地球的海洋受到月球和太陽的引力,潮起潮落,覆蓋了地球超過 70% 的面積。經過反覆試驗,研究人員開發了許多技術來有效利用部分動能。現在,一些企業家正試圖建立一個商業市場。
水下風車
最先進的示範專案在紐約市東河底部執行,那裡實際上是一條潮汐通道。2006 年,Verdant Power 在河床下 30 英尺深的水下,遠離船隻航行區域,安裝了六臺類似風車的渦輪機。每臺直徑 16 英尺的渦輪機以高達每分鐘 32 轉的速度旋轉,將強大的潮汐力轉化為電力。儘管最初遭遇挫折——河流強勁的水流損壞了一些轉子,並折斷了一些最初的玻璃纖維和鋼製葉片——該公司仍保持其中兩臺渦輪機執行,這足以吸引 850 萬美元的政府資金用於進一步開發和測試。
為了經濟高效地發電,Verdant 的渦輪機需要至少每秒六英尺的潮汐運動,而東河完全能夠滿足這一要求。“而且,紐約是一個購電成本昂貴的地方,”公司總裁特雷·泰勒說,“因此在這裡更容易證明這可能有所幫助。”
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東河站點有潛力支援多達 300 臺渦輪機。Verdant 希望到 2010 年安裝 30 臺渦輪機,總裝機容量為 1 兆瓦(足以支援大約 800 戶家庭)。泰勒希望最終建成兩個水下渦輪機場,提供高達 10 兆瓦的電力。他還補充說,紐約州周圍還有其他機會。一項估計預測,潛力高達 1,000 兆瓦。該公司也在關注中國和印度的站點。明年,Verdant 還計劃在安大略省康沃爾附近的聖勞倫斯河測試一種新型渦輪機,該渦輪機將重重地壓在海底,而不是繫泊,以便在需要維修時更容易拆卸。
其他潮汐能公司也開始效仿 Verdant 的做法。英國的 Lunar Energy 公司正在與韓國中部電力公司合作,在韓國南部海岸的莞島郡橫幹水道建立一個巨大的 300 臺渦輪機陣列。該裝置預計到 2015 年 12 月將提供 300 兆瓦的電力。佛羅里達大西洋大學的研究人員正在開發利用佛羅里達海岸強大的墨西哥灣暖流的設計。9 月,美國能源部表示,將在五年內提供 120 萬美元,以提高利用海洋和河流的新技術的商業可行性、成本競爭力和市場接受度。
水蛇
當然,在風的幫助下,潮汐以海面波浪的形式表現出來。蘇格蘭愛丁堡的 Pelamis Wave Power 公司正在尋求利用這種滾動的能源。
Pelamis 公司建造了巨大的漂浮管,每個管長 427 英尺,直徑 13 英尺,重約 750 噸。每個管都有多個圓柱形部分,這些部分透過巨大的鉸鏈連線。當連線件在經過的波浪上上下起伏時,它們會拉動它們之間的鉸鏈,但液壓缸會透過泵送高壓流體透過電機來抵抗,電機轉動發電機以產生電力。“我們的機器透過自身反作用工作,”Pelamis 公司的業務發展主管馬克斯·卡卡斯說。電力透過線路輸送到連線到岸上的海底電纜。
這些管在水深 165 至 230 英尺的水域中工作效果最佳,這大約是開闊海域波浪波長的一半,開闊海域波浪的波峰到波峰的距離往往為 330 至 460 英尺。卡卡斯說,一旦水深小於波長的一半,波浪就會失去能量。找到這種條件的海域離海岸線的距離各不相同,但通常為 1.2 至 9.3 英里。
Pelamis 公司及其商業合作伙伴已在葡萄牙北部海岸約三英里處放置了三條水蛇。第一階段將提供高達 2.25 兆瓦的容量,成本為 1300 萬美元。該公司計劃從明年開始再增加 25 個“波浪能轉換器”,這將使輸出增加到 21 兆瓦,足以滿足超過 15,000 戶葡萄牙家庭的需求,該公司領導人估計。
儘管許多可再生能源都存在生產力高峰和低谷的問題,但 Pelamis 公司的執行長菲爾·梅特卡夫說,“我們認為波浪能比風能更具可預測性。”“你看看 1000 英里外的海洋,你就會對未來 24 到 48 小時的情況有一個很好的瞭解。我們認為實際上更容易將其輸送到電網。”
消費者購買海洋能源的成本尚不清楚。Verdant 公司的泰勒表示,他的公司至少還需要兩年時間才能向潛在客戶報價。即便如此,水下渦輪機的粗略估計價格為每千瓦容量 3,600 美元——略高於當今的化石燃料或水力發電廠。大規模生產效率可以降低成本。
更順暢的許可流程將大有幫助。Verdant 公司為東河示範專案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花費了四年時間。Verdant 公司在專案上花費的 900 萬美元中,有三分之一用於研究,以評估渦輪機對船舶航行、水生生物和魚類遷徙的潛在影響。