在葡萄牙阿瓜多拉海岸三英里(4.8公里)外的海浪中漂浮的三个红色蛇状装置,代表了开发商希望看到的海浪发电项目浪潮的第一次涌动。总部位于爱丁堡的Pelamis Wave Power, Ltd. (PWP) 自 9 月以来一直与资产管理公司 Babcock & Brown、能源供应商 Energias de Portugal 和 Efacec(葡萄牙机电设备制造商)在阿瓜多拉项目上合作。第一阶段的成本约为 1300 万美元,将产生高达 2.25 兆瓦的电力。该公司希望在明年年初开始建造和安装另外 25 个波浪能转换器,以将输出功率增加到 21 兆瓦,预计这将满足超过 15,000 个葡萄牙家庭的电力需求。
地球的海洋和河流,在风的推动和月球和太阳的拉动下,覆盖了地球 70% 以上的面积,但直到最近,研究人员和科学家才开发出最终可以利用其中一部分动能的材料和方法。虽然可能还没有 水下涡轮机或波浪发电装置的市场,这些装置旨在利用海洋湍流作为可再生能源,但这并没有阻止少数企业家尝试创建市场。
虽然所有可再生能源(太阳、水和风)都存在生产力的高峰和低谷,但 PWP 首席执行官菲尔·梅特卡夫表示,“我们认为波浪能比风能更可预测”。“你看看 1000 英里 [1600 公里] 外的海洋,你就能很好地了解未来 24 到 48 小时的情况。我们认为它实际上更容易调度到电网。”
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Pelamis 的装置是巨大的红色圆柱形管子,每个长 426.5 英尺(130 米),直径 13 英尺(4 米),重约 750 吨(635 公吨),使用寿命长达 20 年。这些管子通过铰链连接,因此它们像水中的蛇一样漂浮。当管子的各个部分在经过的波浪中上下起伏时,它们会拉动铰链,铰链受到液压活塞的阻力,液压活塞将高压流体泵入液压马达,并转动发电机产生电力。每个波浪能转换装置的接头产生的电力通过电缆输送到中央海底输出电缆,该电缆将站点产生的集体电力输送到岸边。
Pelamis 的业务发展总监马克斯·卡卡斯说:“我们的机器通过自身反应来工作。”大多数其他为采集波浪能而开发的技术(包括 Finavera Renewables 的 AquaBuOY、WaveBob Ltd. 的波浪吸收浮标和 SRI International 制造的另一个浮标式发电机)都是通过在波浪上下起伏时吸收能量。
Pelamis 的管子在水深超过 165 英尺(50 米),距离海岸约 3.7 英里(6 公里)的地方工作效果最佳,因为那里的波浪很强,但工作人员仍然可以将电缆从管子连接到岸边。卡卡斯说:“一旦水深小于半个波长深度,波浪就会损失能量——通常深涌波的波长为 100 到 140 米(330 到 460 英尺)——这就是为什么我们专注于水深 50 到 70 米(165 到 230 英尺)以上的原因。”他补充说,到达此深度等高线的海岸线距离因地而异,但通常为 2 到 15 公里(1.2 到 9.3 英里)。
另一种方法是在纽约市的东河底部运行,2006 年,Verdant Power, Inc. 在水面以下 30 英尺(9 米)处种植了六个风车式涡轮机,每个直径 16 英尺(5 米),以每分钟 32 转的峰值速率运转,将强大的潮汐力转化为电力。尽管遇到了一些挫折——河流强大的水流损坏了转子并折断了一些原始的玻璃纤维和钢制叶片——但该公司设法保持了其中两台涡轮机的运转,为附近的超市供电,并且最近从包括美国能源部和加拿大政府在内的多个渠道获得了 850 万美元的资金,以进一步开发和测试其技术。
Verdant 的涡轮机需要至少每秒六英尺(1.8 米)的潮汐移动才能产生足够的能量,从而使其具有成本效益,而东河则非常乐意满足这一需求。该公司总裁兼市场开发主管特雷·泰勒说:“东河是一个良好的潮汐通道,连接着长岛海峡和海洋。”“此外,纽约是一个购买电力很贵的地方,因此在这里证明这会有帮助更容易。”
Verdant 计划明年在加拿大安大略省康沃尔附近的圣劳伦斯河上测试一种新型涡轮机,该涡轮机重量很大,位于河床上,而不是系泊在底部。预计这两台涡轮机将产生超过 120 千瓦的能量,并且在需要维修时,该公司更容易将其拆除。(他们必须等待低潮才能在东河的涡轮机上进行任何工作。)
东河站点在 2006 年 12 月至 2007 年 5 月期间产生了近 50,000 千瓦时的能量,该测试点有潜力支持多达 300 台涡轮机和近 10 兆瓦的装机容量。到 2010 年,Verdant 希望将其在纽约市的涡轮机农场增加到 30 台,产生超过 1 兆瓦的能量(800 个家庭使用大约 1 兆瓦)。该公司还在考虑在中国和印度的站点。
Verdant 是试图抓住机遇的市场上主要参与者。另一家潮汐发电公司,总部位于英格兰东约克郡的 Lunar Energy,于 3 月开始与 韩国中部电力公司 合作,在韩国南部海岸附近的莞岛横干水道建造一个巨型 300 台涡轮机的发电场。该电厂预计到 2015 年 12 月将为韩国中部电力公司提供 300 兆瓦的可再生能源。位于达尼亚海滩的 佛罗里达大西洋大学卓越海洋能源技术中心的研究人员正在使用 2006 年末授予的 500 万美元的州研究补助金来开发利用强大的墨西哥湾暖流并利用佛罗里达海岸附近的大水温差的技术。研究人员设想,数千台水下涡轮机产生的能量与 10 座核电站的能量一样多,并为该州三分之一的电力提供电力。
美国政府已明确表示,先进的水力发电项目是优先事项。除了帮助 Verdant 的计划外,能源部 9 月份表示,它将在未来五年内拿出高达 730 万美元的资金,以推进从海洋和河流中获取可再生能源的新技术的商业可行性、成本竞争力和市场接受度。
目前尚不清楚利用大型水体中的能量需要多少成本。Verdant 的泰勒表示,他的公司至少还需要两年时间才能向潜在客户报价。话虽如此,Verdant 海洋可再生能源技术的粗略成本估计为每千瓦高达 3,600 美元——比今天的风力发电、化石燃料或水电大坝的价格更高。他还指出,然而,Verdant 将能够通过大规模生产其技术以及减少许可和实施过程中的低效率来随着时间的推移降低成本。
Verdant 在联邦能源监管委员会 (FERC) 的初步许可下,在东河运营其动态(非大坝)水力发电项目,计划在今年年底申请 FERC 试点商业许可证,这将允许该公司创建一个拥有多达 40 台水下涡轮机的发电场,容量高达 1.5 兆瓦。他们花了四年时间才从纽约州环境保护部和美国陆军工程兵团获得必要的许可证,才能使该项目达到目前的状态。Verdant 迄今为止在其东河项目上花费了至少 900 万美元;三分之一的资金用于评估涡轮机对船舶航行、水生生物和鱼类迁徙的潜在影响的研究。
泰勒希望最终在东河拥有两个水下涡轮机发电场,总装机容量高达 10 兆瓦。他补充说,整个纽约州都有其他机会。“一项估计预测,该州潜在的装机容量高达 1000(兆瓦)”,纽约州能源研究和开发管理局 (NYSERDA) 为东河项目贡献了 300 万美元。“随着商业许可证的颁发,以及发电场的建成,我们将继续进行运营测试,为付费客户生成并交付并网电力。”