来自海洋的能源——可再生能源

公司和政府正指望水下涡轮机、水下“风”电场和波浪发电装置来利用海洋湍流维持电力供应

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在曼哈顿东河水面下 30 英尺(9 米)处,毗邻罗斯福岛,六个涡轮机——每个直径 16 英尺(5 米),以每分钟 32 转的峰值速率旋转——在河床上严阵以待。这些涡轮机属于纽约市的 Verdant Power, Inc. 公司,它们安装在一个可旋转的平台上,无论涨潮还是退潮,它们的锥形头部都能始终面向潮水。这些动力水力系统类似于水下风电场,使用齿轮箱和增速器(将较慢的转子旋转转化为较快的发电机旋转),将每个涡轮机的机械能转化为电能。

Verdant 的涡轮机需要至少每秒 6 英尺的潮汐速度才能产生足够的能源以实现成本效益,而东河完全符合要求。该公司总裁兼市场开发主管特雷·泰勒表示:“东河是一条良好的潮汐通道,将长岛海峡与海洋连接起来。此外,纽约的电力购买成本很高,因此在这里更容易证明这种方式能够有所帮助。”


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距离最近的涡轮机几英尺远,一个岸上控制室接收整个集群产生的能量馈送。为了证明这种能量可供当地企业使用,Verdant 去年向罗斯福岛一家愿意参与罗斯福岛潮汐能项目的超市和停车场发送了一次电力测试传输。

地球的海洋,在风的推动和月球和太阳的拉力下,涨落覆盖了地球 70% 以上的面积,但直到最近,才出现能够最终利用其中一些动能作为我们陆地居民可用能源的技术。水下涡轮机、水下“风”电场和波浪发电装置正在世界各地进行测试,技术的新进步有望缓解超负荷运转的能源公用事业的压力。总部位于爱丁堡的 Pelamis Wave Power, Ltd. 公司的首席执行官菲尔·梅特卡夫表示:“我们认为波浪能比风能更可预测”,该公司在开发海洋能利用设备方面采取了与 Verdant 不同的方法。“你看看 1000 英里外的海洋,就会对未来 24 到 48 小时的情况有个很好的了解。我们认为它实际上更容易输送到电网。”

Pelamis 的设备是巨大的红色管状物,每个长 426.5 英尺(130 米)、直径 13 英尺(约 4 米)、重约 750 吨(635 公吨),寿命长达 20 年。当海洋在它们周围涌动时,它们会弯曲。管状物接头的波浪式运动受到液压缸的阻碍,液压缸将高压液体泵入液压马达,驱动发电机产生电力。所有接头的电力都通过一根脐带电缆输送到海底的接线盒。三个管状物在 165 到 230 英尺(50 到 70 米)的深度和距离海岸约 3.7 英里(6 公里)处效果最佳,可以产生高达 2.25 兆瓦的电力。

Pelamis(直到 9 月份之前一直被称为 Ocean Power Delivery)已在欧洲海洋能源中心位于苏格兰奥克尼群岛附近的波浪测试场地对其原型进行了约 2,000 小时的测试。另外三台机器将构成阿古卡杜拉的初始阶段,这是世界上第一个商业波浪发电场,将于 4 月在葡萄牙海岸附近投入使用,该项目由葡萄牙公用事业公司 Enersis(Babcock and Brown 的子公司)开发。Pelamis 也在与其他公用事业公司和政府进行谈判,未来的部署取决于葡萄牙项目将水波转化为电流的能力如何。

苏格兰周围的水域也是包括Lunar Energy, Ltd.在内的多个组织进行潮汐涡轮机测试的场所。该公司位于英格兰东约克郡,于 2007 年 3 月宣布与总部位于德国的电力公司 E.On UK 达成协议,在苏格兰西海岸开发一个高达 8 兆瓦的潮流发电项目。

与此同时,佛罗里达州的研究人员可能很快会测试波浪能和潮汐能发电技术,这些技术可以利用墨西哥湾暖流,该暖流以每秒 80 亿加仑(300 亿升)以上的速度向北东北方向流动,距离佛罗里达州南部和东部海岸约 15 英里(25 公里)。位于佛罗里达州达尼亚海滩的佛罗里达大西洋大学海洋能源技术卓越中心的研究人员正在使用 2006 年末授予的 500 万美元的州研究拨款,开发利用强大的墨西哥湾暖流和佛罗里达州海岸附近的大水温差的空调技术。研究人员设想数千个水下涡轮机产生的能量可达 10 个核电站的能量,并为该州提供三分之一的电力。该大学正在与学术界、政府和行业合作伙伴共同开展该项目,包括奥兰多的中佛罗里达大学、美国海军和能源部、洛克希德·马丁公司、位于马里兰州汉诺威的 Oceaneering International, Inc. 以及 Verdant Power,Verdant Power 为他们提供了一个直径 10 英尺(3 米)的转子系统,他们在 2002 年的东河测试中使用过该系统。

