地球的海洋受到月球和太阳的引力,潮起潮落,覆盖了地球超过 70% 的面积。经过反复试验,研究人员开发了许多技术来有效利用部分动能。现在,一些企业家正试图创建一个商业市场。
水下风车
最先进的示范项目在纽约市东河底部运行,那里实际上是一条潮汐通道。2006 年,Verdant Power 在河床下 30 英尺深的水下,远离船只航行区域,安装了六台类似风车的涡轮机。每台直径 16 英尺的涡轮机以高达每分钟 32 转的速度旋转,将强大的潮汐力转化为电力。尽管最初遭遇挫折——河流强劲的水流损坏了一些转子,并折断了一些最初的玻璃纤维和钢制叶片——该公司仍保持其中两台涡轮机运行,这足以吸引 850 万美元的政府资金用于进一步开发和测试。
为了经济高效地发电,Verdant 的涡轮机需要至少每秒六英尺的潮汐运动,而东河完全能够满足这一要求。“而且,纽约是一个购电成本昂贵的地方,”公司总裁特雷·泰勒说,“因此在这里更容易证明这可能有所帮助。”
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东河站点有潜力支持多达 300 台涡轮机。Verdant 希望到 2010 年安装 30 台涡轮机,总装机容量为 1 兆瓦(足以支持大约 800 户家庭)。泰勒希望最终建成两个水下涡轮机场,提供高达 10 兆瓦的电力。他还补充说,纽约州周围还有其他机会。一项估计预测,潜力高达 1,000 兆瓦。该公司也在关注中国和印度的站点。明年,Verdant 还计划在安大略省康沃尔附近的圣劳伦斯河测试一种新型涡轮机,该涡轮机将重重地压在海底,而不是系泊,以便在需要维修时更容易拆卸。
其他潮汐能公司也开始效仿 Verdant 的做法。英国的 Lunar Energy 公司正在与韩国中部电力公司合作,在韩国南部海岸的莞岛郡横干水道创建一个巨大的 300 台涡轮机阵列。该装置预计到 2015 年 12 月将提供 300 兆瓦的电力。佛罗里达大西洋大学的研究人员正在开发利用佛罗里达海岸强大的墨西哥湾暖流的设计。9 月,美国能源部表示,将在五年内提供 120 万美元,以提高利用海洋和河流的新技术的商业可行性、成本竞争力和市场接受度。
水蛇
当然,在风的帮助下,潮汐以海面波浪的形式表现出来。苏格兰爱丁堡的 Pelamis Wave Power 公司正在寻求利用这种滚动的能源。
Pelamis 公司建造了巨大的漂浮管,每个管长 427 英尺,直径 13 英尺,重约 750 吨。每个管都有多个圆柱形部分,这些部分通过巨大的铰链连接。当连接件在经过的波浪上上下起伏时,它们会拉动它们之间的铰链,但液压缸会通过泵送高压流体通过电机来抵抗,电机转动发电机以产生电力。“我们的机器通过自身反作用工作,”Pelamis 公司的业务发展主管马克斯·卡卡斯说。电力通过线路输送到连接到岸上的海底电缆。
这些管在水深 165 至 230 英尺的水域中工作效果最佳,这大约是开阔海域波浪波长的一半,开阔海域波浪的波峰到波峰的距离往往为 330 至 460 英尺。卡卡斯说,一旦水深小于波长的一半,波浪就会失去能量。找到这种条件的海域离海岸线的距离各不相同,但通常为 1.2 至 9.3 英里。
Pelamis 公司及其商业合作伙伴已在葡萄牙北部海岸约三英里处放置了三条水蛇。第一阶段将提供高达 2.25 兆瓦的容量,成本为 1300 万美元。该公司计划从明年开始再增加 25 个“波浪能转换器”,这将使输出增加到 21 兆瓦,足以满足超过 15,000 户葡萄牙家庭的需求,该公司领导人估计。
尽管许多可再生能源都存在生产力高峰和低谷的问题,但 Pelamis 公司的首席执行官菲尔·梅特卡夫说,“我们认为波浪能比风能更具可预测性。”“你看看 1000 英里外的海洋,你就会对未来 24 到 48 小时的情况有一个很好的了解。我们认为实际上更容易将其输送到电网。”
消费者购买海洋能源的成本尚不清楚。Verdant 公司的泰勒表示,他的公司至少还需要两年时间才能向潜在客户报价。即便如此,水下涡轮机的粗略估计价格为每千瓦容量 3,600 美元——略高于当今的化石燃料或水力发电厂。大规模生产效率可以降低成本。
更顺畅的许可流程将大有帮助。Verdant 公司为东河示范项目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花费了四年时间。Verdant 公司在项目上花费的 900 万美元中,有三分之一用于研究,以评估涡轮机对船舶航行、水生生物和鱼类迁徙的潜在影响。