我们何时能利用海浪能?

时间:2017-01-03 11:02:15
频道:节能环保
来源:BBC
作者:科技北斗/编译

 我们何时能利用海浪能? 

海浪蕴含着巨大能量

如果你试图在一艘船在波涛汹涌的海上摇晃时走过甲板,或在海浪迎面拍来时挣扎着要从沙滩上站起来,那么你一定感受过海洋的威力。

看来大海中也蕴含着巨大能量,因此从海浪中获得能源听上去是真有可能的。对于BBC全球服务(World Service)听众Michael McFarlane而言,多年来有一个问题始终萦绕在心。

“我住在牙买加,无论在哪里都不会离海很远……但这里的能源主要还是来自化石燃料。”他说。

因此,为什么Michael的家乡还没有用上来自海洋的能量?

全球服务的大众科学(Crowdscience)节目要解决这个问题,首先要解决一个语言上的问题。

英国普利茅斯大学COAST实验室主任、海洋工程教授Deborah Greaves解释到:“我们倾向于使用‘海洋可再生能源’(marine renewable energy)来作为海浪能和潮汐能的统称,这是一种可以从海洋环境下的海洋运动中提取出来的能源。”

大型潮汐能发电机已经在世界范围内的多个特定地点运行——例如,位于法国布列塔尼(Brittany)的La Rance河入海口潮汐能发电厂从1966年就开始运行;目前世界最大的潮汐能发电站位于韩国京畿道(Gyeonggi Province)西娃湖(Sihwa Lake),耗资2.63亿美元。

成本是目前制约潮汐能发电站在世界各地发展的一个因素。环境影响是另外一个因素,潮汐能尤为强大的地方往往也是生态敏感区,如河流入海口。

还有一个细节与BBC听众Michael尤其相关:如果足够有幸在牙买加海滩停留些许时日,你就会发现,那里的潮汐进退距离差并不大,只有几厘米,而世界上有些地方的潮汐距离差可达数米。

刚刚起步

对于我们的项目而言,这意味着我们要转向海浪能,Greaves告诉我们,这方面的研究才刚刚起步。“获得海浪能意味着要用一个装置从海浪的运动中提取能量,目前要做到这一点有许多种方案。”

在大海中,波浪的运动不像潮汐那样容易预测。海浪是由风激起的,无处不在,向所有方向扩散。正是这种不规律性和差异性,决定了海浪能可以用多种方式收集,围绕这些收集方法已经注册了成千上万项专利。

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Falmouth湾区的一个试验场正帮助海浪能设备开发者改进他们的模型

你可以从这些设备五花八门的名字中受到一些启发:青贝(the Limpet)、青蛙(the Frog)、巨鲸(Mighty Whale)、卷浪机(Wave Roller)、龙腾巨浪(Wave Dragon)、蚝(the Oyster)、企鹅(the Penguin)。“企鹅”在海里上下扑腾,就像真正的企鹅那样,尽管它长得像卡通片里的奶酪块——有一些设备和它们的名字不那么相符。

但不考虑五花八门的或动听的名字,到底什么样的装置才能让海浪能或潮汐能发电的潜力发挥到极致?“从来源上说,海浪能的潜力更大,因为潮汐能发电站只能固定在海岸线的某些位置上。”

“因此,海浪能的实际潜力更大,但目前谈论海浪能的商业化开发为时尚早。”Deborah Greaves说。

在英国普利茅斯大学近岸海洋与沉积物迁移实验室,Greaves教授监视着新型海浪能设备在他们巨大的海浪盆(Ocean Wave Basin)中进行测试。这是一个35米长、15米宽、3米深的装满水的大池子,能停放100辆汽车。

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海洋模拟实验室

在池子的一端有24个可以分别独立控制的桨状物,能产生接近1米高的浪。这意味着能产生多种形态的浪——从你可能在海边见过的那种浪,到由不同方向、振幅和相位波浪合成的复杂得多的波浪面(COAST团队称之为海洋状态,sea state),都能产生。

