波浪能是所有海洋能源中最不穩(wěn)定的能源,不過日本沖繩科學研究院(OIST)仍打算發(fā)展波浪能來發(fā)電。在日本,30%海岸線都放置大量消波塊和防波堤用四腳錐體塊來抵擋海浪侵蝕,OIST團隊玩轉(zhuǎn)巧思,選擇將渦輪機放置在這些關鍵海岸線前方當作另一道墻,一方面可為日本生產(chǎn)額外電力送入電網(wǎng),一方面也可以削減海浪直接沖擊沿岸的力量。OIST教授Tsumoru Shintake稱,“在1%海岸線安裝渦輪機就能產(chǎn)生約10GW能源,相當于10座核電廠。”
波浪能是利用水的位能差、往復力或浮力產(chǎn)生的動力來發(fā)電。根據(jù)維基記載,雖然自從1890年來已有人嘗試使用波浪能,但商業(yè)上目前仍未被廣泛采用,2008年才有第一個試驗波浪能發(fā)電的商業(yè)電站在葡萄牙開設。波浪能發(fā)電與潮汐能發(fā)電和海洋環(huán)流發(fā)電不同,主要競爭對手是海上的離岸風力發(fā)電。
《The Atlas》報導,目前全球有部署波浪能實驗項目的地區(qū)如夏威夷Azura設備、加州大學柏克萊分校的海底地毯、澳洲“人造氣孔”設備、直布羅陀的CorPower設備等。
夏威夷Azura設備為一種360度旋轉(zhuǎn)的浮動設備,能從垂直和水平兩方向提取動力波動;海底地毯的靈感來自泥濘海底的波阻效應,加州大學柏克萊分校實驗表明,地毯能夠吸收超過 90% 的波浪能量;澳洲人造氣孔設備看起來則像人的側臉,海水從張開的嘴巴灌入后上升至中空的鼻腔,鼻腔中被擠壓的空氣再驅(qū)動渦輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電;直布羅陀的 CorPower 設備則安裝在碼頭上,將波浪的上升和下降轉(zhuǎn)換成流體壓力。
而日本的波浪能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Wave Energy Converter,WEC)則和防波堤用四腳錐體塊并肩作戰(zhàn),這些渦輪機放置在第一火線上,比如四腳錐體塊的前方或是珊瑚礁地形。由于從深海涌上淺海珊瑚礁的波浪會因“斷裂”產(chǎn)生極快速水流,渦輪機便在收集海浪能量的同時抵消浪潮直接沖擊岸邊的力道,減少日本沿岸受到的影響。

▲ 渦輪機與四腳錐體塊擺放示意圖。(Source:OIST)
渦輪機本身設計成能承受極端海浪和惡劣天氣(比如臺風),就像一朵花,直徑為70公分的5條旋轉(zhuǎn)葉片由柔軟材料制成,旋轉(zhuǎn)速度慢到足夠讓不小心被葉片掃過的海洋生物逃脫不受傷,支架結構也靈活彎曲,以避免它們在大浪之下“剛極必折”。研究團隊估計,渦輪機的使用壽命長達10年。

▲ 日本OIST設計的渦輪機。(Source:OIST)
雖然研究人員還沒有給出每個渦輪機能夠提供多少能量的確切數(shù)據(jù),但是他們估計,“日本約 30% 的海岸沿線都放置了大量消波塊和四腳錐體塊,若每在 1% 海岸線地區(qū)部署渦輪機,就能獲得10GW能源,相當于10座核電廠,產(chǎn)量非常驚人。”
WEC項目的下一步計劃將是試著安裝2個直徑35公分的模型渦輪機,首席研究員Tsumoru Shintake表示,希望200年后,這些渦輪機還是在海上安靜工作著。
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