中國儲能網(wǎng)訊：距離澳大利亞西部澳大利亞州首府珀斯海岸線數(shù)千公里遠(yuǎn)，隱藏在海波之下，也在監(jiān)視船只的視野之外的地方，有三個巨大的浮標(biāo)很快會開始工作，通過捕獲海洋能來發(fā)電。這些橘色的浮標(biāo)寬11米、高5米，看起來有點像巨大的南瓜。每當(dāng)海波經(jīng)過，這些被繩子拴住的浮標(biāo)就會驅(qū)動海底的水力泵，將海洋的運動能轉(zhuǎn)變成720千瓦的電能，為附近的海軍基地供電。
這些浮標(biāo)由澳大利亞卡內(nèi)基波能研究所研制而成，這是人們從海洋捕獲能量的最新嘗試，這些浮標(biāo)將于今年6月“上崗”運行。研究人員表示，這個具有開創(chuàng)性的海洋能捕獲計劃可能會產(chǎn)生巨大的反響，帶動海洋能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，但該領(lǐng)域的有些資深人士對其持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。
前景光明但道路曲折
從理論上來說，海洋中蘊含的能量足以滿足全球的電力需求，而且不會產(chǎn)生任何污染。另外，與風(fēng)能或太陽能技術(shù)相比，盡管海洋能發(fā)電技術(shù)要落后十幾年，但其具有獨特的優(yōu)勢：能量密度高，波浪能的能量密度是風(fēng)能的4到30倍；與太陽能相比，海洋能不受天氣的影響，更加穩(wěn)定可靠。此外，海洋能也擁有地理上的優(yōu)勢：全球有大約44%的人生活在距離海岸線150公里內(nèi)。盡管潛在的環(huán)境影響還有待進(jìn)一步調(diào)查，但許多研究者認(rèn)為，海洋能是比風(fēng)能更理想的能量來源。
據(jù)國外媒體報道，2012年8月，澳大利亞澳洲聯(lián)邦科工組織發(fā)表報告稱，到2050年，利用海浪發(fā)電將能提供11%的澳大利亞全國用電量，可以滿足像墨爾本一樣大小的城市用電需求，可能受益于海浪發(fā)電的地區(qū)包括澳大利亞州第4大城市珀斯、澳大利亞南部海岸以及東部海岸的一部分地區(qū)。不過，該報告同時也指出，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境和社會方面等因素也會影響海浪發(fā)電在澳大利亞未來整個能源構(gòu)成中所占的比例。
盡管如此，利用海洋能發(fā)電這個研究領(lǐng)域一直進(jìn)展緩慢：迄今為止，所有已經(jīng)研制出的龐大設(shè)備當(dāng)中，還沒有一臺設(shè)備在競爭白熱化的能源市場證明自己物有所值。而且，很少有設(shè)備在長期遭受海洋惡劣環(huán)境的蹂躪后還能存活并發(fā)電。盡管在過去10年，10家大公司對海洋能的總投入已高達(dá)7.35億美元，但來自潮汐和波浪的海洋能仍然沒有取得實質(zhì)性的進(jìn)展。實際上，海洋能一直“身價”昂貴，堪稱地球上最昂貴的一種能源形式。
不過，對于那些希望利用海洋能的人來說，前景比以前更加明朗。在過去幾年，業(yè)界已經(jīng)有幾家大公司收購了捕獲潮汐能(這是最早的捕獲海洋能的方式，潮汐能是指從海水面晝夜間的漲落中獲得的能量。在漲潮或落潮過程中，海水進(jìn)出水庫帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電)來發(fā)電的初創(chuàng)公司。另外，今年3月份，加拿大芬迪灣批準(zhǔn)了三個潮汐能項目，芬迪灣每日海水潮汐所達(dá)高度為16.2米，比世界任何其他水域的潮汐高出了5到10倍，每日有1000億噸海水兩次流入和流出芬迪灣，其水量超過全球所有淡水河的水流總和。潮漲潮落的過程需要6小時13分鐘，發(fā)電潛力巨大。
該地區(qū)利用潮水發(fā)電的嘗試始于上世紀(jì)20年代，但由于工程技術(shù)方面的困難，施工費用昂貴，灣內(nèi)航運活動頻繁和可能導(dǎo)致的環(huán)境污染，以及私人電力公司的反對等種種原因，大規(guī)模開發(fā)利用潮水資源發(fā)電的計劃迄今尚未能實現(xiàn)，現(xiàn)在，冰川似乎正在慢慢消融。
