利用水下渦輪機開發強大的密西西比河和沿海潮汐

這些渦輪機透過捕獲流動水的能量來工作,這些能量來自波浪、潮汐和水流

聯邦能源管理委員會(FERC)的專家正在謹慎地審查123家申請人,他們希望使用相對未經測試的技術在水下發電,利用可再生能源。

這項技術被稱為水力動能技術。與水壩中的渦輪機類似,水力動能渦輪機透過水的運動產生電力。但馬薩諸塞州格洛斯特市Free Flow Power公司的工程執行副總裁埃德·洛夫萊斯解釋說,這些渦輪機不需要水壩,也不會帶來水壩的一些挑戰和費用。

這些渦輪機透過捕獲流動水的能量來工作,這些能量來自波浪、潮汐和水流。由於水的密度比空氣大,而且水流比風更穩定,水下渦輪機可以比風力渦輪機提供更多的能量。


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在過去的幾年裡,已有100多個水力動能專案提案提交給FERC。平均而言,這些專案包括20個或更多的渦輪機叢集。Free Flow Power公司支援其中的88個專案,這些專案計劃在聖路易斯和墨西哥灣之間的密西西比河流域進行。其他公司的擬議地點包括海洋海岸,那裡的渦輪機可以捕獲潮汐作用。

洛夫萊斯說,這種開發熱潮的推動力是水力動能技術在可以輕鬆連線到國家電網的地方大規模生產可再生能源的潛力。密西西比河提供了一個巨大的資源,其流域面積覆蓋了美國本土48個州總面積的約40%。

但是,將類似風力渦輪機的裝置放置在水中可能會帶來一些後果。渦輪機可以很好地絕緣,使其不會洩漏電力,但它們仍然會在周圍產生小的電磁場。它們也可能很吵,而且噪音在水下傳播得更遠更快,可能會損害野生動物。

漫長的許可程式
FERC要求公司在獲得批准之前要經過多個階段的審查,從而使大多數專案進展緩慢。

在FERC頒發許可證之前,公司必須申請許可證,使其對某個地點具有優先權。一旦獲得批准,許可證將使有關公司在三年內對該地點具有優先權。這段時間讓公司研究該地點的技術可行性。他們還必須證明這些專案將最大限度地減少損害。如果公司喜歡這個地點,接下來可以透過FERC申請許可證,允許在該地點進行發電。

對於每個許可證提案,FERC都會進行環境審查並徵求公眾意見。監管機構還授予較短的“試點”許可證,以簡化流程。雖然FERC的傳統水力發電許可證可以持續40到50年,但試點許可證將期限縮短至五年。部分原因是監管機構希望對相對未經測試的技術保持謹慎。

橡樹嶺國家實驗室的研究員格倫·卡達說:“FERC必須確信這些可以安全地發電。許可證中有一項規定,如果發生意外情況,FERC可以移除(渦輪機)。”

自從申請開始湧入該機構以來,它只批准了一個專案許可證,該專案將在華盛頓州海岸利用波浪發電。那是2007年12月的事了,FERC女發言人塞萊斯特·米勒說,背後的公司Finavera Wind Energy此後已放棄了其許可證。

2008年,FERC還允許明尼蘇達州黑斯廷斯市的一家公司Hydro Energy Green在密西西比河中安裝兩個35千瓦的渦輪機。當時,黑斯廷斯市已經擁有傳統的FERC水力發電許可證。黑斯廷斯市要求FERC允許水力動能渦輪機透過將其作為其傳統許可證的修正案進行執行。FERC允許了,Hydro Energy的倡議成為該國的第一個。迄今為止,它們是唯一向電網發電的水力動能渦輪機。

目前,有三個專案正在等待許可證批准,其中包括Verdant Power將在紐約市東河安裝多達30個渦輪機的專案。共有111個專案獲得了FERC的許可證,另有12個專案正在等待批准。

