來自海洋的能源——可再生能源

公司和政府正指望水下渦輪機、水下“風”電場和波浪發電裝置來利用海洋湍流維持電力供應

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在曼哈頓東河水面下 30 英尺(9 米)處,毗鄰羅斯福島,六個渦輪機——每個直徑 16 英尺(5 米),以每分鐘 32 轉的峰值速率旋轉——在河床上嚴陣以待。這些渦輪機屬於紐約市的 Verdant Power, Inc. 公司,它們安裝在一個可旋轉的平臺上,無論漲潮還是退潮,它們的錐形頭部都能始終面向潮水。這些動力水力系統類似於水下風電場,使用齒輪箱和增速器(將較慢的轉子旋轉轉化為較快的發電機旋轉),將每個渦輪機的機械能轉化為電能。

Verdant 的渦輪機需要至少每秒 6 英尺的潮汐速度才能產生足夠的能源以實現成本效益,而東河完全符合要求。該公司總裁兼市場開發主管特雷·泰勒表示:“東河是一條良好的潮汐通道,將長島海峽與海洋連線起來。此外,紐約的電力購買成本很高,因此在這裡更容易證明這種方式能夠有所幫助。”


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距離最近的渦輪機幾英尺遠,一個岸上控制室接收整個叢集產生的能量饋送。為了證明這種能量可供當地企業使用,Verdant 去年向羅斯福島一家願意參與羅斯福島潮汐能專案的超市和停車場傳送了一次電力測試傳輸。

地球的海洋,在風的推動和月球和太陽的拉力下,漲落覆蓋了地球 70% 以上的面積,但直到最近,才出現能夠最終利用其中一些動能作為我們陸地居民可用能源的技術。水下渦輪機、水下“風”電場和波浪發電裝置正在世界各地進行測試,技術的新進步有望緩解超負荷運轉的能源公用事業的壓力。總部位於愛丁堡的 Pelamis Wave Power, Ltd. 公司的執行長菲爾·梅特卡夫表示:“我們認為波浪能比風能更可預測”,該公司在開發海洋能利用裝置方面採取了與 Verdant 不同的方法。“你看看 1000 英里外的海洋,就會對未來 24 到 48 小時的情況有個很好的瞭解。我們認為它實際上更容易輸送到電網。”

Pelamis 的裝置是巨大的紅色管狀物,每個長 426.5 英尺(130 米)、直徑 13 英尺(約 4 米)、重約 750 噸(635 公噸),壽命長達 20 年。當海洋在它們周圍湧動時,它們會彎曲。管狀物接頭的波浪式運動受到液壓缸的阻礙,液壓缸將高壓液體泵入液壓馬達,驅動發電機產生電力。所有接頭的電力都透過一根臍帶電纜輸送到海底的接線盒。三個管狀物在 165 到 230 英尺(50 到 70 米)的深度和距離海岸約 3.7 英里(6 公里)處效果最佳,可以產生高達 2.25 兆瓦的電力。

Pelamis(直到 9 月份之前一直被稱為 Ocean Power Delivery)已在歐洲海洋能源中心位於蘇格蘭奧克尼群島附近的波浪測試場地對其原型進行了約 2,000 小時的測試。另外三臺機器將構成阿古卡杜拉的初始階段,這是世界上第一個商業波浪發電場,將於 4 月在葡萄牙海岸附近投入使用,該專案由葡萄牙公用事業公司 Enersis(Babcock and Brown 的子公司)開發。Pelamis 也在與其他公用事業公司和政府進行談判,未來的部署取決於葡萄牙專案將水波轉化為電流的能力如何。

蘇格蘭周圍的水域也是包括Lunar Energy, Ltd.在內的多個組織進行潮汐渦輪機測試的場所。該公司位於英格蘭東約克郡,於 2007 年 3 月宣佈與總部位於德國的電力公司 E.On UK 達成協議,在蘇格蘭西海岸開發一個高達 8 兆瓦的潮流發電專案。

與此同時,佛羅里達州的研究人員可能很快會測試波浪能和潮汐能發電技術,這些技術可以利用墨西哥灣暖流,該暖流以每秒 80 億加侖(300 億升)以上的速度向北東北方向流動,距離佛羅里達州南部和東部海岸約 15 英里(25 公里)。位於佛羅里達州達尼亞海灘的佛羅里達大西洋大學海洋能源技術卓越中心的研究人員正在使用 2006 年末授予的 500 萬美元的州研究撥款,開發利用強大的墨西哥灣暖流和佛羅里達州海岸附近的大水溫差的空調技術。研究人員設想數千個水下渦輪機產生的能量可達 10 個核電站的能量,併為該州提供三分之一的電力。該大學正在與學術界、政府和行業合作伙伴共同開展該專案,包括奧蘭多的中佛羅里達大學、美國海軍和能源部、洛克希德·馬丁公司、位於馬里蘭州漢諾威的 Oceaneering International, Inc. 以及 Verdant Power,Verdant Power 為他們提供了一個直徑 10 英尺(3 米)的轉子系統,他們在 2002 年的東河測試中使用過該系統。