而海域波浪能針對的則是一種更強大也更捉摸不透的能量來源，目前，該領(lǐng)域的發(fā)展出現(xiàn)了一些倒退，上個月通過的按比例縮減俄勒岡海岸線附近的波浪能裝置的決定就是例證。據(jù)美國可再生能源世界網(wǎng)站報道，2012年8月20日，美國聯(lián)邦能源管理委員會同意位于新澤西州的海洋能技術(shù)公司在俄勒岡州近海建造一個1.5兆瓦波浪能入網(wǎng)電站，這是美國境內(nèi)第一家獲批的波浪能電站。2013年春天，該公司開始在俄勒岡州近海部署其波浪能設(shè)施— 一種長達(dá)100多英尺的計算機(jī)浮標(biāo)，當(dāng)波浪經(jīng)過時浮標(biāo)會上下快速擺動以捕捉能量。
盡管如此，很少有人懷疑，這兩類海洋能最終仍會繁榮昌盛起來。去年，位于倫敦的彭博新能源財經(jīng)咨詢公司指出，有超過22個潮汐能項目和17個波浪能項目有望在2020年之前安裝成功，這些項目都能提供超過1兆瓦的電能，足以為250個家庭供電。
能源專家希望有一天，海洋能會為沿岸城市提供大量可靠且沒有碳排放的能量。歐洲海洋能中心的執(zhí)行主管尼爾·柯爾默德表示：“研究顯示，這比人們最初設(shè)想得要更加困難，但我們能做到。”歐洲海洋能中心是位于英國奧克尼島上的波浪能和潮汐能設(shè)備的主要測試機(jī)構(gòu)。他說：“我們已經(jīng)證明，我們能夠利用不斷運動的海水發(fā)電，這是一個巨大的進(jìn)步?！?
潮汐能：需要更多金錢投入
斯特蘭福德灣是英國北愛爾蘭地區(qū)最大的城市貝爾法斯特東南部一個小小的水灣，一天兩次，大約有3.5億升潮水流經(jīng)一條狹窄的海峽，流進(jìn)斯特蘭福德灣，隨后又回到海洋中。海灣中有一座高塔，其基座被牢牢地固定在海底，基座上有一對16米長的螺旋槳(推進(jìn)器)。海水流經(jīng)高塔產(chǎn)生的力量與風(fēng)以555千米/小時行進(jìn)產(chǎn)生的力量相當(dāng)，會推動螺旋槳以15次/分的速度告訴旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電能高達(dá)1.2兆瓦。
其實，除了傳統(tǒng)的螺旋槳，潮汐能公司也嘗試過一些奇妙的裝置，比如螺絲錘、水上飛機(jī)和水下風(fēng)箏等來發(fā)電。然而，在效率方面，斯特蘭福德灣使用的設(shè)備是其中的佼佼者。這臺設(shè)備由英國布里斯托爾洋流渦輪機(jī)公司研制而成，該公司的數(shù)據(jù)表明，迄今為止，整個潮汐能工業(yè)提供的電力，有90%由這一設(shè)計產(chǎn)生。
斯特蘭福德灣潮汐能發(fā)電項目的高效吸引了工業(yè)巨頭—德國慕尼黑市西門子公司的興趣，并于2012年接管了該公司。洋流渦輪機(jī)公司目前打算于2016年前，在威爾士的海岸線上鋪設(shè)5臺2兆瓦的設(shè)備陣列，目前，他們正在為首批設(shè)備的上馬做準(zhǔn)備，每臺設(shè)備的成本約為1500萬美元。該公司的主席凱·科爾摩爾表示，他們除了增加這臺機(jī)器的尺寸，也增加了第三片扇葉，這一方面可以減少振動，并使機(jī)器更經(jīng)久耐用。
位于美國波特蘭緬因州的海洋可再生能源公司的首席執(zhí)行官克里斯托弗·索爾表示，盡管像西門子這樣的大公司正在進(jìn)入這個產(chǎn)業(yè)，但整個產(chǎn)業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)仍然是吸引足夠多的資金來制造高效耐用的設(shè)備模型。索爾的公司已經(jīng)研發(fā)出了一款獨特的設(shè)備，并將其鋪設(shè)在緬因州的海岸線附近，這臺設(shè)備看起來有點像一臺聯(lián)合收割機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)的葉片。該公司目前正在研究第二代設(shè)備，最早將于2015年完成鋪設(shè)工作。
盡管這個領(lǐng)域取得的進(jìn)步非常大，但人們的疑慮并沒有因此而削減，科爾摩爾說：“我認(rèn)為有些風(fēng)險投資公司已經(jīng)對我們不抱太大希望，但這本身就不是一個能快速賺錢的行業(yè)?！?
