比较成功的海洋能装置有哪些？ - 海洋能源开发设备

天笃 · 发表于海洋技术专业 2024-4-10 01:18:19

利申在最后。

关于海洋新能源，本人在以下回答里已有较详细的描述：

说成功得首先得定义成功的标准。以商业化的标准来看，新能源里成功的很少。如果不是财政补贴，大部分新能源入网电价都会高于火电、水电、核电。新能源的不稳定性更是大问题。譬如风电，白天用电高峰的时候经常无风，晚上用电波谷的时候吹得呼呼的。真正调峰的时候还得火电顶上。关于新能源并网的回答，可以参考

@严同

的若干回答。

有人说可以把电能贮存起来调峰？我也希望这样，这样我们实验室海洋风电的funding就滚滚了。可惜本人对电池发展的前景持悲观态度，更别说工业规模储能。化学储能已经到达瓶颈，连锂电之父John Goodenough都承认这个事实。

可以观察一下特斯拉最近推出的model X, 理论续航只有240个mile。咦，不是之前推出的model S还有300个迈的，怎么下降了？根据摩尔定律下一代续航里程怎么也得600个迈了啊？！（根据马斯克粉们的论调）

显然的事实是特斯拉在电池方面遇上瓶颈了。电池能量密度不是集成电路想升级就升级。凡事都有物理极限。就算是集成电路在尺度低于5纳米也会出现量子效应导致硅的单向导电特性失灵。这就是摩尔定律的物理极限。很可惜化学电池的物理极限也不是那么容易突破的。贴上科普贴：

电池技术为什么如此高深莫测，以至于一直是手机等相关行业的短板？ - 哥淡定的回答究竟是什么限制了电池的容量？ - 陈远威的回答

第一个回答者作为锂电行内人具有很扎实的理论功底。第二个回答将电池机理科普得很好了。

回到海洋能。如果降低成功的标准，考虑上财政补贴的因素，海洋风电、潮汐能还是相对成功的。我在开头贴出的回答里已有介绍。比如欧洲丹麦近海的海上风电场，中国上海洋山港大桥附近的东海风电场，法国朗斯潮汐电站，以及在建的韩国仁川湾潮汐电站。

潮汐电的成本我查不到具体的数据。但潮汐能局限性非常大，不可能成为扛把子。

这是丹麦的：

电机由Siemens提供。这一单西门子能赚不少。

这是天朝东海的风电场：

海洋风电适合丹麦、荷兰这种沿海人口密集的小国。这种国家人口规模大概只相当于中国一个小省，美国东部一个州，用电量相对很小。

关于风电并网的问题，可以参考：

千万级的大风电并网都存在什么问题？ - 电气工程

值得注意的是大部分国家和地区工业用电是大头，居民用电只是很少一部分。丹麦那种功率的风电场供应西欧第三产业为主的小国都没问题。供应长三角珠三角京津冀这种工业城市群估计就捉襟见肘，更别谈美国这种高能耗社会。

至于海洋风电在北美的前景，我曾经询问过学校老板，被无情地呵呵了。。。美国的煤价气价实在太便宜，海洋风电短期内前景并不明朗，近几年funding已经砍了不少。

个人觉得风电在东亚、西欧的前景要好于北美。前提也是解决调峰、并网、储能的问题。

成功的标准继续降——在实验层面成功的海洋能，还是不少的。波浪能、温差能、甚至涡激振动能，都有试验。

这三者中，波浪能、温差能已有成熟的设计或者试验装置，涡激振动能尚处于原型研究阶段。温差能在

未来海洋能量能得到充分利用吗？以什么方式实现？ - 知乎用户的回答

中已经有所介绍。目前来说只有洛克希德马丁设计的那套装置相对成熟。

下面介绍下2010年以后的几种有意思的波浪能发电装置：

i. Albatern WaveNET, 英国2010年设计：

Wave Energy :: ALBATERN :: WaveNET

那几个黄黄的圆柱是浮筒，通过linked arm链接起来。可以想象这货是怎么在波浪里随波摇摆的。浮筒和arm铰接处是一个个hydraulic pumping unit，将机械能转化成液压，再通过液压驱动发电。下图应该是该公司在水池里做的实验。

ii. CCell, 英国2015年设计：

http://www.ccell.co.uk/

这是一张CFD模拟图。下部和固定设备相连。在波浪作用下，这个装置会磕头一样的前后摆动。我想在下部的连接处会有将往复旋转的机械能转化为电能的装置。

不过有个问题，这实验在水池单方向、单频率的波浪里会漂亮。可真实波浪场方向是会经常变的啊？而且是不规则波。莫非在底下还要再加一个swivel以满足yaw自由度上的旋转？

iii. Crestwing, 丹麦2011年设计：

Home

这货看上去有些笨重。看了下这家公司简单的网页我也没太明白这个装置优势在哪儿。应该是两块板之间的相对运动会驱动之间的传动装置进行发电。感觉和下面提到的“海蛇”比较像。

iv. OWEL, 英国2013年设计：

OWEL – Offshore Wave Energy Limited

这种波浪发电的概念由来已久了，并不是新玩意儿。这张图已经描述的很清楚了，属于Oscillating Column Water发电类型。

v. Seabased, 瑞典2015年设计：

Start - Seabased

和以前介绍过的Point Absorber Buoy大同小异。顶上连了个浮筒，浮筒会随着波浪轨迹做圆周运动。表面的圆周运动通过那根细杆传到下面时已经是往复运动。黄色的foundation里应该装了液压传动和机械能-电能转换设备。

vi. WavePiston, 丹麦2013年设计：

Wavepiston - We make wave power competitive

这种波浪能利用方式还是非常新颖的，我以前没见过。一个steel wire首尾分别被一个浮筒吊着。Steel Wire上插了很多钢板。当波浪经过时，这些钢板会往复运动。看这家公司的网页他们应该还处在融资和实验的阶段。至于进一步的结果可以拭目以待。

