将在海水带动下发电。



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活塞发威--在设计上,这些漂浮物至少要潜入水下6米。其上半部分在海浪经过时被迫向下移动,而后又重新回到原有位置。这一过程会压缩中空结构内部空气,被压缩的空气将穿过所携带的发电机。


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漂浮的平台--这个位于英国的漂浮平台当前正处于“待业”状态,等待2009年晚些时候被部署到东海岸。漂浮平台与立轴相连,立轴将在海浪的作用下上下移动,进而带动与之相连的发电机发电。



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潮汐能涡轮--这个平台名为“SeaGen”,上面装有两个涡轮机。2008年,SeaGen被安装在北爱尔兰斯特兰福特湾的潮流中,可为当地家庭提供1.2兆瓦电量。



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水池测试--这个3米高的支架由英国公司TidalStream制造,最近在法国一个水池内进行测试。最终设计完毕的平台体积将是这个原型的20倍,能够利用潮道中的水流发电。



“海蛇”


致力于从海洋中获取可再生能源的研究真正开始于上世纪70年代石油危机期间。世界能源委员会表示,全球可利用的海洋能估计可产生1000万亿瓦小时电量,但利用海洋能的步伐一直进展缓慢。


所谓的“海蛇”是指世界上第一家商业性海浪发电厂,由3个150米长的铰接钢结构组成,其工作原理是利用弯曲移动带动水轮发电机,可产生750 千瓦电量。“海蛇”位于葡萄牙北部海岸,令人感到吃惊的是,这个可再生能源领域的里程碑式发电设备于2008年刚刚投入运转。虽然相隔时间较为短暂,但一系列新的竞争对手已纷纷尾随“海蛇”出现,试图与其一较高下。




“巨蟒”


名为“巨蟒”的海浪发电机由英国Checkmate 海洋能源公司设计,是一种类似蟒蛇的大型发电设备,由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒”实际上是一根装满水的管子,当海浪在上方经过对其产生挤压时,内部可产生一个“向外膨胀的波浪”,波浪在到达尾端时可带动发电机发电。


据悉,最终设计完成的“巨蟒”宽度将达到7米,长度达到200米,二十五分之一大小的原型已于最近完成测试。“巨蟒”开发人员表示,全尺寸“巨蟒”投入使用后,可满足1000个普通家庭的用电需求。据他们透露,“巨蟒”将于2014年左右投入运转。





柱上曼舞


另一种“海浪收割机”立基于一个完全不同的理念——漂浮。对于“海蛇”的接合处以及水力学装置能否在具有腐蚀性的海洋环境下长时间“存活”,英国能源公司Trident Energy的休-彼得·凯利表示怀疑。他指出:“利用海浪发电的最简单方式就是使用附在柱子上的漂浮物,即利用漂浮物的移动带动直线发电机发电。”


即便是立基于这样一个看似简单的想法,最终设计出的发电设备所具有的规模也达到令人吃惊的程度。据悉,Trident Energy设计了一种水翼艇状的漂浮物,可在海浪通过时产生上升力以及推进力。凯利说:“与利用体积相似的传统漂浮物相比,水翼艇状漂浮物产生的能量要高出50%。”


Trident Energy设计的“海上浮标”内部装有一个直线发电机——通过磁铁的移动产生电量。凯利表示,他们的水翼艇状漂浮平台每个最高可产生1兆瓦电量,试验安装将于2009年夏季在其位于萨福克郡海岸的第一家海上实验场进行。




水下作业


Trident Energy的其它漂浮物在设计上采用水下作业方式,以避免最恶劣的海上环境。2008年,他们在澳大利亚西部弗里曼特尔附近地区安装了一个漂浮系统。该系统可通过水管将海水泵入岸上水轮机,由于是在岸上,水轮机不会遭受具有腐蚀性和破坏性的海水侵袭。这个漂浮系统名为“CETO”,迄今为止的表现相当不错,第一个商业发电厂定于2009年晚些时候进行部署。Trident Energy表示,一个面积达到5公顷的漂浮物阵列可产生50兆瓦特电量。


现在,让我们的目光再回到北半球的阿基米德海浪发电装置(Archimedes Waveswing),这是另一种位于水下的漂浮物,由英国AWS海洋能源公司设计。每一个“阿基米德”至少要潜入水下6米,上部可像活塞一样相对于下部上下移动。当海浪波峰经过时,活塞向下移动压缩中空结构内部的空气,波谷经过时则向上移动将空气释放出来。AWS表示,被压缩的气体穿过漂浮物内部的发电机;100个阿基米德海浪发电装置所产生的电量可满足5.5万个普通家庭的用电需求。



与潮汐相伴


最近几个月,几个利用潮汐能发电的新设计也进行了水中测试。其中一个是装有两个涡轮机的固定平台,于2008年在北爱尔兰斯特兰福特湾的潮流中安装完毕,可为当地家庭提供1.2兆瓦特电量。该固定平台运营商海流涡轮机有限公司计划于2011年之前,在威尔士海岸安装一个功率更大的潮汐能发电设备,其发电功率将是位于斯特兰福特湾同伴的10倍。


最近,英国公司TidalStream在位于法国布雷斯特的国家海洋开发研究院(IFREMER)测试中心水池内,测试了一个高3米并搭载6个涡轮机的支架。这个支架也是专为潮道设计的,全尺寸支架高度可达到60米,能够产生10兆瓦特电量。


潮汐海浪发电惨遭忽视


TidalStream的约翰·阿姆斯特朗指出,潮汐的潮起潮落相对较为可靠,利用潮汐能发电所能带来的效果绝不亚于风能和太阳能发电装置。然而,虽然后两者的发电量起伏不定,但却获得更大的关注和研发资金。根据英国政府部门“碳信托基金”最近公布的一份报告,海浪能的可靠性同样没有得到应有的重视。


将不稳定的能源——例如风能——引入现有能源格局所遭遇的挑战已经越发明显,在这种形势下,人们对“向海洋要能源”的兴趣不断增长。对于当前测试的一系列海洋能发电设备,究竟哪一个才能成为业内标准,我们仍需对其进行长期考验才能得出一个令人满意的答案。

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