但无论如何,这只是在实验室尺度上的——这不是开放海域的一部分,但这是海浪能转化装置起步的地方。Deborah解释到:“我们在这里只能到达某个尺度…因此为了真正了解你的装置在海里会有什么样的表现,在安装时会遇到什么意想不到的挑战,以及如何使其在真正的海洋环境中不会出现故障,在我们的实验室是做不到的,但在海洋中更大尺度的试验场可以进行测试。”

Falmouth湾区的FaB试验场就是这样的场地。坐着科研船向海洋深处行进约1英里,就能看到这个试验场,海浪能转化设备的开发者正利用这块场地改进他们的设备。

海浪模拟实验室

“这块场地让我们确保不会把设备弄丢;与此同时,还提供了非常恶劣和极端的条件。我们见过接近10米的巨浪。”Exeter大学教授Lars Johanning说着,在不经意地一条腿站着的情况下身体依然保持稳定,令人印象深刻;而与此同时大众科学团队成员们却紧紧抓住船上扶手,以及他们的手机。

“在现实世界的条件下,正如你刚刚经历的那样,有来自不同方向的海浪,有洋流,有风,还有盐水——因此设备会受腐蚀。”Johanning教授解释说。

“很不幸的是,只要有一个小问题常常出错,你就得停下来;当然,除非你自己能解决它。”

Johanning教授告诉我们,对海浪能转化设备最大的挑战是如何在极端条件下避免故障。“在实验室里你可能制造出来自一个方向的、很好看的浪,非常平缓而有规律。但那不是真正的海洋条件。很不幸的是,真正的海洋有一些不一样,因此你得克服这些困难。我们可以为应付这些条件而改变设计,但是还得确保这在经济上是可行的。”

从船上安全下来、回到车里之后,我们离开了海洋试验场,前往我们亲切称为海浪能装备“大学校”的地方。站在这里风景秀丽而多风的海滩上,我们遇到了海浪能收集者有限公司(Wave Hub Ltd.)商业总监Stuart Herbert。

延伸入海的发电厂

“你可以把Wave Hub视为延伸入海的发电厂。我们有一条25千米长、非常粗的电缆,它就在我们所处的沙滩下,并延伸到海中,最远处距离St Ives镇10英里。”Stuart说。

在多风和冬季的寒冷条件下,这是我们目前能让设备运转的最近距离。Herbert先生告诉我们:“最近几年的海浪最高可达15米。从某种意义上说,浪越大越好,但是这些设备不能因此而报废了。这个地方蕴含的海浪能非常高,而且可以连上国家电网。在澳大利亚、爱尔兰西部、葡萄牙、法国和西班牙,也有海浪能蕴藏丰富的地方。”

那么他是怎么考虑我们听众Michael McFarlane的问题的:大海能不能为我们提供所有的电能?

“真是一个引人入胜的问题!牙买加的海浪能非常丰富。”这是一个不错的起点,但是具体计划的时间表如何?能不能真正实现?

“据估计,海浪能的总蕴藏量是全世界目前能源消费量的两倍多。然而,获取海浪能这种狂野而不可预测的能量,是一种极大的挑战。这些装备要进入商业化阶段、在全世界广泛应用,仍需时日。”

“我们会不会到一个全世界都靠海浪能提供能源的阶段?我不得不诚实地说,这是不可能的。有人做过估算称,英国使用海浪能的比例可以达到15-20%。”

因此,不可能所有电能都来自海浪能。但海岛地区的人将来仍然可以在一定程度上利用海浪能,尤其是因为,如Herbert先生所说,“海岛地区目前要么没有能源,要么能源来自很贵的地方,如用柴油发电机。”

Michael认为大海可以提供大量免费能源的想法远不能说是错的。然而挑战在于,以经济上可行的方式,制造出能从不可预测的海浪中获取最多能源的装置,并且在海浪不停冲刷和拍打的条件下持续运行。

正如Stuart Herbert总结的:“风力发电厂从设计到商业化运行,用了至少20年时间。海浪能最少落后10年。因此,我认为可以预期的是,10年后我们将会看到海浪能装置商业化运行,所产生能量的数量级达到真正实用的程度。”

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