【Technews科技新报】 波浪能是所有海洋能源中最不稳定的能源,不过日本冲绳科学研究院(OIST)仍打算发展波浪能来发电。在日本,30% 海岸线都放置大量消波块和防波堤用四脚锥体块来抵挡海浪侵蚀,OIST 团队玩转巧思,选择将涡轮机放置在这些关键海岸线前方当作另一道墙,一方面可为日本生产额外电力送入电网,一方面也可以削减海浪直接冲击沿岸的力量。OIST 教授 Tsumoru Shintake 称,“在 1% 海岸线安装涡轮机就能产生约 10GW 能源,相当于 10 座核电厂。”
波浪能是利用水的位能差、往复力或浮力产生的动力来发电。根据维基记载,虽然自从 1890 年来已有人尝试使用波浪能,但商业上目前仍未被广泛采用,2008 年才有第一个试验波浪能发电的商业电站在葡萄牙开设。波浪能发电与潮汐能发电和海洋环流发电不同,主要竞争对手是海上的离岸风力发电。
《The Atlas》报导,目前全球有部署波浪能实验项目的地区如夏威夷 Azura 设备、加州大学柏克莱分校的海底地毯、澳洲“人造气孔”设备、直布罗陀的 CorPower 设备等。
夏威夷 Azura 设备为一种 360 度旋转的浮动设备,能从垂直和水平两方向提取动力波动;海底地毯的灵感来自泥泞海底的波阻效应,加州大学柏克莱分校实验表明,地毯能够吸收超过 90% 的波浪能量;澳洲人造气孔设备看起来则像人的侧脸,海水从张开的嘴巴灌入后上升至中空的鼻腔,鼻腔中被挤压的空气再驱动涡轮机旋转发电;直布罗陀的 CorPower 设备则安装在码头上,将波浪的上升和下降转换成流体压力。
而日本的波浪能量转换系统(Wave Energy Converter,WEC)则和防波堤用四脚锥体块并肩作战,这些涡轮机放置在第一火线上,比如四脚锥体块的前方或是珊瑚礁地形。由于从深海涌上浅海珊瑚礁的波浪会因“断裂”产生极快速水流,涡轮机便在收集海浪能量的同时抵消浪潮直接冲击岸边的力道,减少日本沿岸受到的影响。
▲ 涡轮机与四脚锥体块摆放示意图。(Source:OIST)
涡轮机本身设计成能承受极端海浪和恶劣天气(比如台风),就像一朵花,直径为 70 公分的 5 条旋转叶片由柔软材料制成,旋转速度慢到足够让不小心被叶片扫过的海洋生物逃脱不受伤,支架结构也灵活弯曲,以避免它们在大浪之下“刚极必折”。研究团队估计,涡轮机的使用寿命长达 10 年。
▲ 日本 OIST 设计的涡轮机。(Source:OIST)
虽然研究人员还没有给出每个涡轮机能够提供多少能量的确切数据,但是他们估计,“日本约 30% 的海岸沿线都放置了大量消波块和四脚锥体块,若每在 1% 海岸线地区部署涡轮机,就能获得 10GW 能源,相当于 10 座核电厂,产量非常惊人。”
WEC 项目的下一步计划将是试着安装 2 个直径 35 公分的模型涡轮机,首席研究员 Tsumoru Shintake 表示,希望 200 年后,这些涡轮机还是在海上安静工作着。
A Sustainable Future Powered by Sea
Japanese turbines catch the waves to harvest energy and protect the coastline
Azura wave energy system deployed in Hawaii
Seafloor carpet mimics muddy seabed to harness wave power
“Artificial blowhole” generates electricity from ocean waves
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(首图来源:OIST)
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