Verdant 于 2002 年首次开始从东河水面测试其三叶片水平轴涡轮机。但出现了一些问题:一些涡轮机的玻璃纤维叶片在潮汐力的作用下断裂。(玻璃纤维叶片将于 4 月底更换为镁合金叶片。)

尽管如此,该站点在 2006 年 12 月至 2007 年 5 月期间产生了近 50,000 千瓦时的能量。Verdant 的东河测试点有可能支持多达 300 个涡轮机和近 10 兆瓦的装机容量。Verdant 过去几年一直在调整其潮汐涡轮机,以便到 2010 年底,它们可以向该市的电网输送高达 1.5 兆瓦的电力(800 户家庭使用约 1 兆瓦)。

东河不是 Verdant 的唯一站点。该公司还在加拿大安大略省康沃尔附近的圣劳伦斯河测试其技术,希望创建一个能够产生 15 兆瓦输出的涡轮机基础设施。该公司还在考虑中国和印度的站点。

目前尚不清楚利用大型水体的能源需要多少成本,因为目前还没有潮汐能或波浪能产业。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。也就是说,Verdant 海洋可再生能源技术的粗略成本估算高达每千瓦时 3,600 美元,这比今天的风力发电、化石燃料或水力发电大坝的价格更高,他说。但是,他还指出,随着技术的批量生产以及许可和实施过程中效率的降低,Verdant 将能够随着时间的推移降低其成本。

Verdant 在美国的下一步是申请联邦能源管理委员会 (FERC) 的许可证,这将允许该公司继续其试点项目,试图证明潮汐涡轮机可以成为该市电网可靠的能源来源。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花了四年时间。

官僚程序的延迟表明了在将此类涡轮机投入水中所需的监管流程的困难。Verdant 的泰勒表示,他的公司已花费约 900 万美元将其东河项目发展到目前的状态,其中三分之一的成本用于研究涡轮机可能如何影响船舶航行、水生生物和鱼类迁徙。尽管纽约州能源研究与发展管理局 (NYSERDA) 为东河项目提供了 300 万美元的资金,但泰勒表示,为确保不断变化且有时是多余的监管批准而花费的时间和金钱浪费了宝贵的时间,而这些时间本可以用来测试新技术。“这种情况必须改变,”他补充道。“世界正在燃烧,而我们却在瞎摆弄。”

就 FERC 而言,它并不认为自己在瞎摆弄,而是在试图找到有关新型水力发电技术的正确方向。主席约瑟夫·凯利赫去年指出,“这些技术在可靠性、环境和安全影响以及商业可行性方面提出了一些挑战。”

 

更多项目

2007 年 8 月,非营利性研究与开发公司 SRI International 和日本波浪发电装置制造商 Hyper Drive Corporation, Ltd. 在佛罗里达州坦帕湾测试了一种安装在浮标上的原型海洋波浪发电装置。当装置上下浮动,吸收来自波浪的能量时,一种由人造肌肉制成的类似手风琴的装置会膨胀和收缩,产生转化为电能的机械能。今年秋季,SRI 将测试其更强大、更耐用的下一代原型波浪发电装置。

不列颠哥伦比亚省温哥华的可再生能源技术公司 Finavera Renewables 最近签署了一份合同,到 2012 年为旧金山太平洋天然气电力公司 (PG&E) 提供电力。该协议是北美第一个针对 2 兆瓦波浪能项目的商业购电协议。PG&E 项目将在加利福尼亚州洪堡县海岸附近约 2.5 英里(4 公里)处建造,用于向 PG&E 在整个公司加利福尼亚州北部和中部服务区域的客户输送电力。Finavera 的技术是 AquaBuOY,一种将波浪的上下运动转化为电能的漂浮结构。

该公司还获得了美国联邦能源管理委员会 (U.S. Federal Energy Regulatory Commission,简称 FERC) 颁发的为期五年的运营许可,用于其在华盛顿州的 1 兆瓦马卡海湾海上波浪试验项目。这是美国联邦能源管理委员会首次为波浪能、潮汐能或海流能项目颁发许可。此外,Finavera 还在寻求开发俄勒冈州和南非海岸的波浪能项目,并且正在确定在不列颠哥伦比亚省尤克卢利特海岸开发 5 兆瓦波浪能项目的可行性。

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