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個紅色蛇狀裝置,代表了開發商希望看到的海浪發電專案浪潮的第一次湧動。總部位於愛丁堡的Pelamis Wave Power, Ltd. (PWP) 自 9 月以來一直與資產管理公司 Babcock & Brown、能源供應商 Energias de Portugal 和 Efacec(葡萄牙機電裝置製造商)在阿瓜多拉專案上合作。第一階段的成本約為 1300 萬美元,將產生高達 2.25 兆瓦的電力。該公司希望在明年年初開始建造和安裝另外 25 個波浪能轉換器,以將輸出功率增加到 21 兆瓦,預計這將滿足超過 15,000 個葡萄牙家庭的電力需求。
地球的海洋和河流,在風的推動和月球和太陽的拉動下,覆蓋了地球 70% 以上的面積,但直到最近,研究人員和科學家才開發出最終可以利用其中一部分動能的材料和方法。雖然可能還沒有 水下渦輪機或波浪發電裝置的市場,這些裝置旨在利用海洋湍流作為可再生能源,但這並沒有阻止少數企業家嘗試建立市場。
雖然所有可再生能源(太陽、水和風)都存在生產力的高峰和低谷,但 PWP 執行長菲爾·梅特卡夫表示,“我們認為波浪能比風能更可預測”。“你看看 1000 英里 [1600 公里] 外的海洋,你就能很好地瞭解未來 24 到 48 小時的情況。我們認為它實際上更容易排程到電網。”
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Pelamis 的裝置是巨大的紅色圓柱形管子,每個長 426.5 英尺(130 米),直徑 13 英尺(4 米),重約 750 噸(635 公噸),使用壽命長達 20 年。這些管子透過鉸鏈連線,因此它們像水中的蛇一樣漂浮。當管子的各個部分在經過的波浪中上下起伏時,它們會拉動鉸鏈,鉸鏈受到液壓活塞的阻力,液壓活塞將高壓流體泵入液壓馬達,並轉動發電機產生電力。每個波浪能轉換裝置的接頭產生的電力透過電纜輸送到中央海底輸出電纜,該電纜將站點產生的集體電力輸送到岸邊。
Pelamis 的業務發展總監馬克斯·卡卡斯說:“我們的機器透過自身反應來工作。”大多數其他為採集波浪能而開發的技術(包括 Finavera Renewables 的 AquaBuOY、WaveBob Ltd. 的波浪吸收浮標和 SRI International 製造的另一個浮標式發電機)都是透過在波浪上下起伏時吸收能量。
Pelamis 的管子在水深超過 165 英尺(50 米),距離海岸約 3.7 英里(6 公里)的地方工作效果最佳,因為那裡的波浪很強,但工作人員仍然可以將電纜從管子連線到岸邊。卡卡斯說:“一旦水深小於半個波長深度,波浪就會損失能量——通常深涌波的波長為 100 到 140 米(330 到 460 英尺)——這就是為什麼我們專注於水深 50 到 70 米(165 到 230 英尺)以上的原因。”他補充說,到達此深度等高線的海岸線距離因地而異,但通常為 2 到 15 公里(1.2 到 9.3 英里)。
另一種方法是在紐約市的東河底部執行,2006 年,Verdant Power, Inc. 在水面以下 30 英尺(9 米)處種植了六個風車式渦輪機,每個直徑 16 英尺(5 米),以每分鐘 32 轉的峰值速率運轉,將強大的潮汐力轉化為電力。儘管遇到了一些挫折——河流強大的水流損壞了轉子並折斷了一些原始的玻璃纖維和鋼製葉片——但該公司設法保持了其中兩臺渦輪機的運轉,為附近的超市供電,並且最近從包括美國能源部和加拿大政府在內的多個渠道獲得了 850 萬美元的資金,以進一步開發和測試其技術。