波浪能：經(jīng)久耐用的機(jī)器是“重頭戲”
波浪中蘊含有巨大的能源潛力，但波浪能產(chǎn)業(yè)面臨著與潮汐能完全不同的挑戰(zhàn)，那就是：研制出能穩(wěn)定可靠地提取這種能量并能在海洋的惡劣環(huán)境下持續(xù)運轉(zhuǎn)的機(jī)器。許多公司已經(jīng)設(shè)計出了各種類型的機(jī)器，從自由擺動葉到能將船只的搖擺轉(zhuǎn)變成圓周運動從而驅(qū)動船上發(fā)電機(jī)的回轉(zhuǎn)儀設(shè)備等，不一而足。
每款設(shè)備都有自己的優(yōu)勢，但卡內(nèi)基波能研究所鋪設(shè)在澳大利亞的浮標(biāo)則從水上轉(zhuǎn)移到了水下，這樣做的目的一方面是逃脫海洋表面波浪狂暴的撞擊；另外，也避開設(shè)備是否好看、是否符合美學(xué)原則等方面的爭論，而風(fēng)力發(fā)電廠就面臨著這樣的爭論。
隨著波浪攜帶者浮標(biāo)上下游動，海床上的水泵會通過一個密閉的圓環(huán)讓液體循環(huán)，這個延伸起來大約有3千米長的圓環(huán)與海岸上的發(fā)電設(shè)備緊密相聯(lián)。整套設(shè)備操作起來像風(fēng)笛：不斷積累壓力，隨后再緩慢地將壓力釋放出來從而持續(xù)不斷地發(fā)電。同樣的設(shè)備總共有三套，每套設(shè)備的發(fā)電量都可達(dá)到240千瓦。卡內(nèi)基波能研究所曾于2011年在相同海域?qū)εf型號機(jī)器進(jìn)行測試，其發(fā)電量只有新型號的1/3。該公司首席運營官格雷格·艾倫透露，第一款商用型號最早將于2018年面世。
位于英國愛丁堡的海蛇波浪能發(fā)電公司則采用了另外一種不同的方法。該公司讓5個漂浮于海面的浮標(biāo)相互連接，這些浮標(biāo)會隨著波浪像蛇一樣上下浮動。每個浮標(biāo)都獨立運動，而且，位于每個節(jié)點的液壓泵都能使用波浪的運動來將液體輸送到船上的發(fā)電機(jī)來發(fā)電。
海蛇波浪能發(fā)電公司目前正在奧尼克島上測試一套750千瓦的設(shè)備。而且，該公司也與蘇格蘭電力可再生能源公司合作，為液壓泵添加能降低內(nèi)部磨損和撕裂的新元件。另外，該公司還在研究算法，希望借此能讓該設(shè)備獨立調(diào)整其16個水壓泵并使發(fā)電量達(dá)到最大。
雖然對波浪能的利用取得了不少成就，但其吸引的商業(yè)投資仍然乏善可陳，彭博新能源財經(jīng)咨詢公司的主編安格斯·麥克羅恩指出，主要原因在于，就是沒有一套設(shè)備能在抵御惡劣海洋環(huán)境的同時穩(wěn)定供電。
環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益將取得雙贏
除了受到資金和技術(shù)的制約外，海洋能工業(yè)的發(fā)展還受到眾多監(jiān)管部門的制約，主要集中在對魚類的保護(hù)方面，這些人擔(dān)心風(fēng)力渦輪機(jī)周圍鳥類大批死亡的慘劇可能會在海洋上再次上演，因此，制訂了一些嚴(yán)苛的規(guī)定，比如，在進(jìn)行海上測試前，海洋流渦輪機(jī)公司必須在其渦輪機(jī)上放置海豹檢測設(shè)備，一旦海豹靠近渦輪機(jī)(這種事情基本不會發(fā)生)，該檢測設(shè)備就會按下緊急關(guān)閉按鈕。另外，對愛爾蘭OpenHydro公司設(shè)計的位于海床上的渦輪機(jī)會將虎鯨變成鯨魚壽司的擔(dān)憂幾乎扼殺了在皮吉特海峽(美國華盛頓州西北部太平洋一狹窄而形狀不規(guī)則的海灣)對這一設(shè)備進(jìn)行測試的提議。
美國緬因州立大學(xué)的魚類生物學(xué)家蓋爾·茲德爾維斯基表示，她在海洋可再生能源公司安裝的潮汐電機(jī)組附近只能得到魚類活動的有限數(shù)據(jù)。她說，魚類很可能會主動避讓渦輪機(jī)，但她對一件事情很好奇：當(dāng)在這組渦輪機(jī)組附近再鋪設(shè)一臺機(jī)組會發(fā)生什么情況？她的研究小組仍在收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，目的是改善其研究模型并弄清楚潛在影響，需要進(jìn)行多少實地調(diào)查工作。
其他人則在實驗室忙得熱火朝天。美國能源部下屬實驗室的生物學(xué)家們進(jìn)行了一些測試實驗，他們讓魚兒通過渦輪機(jī)并將魚兒置于與將能源傳到岸上的電纜周圍類似的電磁場中進(jìn)行觀察。最終得到的數(shù)據(jù)顯示，這兩項研究結(jié)果都表明，魚類并沒有受到永久性的傷害。