由於每個向FERC提交的水力動能提案的提交時間不同,許多提案處於FERC的不同階段。Free Flow Power預計其水力動能專案將在未來兩年半內實現商業化。

測試對淡水魚的影響
卡達正在領導橡樹嶺國家實驗室進行的由能源部資助的研究,該研究涉及渦輪機如何影響淡水魚類和生物。他的團隊正在研究魚類如何對渦輪機產生的電磁場以及它們產生的噪音做出反應。

他說,他的實驗室確定了50種可能受渦輪機影響的淡水動物,包括蝸牛、蛤蜊、小魚和鱘魚。橡樹嶺的大部分研究都集中在湖鱘和匙吻鱘身上,它們都生活在密西西比河流域,許多專案都計劃在那裡進行。湖鱘長途遷徙,春天向上遊遷徙約100英里,並在途中產卵。然後卵在向下遊漂流時孵化。秋天,鱘魚向下遊遷徙。

這些遷徙魚類的一個擔憂是,渦輪機會阻止或改變它們的遷徙路線,從而改變它們的生存和繁殖方式。到目前為止,卡達沒有發現任何證據表明這種情況。其中一個原因是渦輪機產生的電磁場相對較小,平均延伸約3英尺。

在他的實驗室裡,卡達在水箱裡有一個可以開啟和關閉的電磁開關。他注意到,當他開啟它時,一些魚“停了下來,四處張望,”他說。如果所有的電磁場只是讓魚暫時停下來,那就不難解決,他說。

一種可能的解決方案是將連線渦輪機並將電力傳輸到電網的電纜埋起來。將它們埋在沉積物中2或3英尺處將掩埋磁場。但這仍然留下了渦輪機內部的發電機。當葉片旋轉時,發電機也會產生電磁場。

卡達說,仍然需要做很多工作。其他擔憂包括渦輪機的噪音是否會吸引或驅趕魚類,以及渦輪機葉片是否會在魚類遊過時撞擊並殺死它們。在黑斯廷斯市啟動兩個渦輪機之前,Hydro Energy Green公司透過從木筏上漂浮一個渦輪機並在其前方釋放數百條魚,在密西西比河中測試了一個渦輪機。卡達說,好訊息是,沒有一條魚死亡。這可能是因為像風力渦輪機一樣,葉片以相對較慢的速度旋轉。

美國地質調查局的Conte溯河魚類研究中心和馬薩諸塞州的Alden研究實驗室正在研究“葉片撞擊”反應的可能性。橡樹嶺國家實驗室將於今年夏天開始研究這個問題。

海洋研究正在進行中
關於海洋生物的研究不太完整。在華盛頓州的太平洋西北國家實驗室,安德里亞·科平正在領導一項研究,研究渦輪機如何影響海洋生物,如螃蟹、大比目魚和鮭魚。與橡樹嶺國家實驗室一樣,太平洋西北實驗室正在產生電磁場並測量水下聲學噪聲。

一些潛在的關注領域涉及到鯊魚,它們利用磁場來捕食獵物。一些哺乳動物使用噪音進行交流和導航。在考慮風險時,科平列出了一些假設:如果一種瀕危的鮭魚物種被電磁場吸引,使其更容易被捕食者捕獵和殺死怎麼辦?如果大型遷徙鯨魚被渦輪機嚇到,並且在食物較少的情況下遷徙得更遠怎麼辦?

雖然科平說一些資料表明存在這些風險,但她尚未確信渦輪機會造成重大問題。

她說:“我們不認為這將是一個障礙,但目前還沒有太多證據。我們真的不知道。”

到目前為止,太平洋西北實驗室的電磁研究“並不令人震驚,”科平說。她仍在努力瞭解哪些物種對它們有反應,以及它們是否導致任何物種改變了行為。至於測量它們對聲學的反應,科平說,在許多情況下,她預計不會有任何影響。

橡樹嶺國家實驗室和太平洋西北國家實驗室都已經測試了水力動能的影響約兩年時間。當專案提案開始堆積如山時,國會指示能源部對其進行研究。

只要測試不會向電網新增電力,電力公司就可以在未經FERC批准的情況下使用該技術進行自己的測試。

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