Verdant 的渦輪機需要至少每秒六英尺(1.8 米)的潮汐移動才能產生足夠的能量,從而使其具有成本效益,而東河則非常樂意滿足這一需求。該公司總裁兼市場開發主管特雷·泰勒說:“東河是一個良好的潮汐通道,連線著長島海峽和海洋。”“此外,紐約是一個購買電力很貴的地方,因此在這裡證明這會有幫助更容易。”
Verdant 計劃明年在加拿大安大略省康沃爾附近的聖勞倫斯河上測試一種新型渦輪機,該渦輪機重量很大,位於河床上,而不是繫泊在底部。預計這兩臺渦輪機將產生超過 120 千瓦的能量,並且在需要維修時,該公司更容易將其拆除。(他們必須等待低潮才能在東河的渦輪機上進行任何工作。)
東河站點在 2006 年 12 月至 2007 年 5 月期間產生了近 50,000 千瓦時的能量,該測試點有潛力支援多達 300 臺渦輪機和近 10 兆瓦的裝機容量。到 2010 年,Verdant 希望將其在紐約市的渦輪機農場增加到 30 臺,產生超過 1 兆瓦的能量(800 個家庭使用大約 1 兆瓦)。該公司還在考慮在中國和印度的站點。
Verdant 是試圖抓住機遇的市場上主要參與者。另一家潮汐發電公司,總部位於英格蘭東約克郡的 Lunar Energy,於 3 月開始與 韓國中部電力公司 合作,在韓國南部海岸附近的莞島橫幹水道建造一個巨型 300 臺渦輪機的發電場。該電廠預計到 2015 年 12 月將為韓國中部電力公司提供 300 兆瓦的可再生能源。位於達尼亞海灘的 佛羅里達大西洋大學卓越海洋能源技術中心的研究人員正在使用 2006 年末授予的 500 萬美元的州研究補助金來開發利用強大的墨西哥灣暖流並利用佛羅里達海岸附近的大水溫差的技術。研究人員設想,數千臺水下渦輪機產生的能量與 10 座核電站的能量一樣多,併為該州三分之一的電力提供電力。
美國政府已明確表示,先進的水力發電專案是優先事項。除了幫助 Verdant 的計劃外,能源部 9 月份表示,它將在未來五年內拿出高達 730 萬美元的資金,以推進從海洋和河流中獲取可再生能源的新技術的商業可行性、成本競爭力和市場接受度。
目前尚不清楚利用大型水體中的能量需要多少成本。Verdant 的泰勒表示,他的公司至少還需要兩年時間才能向潛在客戶報價。話雖如此,Verdant 海洋可再生能源技術的粗略成本估計為每千瓦高達 3,600 美元——比今天的風力發電、化石燃料或水電大壩的價格更高。他還指出,然而,Verdant 將能夠透過大規模生產其技術以及減少許可和實施過程中的低效率來隨著時間的推移降低成本。
Verdant 在聯邦能源監管委員會 (FERC) 的初步許可下,在東河運營其動態(非大壩)水力發電專案,計劃在今年年底申請 FERC 試點商業許可證,這將允許該公司建立一個擁有多達 40 臺水下渦輪機的發電場,容量高達 1.5 兆瓦。他們花了四年時間才從紐約州環境保護部和美國陸軍工程兵團獲得必要的許可證,才能使該專案達到目前的狀態。Verdant 迄今為止在其東河專案上花費了至少 900 萬美元;三分之一的資金用於評估渦輪機對船舶航行、水生生物和魚類遷徙的潛在影響的研究。
泰勒希望最終在東河擁有兩個水下渦輪機發電場,總裝機容量高達 10 兆瓦。他補充說,整個紐約州都有其他機會。“一項估計預測,該州潛在的裝機容量高達 1000(兆瓦)”,紐約州能源研究和開發管理局 (NYSERDA) 為東河專案貢獻了 300 萬美元。“隨著商業許可證的頒發,以及發電場的建成,我們將繼續進行運營測試,為付費客戶生成並交付併網電力。”