不过还是那个问题。锚定系统决定了steel wire的走向不能自主调整。万一波浪从侧向来咋办？

这几家公司的网页是浓浓的start up风格。大多还处在研发阶段。至于2010年之前的就不一一介绍了。因为波浪能在上世纪90年代就已开始研发，衍生出各种装置，过去十多年仍然不见商业化踪影或不见新闻报道，八成是已跪。我在

未来海洋能量能得到充分利用吗？以什么方式实现？ - 知乎用户的回答

提到的surface attenuator (海蛇)，前不久听说这家公司已经破产。

不止海蛇，很多波浪能的start up最后都销声匿迹。这也不奇怪。这一类公司做的研究具有前瞻性，无人能保证一定具有商业化价值。如果无法降下成本，就不得不靠投资人的供血和政府、私人机构研究经费活下去。经费断了就自然破产。

能源领域不像互联网那样直接面向大众，媒体和公众不那么感兴趣。很难靠博眼球炒高估值一轮轮融资。如果就此破产很难说不可惜。

另外不得不承认搞实业的start-up应该比互联网还要烧钱。互联网实现一个idea夸张的说法是只差一个程序员和服务器资源，但实业与之对应的则是代工厂和实验室。搞航空的知道做个模型吹个风洞要花多少钱，搞船舶与海洋工程的也知道下个水池造个波是有多贵，做生产的也知道找一家具备加工能力还愿意接单的加工企业有多困难。

仍然对这些start up致敬。PE/VC们若是投这些领域的公司，好过去投那些靠几张PPT就动不动要改变世界的大忽悠。

结束前大概提一下涡激振动（Vortex Induced Vibration, VIV）发电。

其实类似的原理运用在风力发电里已经有start-up公司在做。譬如这家Vortex Bladeless:

Vortex

涡激振动是个什么概念可以参考这篇文章：

抽刀断水，风力发电 - 粗鄙之语 - 知乎专栏

如果把这些东西插到海里面，那就是这个样子的：

我只听说University of Michigan有组在做海洋VIV发电的研究。不知是否有umich船舶系的同任介绍一下这个组的研究进展到什么地步了？

我倒是很期待这方面能放个大新闻。靠这个概念搞点风投的钱很有希望，全球毕竟还没有基于此概念的start up。忽悠也要按照基本法啊！

话说回来，人们对湍流、涡等概念了解仍很有限，VIV仍然是一个非常有挑战性的课题。MIT Vandiver组在这方面比较牛逼，他们已经通过大量实验建立了一系列lift coefficient, added mass coefficient数据库，并把这些数据集成到商业软件中。但不得不承认他们的数据还是基于实验室里的理想情况。由于条件控制的好，他们的VIV测试结果接近于stationary process。但在真实的海洋里，VIV那怎是一个乱字了得。动不动就nonstationary, stochastic。几乎是无法预测好吧！工业界受困已久。最后还是要靠广大流体力学的phd们了。。

最后举个小例子，说明下一项产品、技术，从实验室走向实用，再到massive production，是有多长的路要走。以及大海的真实环境是多么残酷、挑战之多。

雪佛龙石油公司（Chevron）在墨西哥湾一个叫big foot的地方要开发一个区块。选用了一种称为张力腿式平台（tension leg platform, TLP）的设备。就是这货：

这货通过一根根直径一米左右的笨重粗大的钢管，将平台和海底连接起来，你看就是那个tendon。由于TLP设计吃水很深，巨大的浮力硬是拽紧了这些钢管，也维持了平台的稳定。

在安装之前，人们往往先安装tendon，过一段时间再把上部平台通过半潜船运过来和tendon连接起来。这一阶段叫free-standing——通常在tendon顶部装一个浮筒将钢管拉起来，然后就把孤零零的tendon搁在那儿放一段时间。

雪佛龙的这个平台总共用了16根tendon，结果今年5月人们在准备安装平台时傻眼了，16根tendon里有9根没了。。就这么莫名其妙地沉到海底去了。。。

我猜想可能是这些tendon之间互相碰撞弄坏了浮筒。浮筒一坏自然得沉。很有可能是人们没想到的更复杂的海况。

为此Chevron不得不推迟了整个项目还得重新装tendon。不知道损失了多少银子。

张力腿平台已经是一个非常成熟的技术。Big Foot TLP也是财大气粗的石油公司（油价还没跌之前）投资，全球最优秀的工程师团队设计，也经过了ABS(美国船级社)，API（美国石油协会）各种设计标准认证。这样的项目尚且在大海面前都能跪，又何尝是那些还处在实验室里孵化的脆弱的新能源设备？

很多东西在实验室里很理想，在计算机模拟里也很好看。但一拿到真正大海里去，面临的考验会比想象中多得多。只能说任重而道远。对大海和自然，人类要保持绝对的敬畏。

利益相关：休斯顿海洋油气行业从业者。但也真心希望海洋新能源能有大发展。休斯顿这里有一整套成熟的海洋工程产业链，但目前太依赖于offshore oil & gas。借着新能源的东风，大家一起闷声发大财才是坠吼的啊！

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