潮汐涡轮机为海洋能源注入新活力

对可靠清洁能源的需求正在上升。虽然人们通常关注的是风能和太阳能，但这两种可再生能源都面临着一个问题：间歇性。

正如天气预报显示的那样，很多天都没有太阳，也没有风——这意味着太阳能电池板和风力涡轮机的发电量可能会停滞，因为可再生能源的长期能源储存面临诸多挑战。因此，许多国家仍坚持使用化石燃料，因为他们知道化石燃料是可靠的。毕竟，不一定非要天气好的时候才烧煤或抽天然气。

但现在，一些公司和团体正在考虑一种创新方案：海洋涡轮机，利用潮汐变化而不是微风发电。海洋永不停歇，因此利用这种能量可以提供其他可再生能源无法提供的基载或稳定能源。上个月，来自 IHI 公司的日本工程师在黑潮附近的海底测试了一台 330 吨重的潮汐涡轮机原型。据日本新能源和工业技术开发组织称，仅这股海流就可以通过水下涡轮机产生 200 千兆瓦的能源，相当于日本发电量的 60%。

去年，英国成功将 Orbital Marine Power 约 700 吨重的潮汐涡轮机接入苏格兰奥克尼群岛的电网。2019 年，四台位于苏格兰的潮汐涡轮机利用新技术为大约 4,000 户家庭提供了最长的不间断电力。

以下是您需要了解的有关这种日益增长的海上能源的信息。

潮汐涡轮机的工作原理

这些涡轮机的设计方式实际上非常简单——几乎与您想象中的风力涡轮机的运行方式完全一样。

负责海上风电设施基础建设的 Seatower AS 公司首席执行官 Petter Karal 说道：“无论介质是水还是空气，都是采用相同的工程领域和相同的方程式来确定涡轮机的几何形状和效果。”

月球对地球的引力会产生一种称为“潮汐力”的现象，使地球及其水在距离月球最近和最远的两侧凸起。地球和月球在其轨道上两次经过这一位置时，这些凸起会在不同的海岸线上形成两次“高潮”。随着潮汐的变化，洋流也会发生变化。洋流是水从左向右的运动，很大程度上受潮汐的影响，并且可以预测（但也可能受到水温、盐度和风等因素的影响）。可以将它们想象成水下的强风。

[相关：如何建造大型海上风电场]

这些水面下的通量是海上涡轮机的动力源。当水流过潮汐涡轮机时，它们会旋转并发电。（卡拉尔指出，这些设备通常看起来更像船舶螺旋桨，而不是典型的风力涡轮机。）涡轮机还可以在几乎任何深度运行：最新的日本模型连接到海底，但有些模型，如苏格兰的 Orbital Marine Power，会漂浮并使用机器人腿从海洋最上层捕获能量。

潮汐能的优势与障碍

月球不会在短期内停止围绕地球旋转（如果真的停止，我们要考虑的问题比涡轮机更大）。这使得潮汐能成为可再生能源的首选，尤其是考虑到气候变化对洋流的影响还不足以使潮汐能完全不可预测。更不用说，早在 2004 年，研究就已经估计全球潮汐能的总能源潜力约为 3,000 千兆瓦。

对海洋野生生物和生态系统的影响似乎也微乎其微。苏格兰欧洲海洋能源中心的研究发现，经过大约 10,000 小时的野生生物监测，海洋生物和当地鸟类并未受到潮汐涡轮机的明显影响。由于水的密度比空气大得多，涡轮机不需要特别快速地转动来产生能量，这减轻了一些担忧。此外，Orbital Maritime 正在进行一项研究，以调查其 O2 潮汐涡轮机的声学对当地海洋环境的影响。

[相关：尽量减少海上风电对自然的影响很棘手，但并非不可能]

尽管听起来很美好，潮汐涡轮机也有一些问题。首先，它们不能随便安装在水中的任何地方：最佳安装地点是海流特别强的沿海地区，例如不列颠群岛周围、海峡群岛和法国之间以及意大利和西西里岛附近的墨西拿海峡。其他热点地区包括东南亚的岛屿地区、希腊岛屿之间的海峡以及加拿大岛屿密布的海岸。

维护是另一个难题。毕竟，这些巨型结构（例如，Orbital Marine 涡轮机长约 240 英尺）需要足够坚固，才能在海洋最恶劣的环境中生存，并且需要定期维修。对于安装在海底的涡轮机来说，这可能代价高昂。

“问题在于，维护这些涡轮机可能要花费数千甚至数十万美元，而且需要数天甚至数周的时间，”Orbital Marine Power 的 Sarah Clark 说道。“无论使用什么技术，终有一天需要维护，即使只是清除叶片侧面的藤壶。”

此外，由于没有单一的、行之有效的方法来建造这些电源，测试它们并获得能源行业的认可可能会花费不菲。更不用说获得各国许可在海底安装巨型涡轮机的负担了。

不过，其他类型的可再生能源不久前也面临同样的问题。如果潮汐涡轮机能够全天候发电且几乎零排放，那么现在可能是实现这些飞跃的时候了。