5 \- h4 t6 n. x7 ~' B: z
“碳”作为当前社会最主要的能源载体,人类社会越发达,对于能源和碳的需求就越大,这也导致着全球变暖和厄尔尼诺等一系列生态危机。为此在2020年9月22日第七十五届联合国大会上,中国政府在提出,力争于2030年前碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和。
- T. h% {; J- J7 o* | 想要实现碳达峰和碳中和,就必须逐步改变原有能源结构,用更加清洁的能源去代替石油和煤炭。想必很多人都知道一些清洁能源,比如太阳能,风能,水力发电。虽然在目前的可再生能源市场中,占据主导地位是风能和太阳能,但在实际的使用过程中它们大概只有20-30%的时间可用,所以还必须开发其他清洁能源加以补充。其中一种便是利用海浪将其转化为电能,那么这种名为海浪发电机的机器到底有何神奇之处,它是怎么发电的,未来可能大规模普及吗?
; z" N, \2 T, P4 C% J
+ H6 |: d/ E8 U& E$ a# U 1.海浪冲击力产生的能量具有巨大的潜力
- }+ {$ L+ O |" I* J3 t
海浪能是清洁、可靠和可再生能源中最有前景的来源之一。据估计,全球每年沿海海浪冲击力产生的能量约为1TW(10的12次方瓦),因此尚未得到完全开发的海浪蕴藏着巨大能量。而且相比其他能源,海浪能源具有能量密度高,稳定性强和平均可用时间长等优点。
; s7 _& P8 [7 U( l% S% L
. ~! q) a8 d/ D: o 早在2010年,瑞士ABB就曾投资1260万美元在苏格兰建立了当时全球规模最大、运作最成功的波浪发电机组——“牡蛎” (Oyster),并且首度实现了海浪发电的商业化运营。
# t! ?3 ]! _# s% v- l5 W/ u7 R , S* J3 h/ f7 ~; y! o
2016年美国海军在夏威夷海岸边,放置了 2 个可以利用海浪的起伏发电的巨大浮标,并通过海底电缆将电力传送至欧胡岛的军事基地。这也是海浪发电项目首次在美国并网。
- [- j7 w S7 d1 j9 m) ]0 Z4 j4 x# w7 Y & r% q3 U6 T% C: U
但是海浪发电的开发过程中还存在海洋环境复杂、利用率低等问题,所以如何让海浪能量转化为电能的研究,始终未见大规模商业应用。
, x3 N' d* J0 F" r# K8 x) Y 目前收集海浪能量较为常见的实验方法是通过“点吸收器”的浮标式转换器,但是这种转换器必须和海浪进行精确同步的运动,才能有效地收集能量。而海浪具有复杂的运动频谱,所以收集能量效率很低,而且这种制备成本和安装成本也比较高。
8 c* b# H1 U) l% G3 |- h+ z/ U
# Z1 ^: |7 c* t6 z 此次发明的双涡轮波能转换器则避开了上述缺点,它主要由水下双涡轮、浮标和动力发电系统三部分构成,并通过一个皮带传动机构进行连接,因为具有反转双涡轮分别连接电机的定子和转子,因此发电机提供双倍相对转速。使用时,也无需和海浪同步运动,因为设备始终会随着海浪上下浮动,如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量。
: b7 [8 |% ^* G0 F
; V% Z# X; A0 ?/ C, N( l
通过转换器收集到的能量有两种方式可将其输送到电网:第一种是使用海底电缆连接到电网,这也是最可行的一种方案。第二种是用电来电解海水并产生氢气,再将氢气收集到储罐中,这两种方案都可以产生清洁的能源。
. n- W, V8 V$ Y( @- d8 c- L+ h5 U
海浪发电机目前在实验室中测试到的发电效率尚可,未来若可以进一步降低成本和减少海水腐蚀的问题,想必海浪发电机也会走进沿海城市,为人类产生持续清洁的能源。
2 I0 ?( x' [' G. C s& O d Z
2.小河中也能发电的水流发电机
, Y9 d3 P5 y: E1 ~ 其实除了海浪能量,自然界中还有很多潜藏的能源,只要利用合适的工具就可以将这些能源为人类所用。为此有一家加拿大公司开发了一种水涡轮发电装置Waterotor,这种发电装置跟一般配有螺旋桨或旋转叶片的发电系统极为不同,它是利用外型波浪状的滚筒装置转动来转换成能量,不仅可以用低流速水流发电,同时也能够避免水中的生物被卷入装置中受到伤害。
! `+ W2 _4 o; b" ~
' n* E# u( M6 q4 y7 l- a
4 q3 a" }5 D3 @3 g
6 p* q- @7 @1 Q: f 光伏学堂
& I' M$ a1 c' ~* |5 c
2 次咨询
$ n; R: _( K S5 y 5.0
; e" }/ j1 s9 `9 d. j \: g$ h& h! Y
1 R* n( [: i6 c7 _! @% r 5490 次赞同
. v5 |& F! g6 k+ F- v( \ 2 @& C' \' T4 d
去咨询
0 |( C# ?3 N0 P8 b 0 ?/ k7 _: ?( e& ]1 O$ @8 g
! j7 L5 x! Z+ \% W' k2 ]0 [
而且Waterotor可以在水流流速极低的情况下发电,只要水能够覆盖Waterotor,那么就算在每小时只有3.2kph的慢速流水中也可以发电,因此 Waterotor在江河湖泊和海洋里均可适用。
+ t2 \! c" {: i- p B- ~" ^7 R' Z
9 B0 R7 Y9 d& U0 z: B* k3 i 3.结语
X4 _' J. m1 A ?& c. q& \" u# S 目前沿海城市正大规模推行风力发电,而如果海浪发电机可以得到大规模应用。想必这两者可以实现完美互补,为人类源源不断地产生清洁能源。
0 m- O/ o, u9 [$ I* K