潮汐能能否发挥其潜力?

随着太阳能和风能的发展,另一种具有巨大潜力的可再生能源——潮汐和波浪的力量——仍然远远落后。但随着各国政府和私营部门加紧努力,使海洋能源进入主流,目前正在取得进展。

彭特兰湾是奥克尼群岛与苏格兰北部之间的一条海峡,几个世纪以来,强劲的潮流一直在挑战着水手们。但现在,一些海洋能源正在通过一个名为MeyGen的项目捕获。今年夏天,亚特兰蒂斯集团开始建造一个水下潮汐涡轮机阵列,由四个三叶片的海床涡轮机组成,到2016年足以为电网提供6兆瓦的电力,为大约3000个苏格兰家庭提供电力。到本世纪20年代初,亚特兰蒂斯计划在海湾建造269个涡轮机,能够产生398兆瓦的电力,足以为大约20万家庭提供电力。

在世界的另一边,沿着富波夏威夷的海岸,俄勒冈州的西北能源创新安装了6月的波能转换装置,采用高压液压从波浪的垂直和水平运动中提取电力。位于为美国海军,45吨设备,名为Azura的45吨设备,在瓦胡岛的水中的鲍勃,鲍舍斯。Azura的一个容量仅为50千瓦的小型实验装置,是美国的第一和唯一的网格连接波能系统。

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在夏威夷海岸附近的美国海军设施中,一个Azura波浪能装置。西北能源创新

由于在恶劣的海洋环境中运行困难,以及驾驭潮汐和波浪发电的技术挑战,海洋能源远远落后于太阳能和风能。俄勒冈州立大学(Oregon State University)能源系统副教授特德·布雷肯(Ted Brekken)说:“技术一直在进步,这是个好消息。”“但最大的问题是降低成本。现在,我们面临的现实是,在到达目的地的同时生存下去。”

海浪和潮汐运动含有大量的能量。美国国家可再生能源实验室估计,美国超过三分之一的电力来自海洋。尽管如此,据预测,到2020年,全球海洋发电仅能产生1千兆瓦的电力,与2014年底的370千兆瓦风力发电相比,这只是一个零头。去年在海洋能源领域的4亿美元投资与在太阳能领域的1500亿美元投资相比相形见绌。重要的问题仍然是海洋能源技术对环境的影响。

尽管一开始就步履蹒跚,但海洋能源产业在世界各地的支持者越来越多。目前,约有30家潮汐能公司和45家潮汐能公司处于技术发展的高级阶段。最近的一份报告称,到2050年,海洋能源可以满足欧盟10%到15%的电力需求,足以为1.15亿家庭提供服务。

海洋能源的前景不仅与潮汐和波浪运动中蕴藏的巨大潜力有关,而且还与它的可靠性有关。在大多数形式下,它可以24小时发电,不需要储能系统,比可变的太阳能和风能更容易与电网集成。布雷肯说:“在某一时刻,所有简单、廉价的风能和太阳能装置都将完成。”“接下来是海洋能源。”

海洋能量装置的另一个优点是它们可以根据特定的部位和成本量身定制。它们可以为远程海岸线社区服务,否则依赖于昂贵的柴油或陆地传输线。对于阿拉斯加的Kvichak流域而言,这已经是真正的,其中缅因州的海洋可再生电力公司于7月份部署了一个小型潮汐系统,以降低社区的高能源成本。

阻止船舶能量部署的一件事是如何影响设备如何影响海洋生态系统的不确定性。

阻碍海洋能源开发的一个因素是潮汐和波浪能设备对海洋生态系统的影响不确定,尤其是在美国。海洋动物是如何与潮汐涡轮机相互作用的?潮汐涡轮机的旋转叶片可能会杀死它们。设备发出的声音是如何干扰海洋哺乳动物的导航、迁徙和交流能力的?亚特兰蒂斯号在北岛的斯特兰福德湖运行潮汐涡轮机,这里是海豹、灰海豹和海豚的家园。尽管斯特兰福德的涡轮机在海洋哺乳动物靠近时就会关闭,但环境科学家仍在研究涡轮机的影响。