以在皮吉特海峽生活的虎鯨為例，美國能源部下屬的西北太平洋國家實驗室和桑迪亞國家實驗室能源部門的研究人員對最壞的一種可能性進(jìn)行了研究分析：假如一頭好奇的虎鯨不小心把頭夾在其中一臺渦輪機(jī)中了，結(jié)果會怎樣？
這兩個研究團(tuán)隊對多種不同的橡膠材料(主要用于模擬虎鯨的皮膚)進(jìn)行了測試，并制作出了一個模型，以便了解渦輪機(jī)的葉片對虎鯨可能會造成的潛在傷害。去年，有一臺死的鯨魚被沖到了位于西雅圖附近的海岸線上，科學(xué)家利用計算機(jī)，對這頭鯨魚的頭蓋骨進(jìn)行了電腦斷層掃描，希望能找出鯨魚的脂肪和皮膚的薄弱點，并利用這些信息來改進(jìn)他們的模型。他們也提取了一些鯨魚的皮膚，在實驗室對其強度進(jìn)行了測試。
研究結(jié)果已于今年1月發(fā)布。該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、西北太平洋國家實驗室的海洋生物學(xué)家安德魯·考平表示，結(jié)果表明，如果一頭虎鯨迎頭撞上渦輪機(jī)的一片扇葉，那么，它很可能只會受到一點小擦傷?？计秸f：“當(dāng)鯨魚撞上船只，只有額骨斷裂才有導(dǎo)致它死亡，而虎鯨撞上扇葉產(chǎn)生的力量根本不足以讓這種事情發(fā)生?！被诖?，今年3月20日，聯(lián)邦能源管理委員會批準(zhǔn)了該小組在皮吉特海峽進(jìn)行渦輪機(jī)測試的申請。
考平也正領(lǐng)導(dǎo)一個國際研究團(tuán)隊，收集和整合所有與潮汐能和波浪能發(fā)展有關(guān)的環(huán)境研究，目的在于找出最有可能產(chǎn)生的影響，然后集中精力解決這些問題。
第一份報告已于2013年1月發(fā)表，其要點專注于以下3個領(lǐng)域：動物的相互作用、渦輪機(jī)噪音以及從海洋系統(tǒng)提取能量和降低海水流動速度產(chǎn)生的影響。該研究團(tuán)隊報告稱，到目前為止，沒有證據(jù)表明，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會對海洋生物或海水流動產(chǎn)生重大影響，但大型設(shè)備的影響目前還難以預(yù)測。
這三個領(lǐng)域中，噪音問題相對來說更難解決。研究者已經(jīng)對單臺設(shè)備進(jìn)行了精細(xì)測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在被困于設(shè)備之內(nèi)24小時后，魚類除了受到一些皮外傷外，似乎可以忍受這臺機(jī)器產(chǎn)生的噪音，但成套設(shè)備可能會產(chǎn)生的長期而廣泛的影響難以預(yù)測。適度的噪音或許有助于驅(qū)使動物遠(yuǎn)離機(jī)器，但如果噪音太大，將對鯨魚以及其他依靠聲音通訊的動物造成影響?？计秸f：“這些項目中，很多項目或者說所有項目都需要很好地監(jiān)控，海洋是所有人的后院，因此，在涉及海洋的研究中，我們多么小心都不為過?！?
開發(fā)者、研究者和環(huán)保主義者都認(rèn)可的一點是：為了更好地了解相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響，需要在海上布置更多機(jī)器。彭博新能源財經(jīng)咨詢公司的主編麥克羅恩認(rèn)為，由于缺乏商業(yè)利益以及一些項目的終止，波浪能可能無法在他們的下一次評估中占有一席之地，但他也相信，相關(guān)產(chǎn)業(yè)必將在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境保護(hù)兩個方面獲得雙豐收。
該領(lǐng)域目前的一個熱點是加拿大的芬迪灣，此處很快將有三個項目上馬，包括安裝一套能發(fā)電4兆瓦的設(shè)備，其中兩臺設(shè)備來自O(shè)penHydro公司，到2015年，這些設(shè)備將能為1000戶家庭供電。如果一切都按計劃進(jìn)行，該公司希望對設(shè)備進(jìn)行增加和升級，最終能發(fā)電300兆瓦。盡管這僅僅相當(dāng)于一個小型的燃煤發(fā)電廠的發(fā)電量，但對于海洋能工業(yè)來說，這已經(jīng)是一個了不起的進(jìn)步了。
麥克羅恩說：“最終，海洋能工業(yè)將起飛甚至騰飛，海洋中的能量不可勝數(shù)?！?
