氣候新聞 | 可再生能源的下一個前沿可能在水下洋流中找到。
能源部正透過資助11個旨在利用河流和海洋潮汐流動水力的專案來開發這種資源。
該專案主任馬里奧·加西亞-桑斯表示，長期目標是擁有可以每週7天、每天24小時執行的可再生能源。
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他在一次採訪中說：“這使得這項技術在其他可再生能源中處於非常有利的地位。”
他解釋說，其中一個原因是其他形式的清潔能源存在侷限性。太陽能發電在夜間無法使用。風力發電不規律，並且在風暴中可能具有破壞性。但是，水下洋流的運動相對穩定、可靠且可預測。
利用流動的水發電並不是一個新概念。但是，水力發電大壩的成本和環境影響巨大。因此，最新一代的科學家和工程師正在嘗試在不帶來那麼多缺點的情況下推進這一概念。
儘管如此，將能量轉換為電能所需的水下渦輪機的設計和控制仍處於實驗階段。例如，成本是一個因素——對於商業用途來說，它仍然太昂貴了。這使其成為能源部高階研究計劃署 (ARPA-E) 的主要候選者，該機構的使命是透過承擔風險來“改變可能性”。
在這種情況下，這是 ARPA-E 在 2020 年 11 月向由一群公司、大學和非營利組織組成的 11 個專案提供的 3800 萬美元的撥款。這些專案統稱為 SHARKS，即水下水力動力和河流千兆瓦系統（Submarine Hydrokinetic And Riverine Kilo-megawatt Systems）的縮寫。
SHARKS 正在幫助將諸如“Manta”和“潮汐動力拖船”之類的機器放入水中。
按照設計，“潮汐動力拖船”從一個頂部帶有白色管狀浮標的機器開始，該浮標突出水面。它被繫泊在海底，但其下懸掛的塔架支撐著一個由看起來像大型飛機螺旋槳的東西驅動的渦輪機。它由水流轉動，旋轉驅動發電機。它將產生的電力傳送到岸上的電網。
“潮汐動力拖船”的目標之一是從墨西哥灣暖流沿美國東海岸從佛羅里達州到北卡羅來納州流動時捕獲能量。它會產生許多稱為渦流的圓形水流。據“潮汐動力拖船”的發明者 Aquantis 的一份宣告稱，這種方法為美國提供了“靠近大型人口中心的大量戰略性可再生能源”。
其他幾種實驗性渦輪機的功能類似於風箏。其中一種叫做 Manta，其靈感來自蝠鱝的游泳方式。它由位於加利福尼亞州門洛帕克的非營利性科學研究所 SRI International 與加州大學伯克利分校的幫助下開發。
它有一個小型發電機，繫泊在海底，上面連線著一卷繩子，該繩子連線到一個類似風箏的聚合物塗層泡沫填充充氣物體，當潮汐將其拉出時，該物體會旋轉卷軸。連線發電機的旋轉會產生電力，並且可以向本地電網供電。它還可以執行一個小電機，該電機可以重定向 Manta，將其拉回或在遇到風暴或大型船舶時將其放氣。
Manta 旨在為河流或潮汐入口附近的小型偏遠社群供電。SRI 首席研究工程師羅伊·科恩布魯在一份宣告中表示：“在世界海洋、河流和河口中，有數太瓦（1萬億瓦）的未開發能源等待轉化為清潔和可再生能源。”
國家可再生能源實驗室水力發電研究與開發小組經理邁克爾·勞森表示，該實驗室正在與四個 SHARK 專案合作，使用計算機模型，該模型可以根據先前從風力渦輪機獲得的資料來幫助預測水下渦輪機的效能。
根據 NREL 的資料，每年有足夠的潛在能量來產生 94 太瓦時的能量。這足以給大約 900 萬個家庭供電。潮汐入口將產生其中的很大一部分。它們可以是海岸線和屏障島嶼之間的通道，也可以是海岸線中足夠大的裂縫，可以使潮汐力在其中發揮作用。其中包括阿拉斯加州安克雷奇附近的庫克灣、西雅圖附近的普吉特海灣以及緬因州北部的類似入口。
他解釋說，多個渦輪機有可能提供“公用事業規模的資源”來為大型社群供電。或者，他說，單個渦輪機或少量渦輪機可以為較小或更偏遠的社群供電。
勞森指出，小型社群通常依賴柴油發電機，柴油發電機通常價格昂貴，並由州或聯邦政府補貼。支持者說，水下渦輪機可能既清潔又便宜。
勞森說，到目前為止，歐洲在水下渦輪機的發展方面處於領先地位，但中國和其他亞洲國家也開始開發它們。
ARPA-E 的加西亞-桑斯表示，水下渦輪機面臨的最大挑戰將與 1990 年代風力渦輪機面臨的挑戰相同——成本。
目前正在測試的水下渦輪機在潮汐區域可以以每千瓦時約 25 美分的價格發電。為了具有競爭力，這些專案必須將價格降至 4 美分左右。
“目前很難知道誰會更成功。我們才開始一年，”他說。“他們看起來都很有希望。”
經 POLITICO, LLC 許可，轉載自E&E 新聞。版權所有 2022。E&E 新聞為能源和環境專業人士提供重要新聞。