“我们必须事先证明没有影响,而且我们不能,”太平洋西北国家实验室的海洋科学实验室安德烈委员会解释道。“我们没有具体证据,只是根据现有知识和计算机建模的理论。”但是,Copping认为监管机构越来越了解,一些结果无法知道,并说:“我们看到将支持在水中获得设备的监管流程中的增量进展。”

在潮汐和波浪能装置的研究和开发中,一个关键的步骤是建立公私联合的“中心”,在那里来自公司、大学和政府的研究人员可以测试海洋能装置。在俄勒冈州,由美国能源部和俄勒冈州立大学等机构运营的西北国家海洋可再生能源中心(Northwest National Marine Renewable Energy Center)自2012年以来一直在运营一个离网测试站点。目前,该公司正在寻求许可,以开发一个公用事业规模的开放海洋设施,并与公用事业电网连接。

欧洲现在至少有13个这样的集线器,虽然并非所有这些目前都是测试设备。Meygen在奥克尼群岛的欧洲海洋能源中心(eMEC)测试了潮汐能量设备,其中有14个泊位,用于试验潮汐和波浪技术的早期阶段。

潮汐能行业比潮汐能行业存在的时间要长得多,最有希望。

在波领域,芬兰Wello Oy一直在测试它的500千瓦Penquin波浪能量转换器在EMEC自2011年以来,但它将很快填补一个更大的泊位WaveHub——全面波测试网站在英国康沃尔海岸的一个新版本的企鹅技术。

潮汐能行业比潮汐能行业存在的时间要长得多,最有希望。传统的潮汐技术依赖于跨越海岸线河口的人工屏障来控制和释放潮汐流。释放出来的水可以驱动涡轮机。但这些障碍对环境造成了损害;1966年开通的法国兰斯大坝已经造成该地区生态系统的不断淤积,并导致沙鳗和欧鲽等物种的消失。

但是,当防洪屏障已经作为防洪系统就位时,现代的潮汐装置就可以有效地安装,几乎不会对环境造成额外的影响。上个月,托卡多潮汐涡轮机公司在荷兰三角洲工程的东部Scheldt风浪屏障下安装了五台相连的潮汐涡轮机。

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由洛克希德·马丁公司建造并安装在新斯科舍省芬迪湾的潮汐能涡轮机。亚特兰蒂斯号资源公司

专家们说,潮汐能的真正未来在于一系列浮动或安装在海底的涡轮机,这些涡轮机能在畅通的水域中捕捉潮汐流的能量——即所谓的流中技术。开发潮汐能最合理的地方是新斯科舍省的芬迪湾,那里有世界上最极端的潮汐能——涨落超过50英尺——包含超过5万兆瓦的理论能量。据非营利性组织海洋能源研究协会(OERA)的执行董事斯蒂芬·邓普西(Stephen Dempsey)说,仅从米纳斯海峡(Minas Passage)这个入口就可以轻易地提取约2500兆瓦的电能,而不会对环境造成明显影响。

2014年,另一个研究中心芬迪海洋能源研究中心(FORCE)在芬迪湾的上部安装了水下电缆,可传输总计64兆瓦的电力,相当于2万户家庭在高峰潮汐流量时的电力需求。一些公司正准备将他们的涡轮机接入电网。

“这些设备所代表的规模和挑战;他们的物理结构;成千上万磅的钢铁——这个行业需要这样的资金投入才能起步,我正在看到这一点,”邓普西说。“这是一件严肃的事情。它是真实的。”

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虽然它在潮汐后滞后,但波能源部门也一直处于一些势头。在夏威夷水域中,在100英尺深的深处,Azura的装置坐在波浪中部分淹没,用黄钢臂向上达到。Azura已经开始建造第二个全尺寸设备,该设备也将在夏威夷进行测试。在澳大利亚,卡内基波动能量已经开发出其所谓的CETO波浪技术,该技术包括完全淹没的浮标,驱动与电力发电豆荚相关的泵。经过16岁的发展,去年卡内基成功地测试了由三个240千瓦浮标组成的网格连接阵列,供应澳大利亚最大的海军基地,带有电力和脱盐水。

具备将海运业提升到下一个水平所需资金的跨国公司正在进行大规模收购。2013年,法国能源巨头DCNS收购了Open Hydro,该公司目前在全球范围内开发了近10亿瓦的海洋能源项目,包括芬迪湾的两台潮汐涡轮机和布列塔尼海岸的两台。