Verdant 於 2002 年首次開始從東河水面測試其三葉片水平軸渦輪機。但出現了一些問題:一些渦輪機的玻璃纖維葉片在潮汐力的作用下斷裂。(玻璃纖維葉片將於 4 月底更換為鎂合金葉片。)

儘管如此,該站點在 2006 年 12 月至 2007 年 5 月期間產生了近 50,000 千瓦時的能量。Verdant 的東河測試點有可能支援多達 300 個渦輪機和近 10 兆瓦的裝機容量。Verdant 過去幾年一直在調整其潮汐渦輪機,以便到 2010 年底,它們可以向該市的電網輸送高達 1.5 兆瓦的電力(800 戶家庭使用約 1 兆瓦)。

東河不是 Verdant 的唯一站點。該公司還在加拿大安大略省康沃爾附近的聖勞倫斯河測試其技術,希望建立一個能夠產生 15 兆瓦輸出的渦輪機基礎設施。該公司還在考慮中國和印度的站點。

目前尚不清楚利用大型水體的能源需要多少成本,因為目前還沒有潮汐能或波浪能產業。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。也就是說,Verdant 海洋可再生能源技術的粗略成本估算高達每千瓦時 3,600 美元,這比今天的風力發電、化石燃料或水力發電大壩的價格更高,他說。但是,他還指出,隨著技術的批次生產以及許可和實施過程中效率的降低,Verdant 將能夠隨著時間的推移降低其成本。

Verdant 在美國的下一步是申請聯邦能源管理委員會 (FERC) 的許可證,這將允許該公司繼續其試點專案,試圖證明潮汐渦輪機可以成為該市電網可靠的能源來源。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花了四年時間。

官僚程式的延遲表明了在將此類渦輪機投入水中所需的監管流程的困難。Verdant 的泰勒表示,他的公司已花費約 900 萬美元將其東河專案發展到目前的狀態,其中三分之一的成本用於研究渦輪機可能如何影響船舶航行、水生生物和魚類遷徙。儘管紐約州能源研究與發展管理局 (NYSERDA) 為東河專案提供了 300 萬美元的資金,但泰勒表示,為確保不斷變化且有時是多餘的監管批准而花費的時間和金錢浪費了寶貴的時間,而這些時間本可以用來測試新技術。“這種情況必須改變,”他補充道。“世界正在燃燒,而我們卻在瞎擺弄。”

就 FERC 而言,它並不認為自己在瞎擺弄,而是在試圖找到有關新型水力發電技術的正確方向。主席約瑟夫·凱利赫去年指出,“這些技術在可靠性、環境和安全影響以及商業可行性方面提出了一些挑戰。”

 

更多專案

2007 年 8 月,非營利性研究與開發公司 SRI International 和日本波浪發電裝置製造商 Hyper Drive Corporation, Ltd. 在佛羅里達州坦帕灣測試了一種安裝在浮標上的原型海洋波浪發電裝置。當裝置上下浮動,吸收來自波浪的能量時,一種由人造肌肉製成的類似手風琴的裝置會膨脹和收縮,產生轉化為電能的機械能。今年秋季,SRI 將測試其更強大、更耐用的下一代原型波浪發電裝置。

不列顛哥倫比亞省溫哥華的可再生能源技術公司 Finavera Renewables 最近簽署了一份合同,到 2012 年為舊金山太平洋天然氣電力公司 (PG&E) 提供電力。該協議是北美第一個針對 2 兆瓦波浪能專案的商業購電協議。PG&E 專案將在加利福尼亞州洪堡縣海岸附近約 2.5 英里(4 公里)處建造,用於向 PG&E 在整個公司加利福尼亞州北部和中部服務區域的客戶輸送電力。Finavera 的技術是 AquaBuOY,一種將波浪的上下運動轉化為電能的漂浮結構。

該公司還獲得了美國聯邦能源管理委員會 (U.S. Federal Energy Regulatory Commission,簡稱 FERC) 頒發的為期五年的運營許可,用於其在華盛頓州的 1 兆瓦馬卡海灣海上波浪試驗專案。這是美國聯邦能源管理委員會首次為波浪能、潮汐能或海流能專案頒發許可。此外,Finavera 還在尋求開發俄勒岡州和南非海岸的波浪能專案,並且正在確定在不列顛哥倫比亞省尤克盧利特海岸開發 5 兆瓦波浪能專案的可行性。

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