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海水下面的“风车”(图)

  今年7月,世界首台潮汐能发电机接入电网正式发电。负责该工程的洋流涡轮机公司董事长马丁·赫特这样评价对潮汐能发电机的价值:“它将是洋流技术革命的一块里程碑。”

  英国北爱尔兰斯特兰福德湾入海口处,耸立着一座高达36米的“庞然大物”:名为Seagen的世界首台潮汐发电机。它像是水中风车,以洋流为动力,两只回轮在水里不停旋转,以每小时1.2兆瓦的发电功率为英国1000多户人家提供电力,比一般发电涡轮机功率整整大3倍。


  seagen 由世界第一家水下涡轮开发商—英国洋流涡轮机公司(MCT)耗资1500万美元建成,设计师为该公司技术部总监彼得·弗伦克尔。MCT2000 年 10 月在英国成立,旨在利用和开发潮汐能。

  彼得·弗伦克尔第一次从事水流运动能量转化是在1976年的苏丹。由于政局动荡和内战,苏丹停止了这项工程,也暂时结束了海洋能技术的前进步伐。20世纪90年代,全世界意识到无限制消耗石油将会导致严重的大气污染和气候变化,同时,石油价格的飙升迫使人们不得不寻找新能源。这激发了弗伦克尔萌生完善十多年前在苏丹采取的装置、利用洋流发电的想法,于是,他投入到潮汐能发电机的设计和制造中。今年7月,世界首台潮汐能Seagen接入电网,正式发电。

  海洋能源利用领域的“革命”

  作为岛国,英国拥有绵长的海岸线,具备发展潮汐能的天然条件。3月,Seagen安装就位之后,英国媒体评论说,这一装置的投入可能带来海洋能源利用领域的“革命”,使英国成为“海洋能源中的沙特阿拉伯”。

  Seagen 正常运作需要水流速度为每秒3.7米,最快不超过每秒4.8米。彼得·弗伦克尔告诉《外滩画报》,之所以将北爱尔兰斯特兰福德湾河口选定为seagen的建造地,是因为这里流速合适,是受保护水域,在糟糕的天气和寒冷的冬季容易操作。因此,这里不仅为涡轮发动机的测试提供了极好的资源,并且保证涡轮发动机在空旷暴露的海洋里运作困难不大。

  “保证涡轮发动机在急流中正常运转,是潮汐能发电机成功的关键。”彼得·弗伦克尔对记者说:“真正意义上的世界第一台潮汐涡轮机诞生于1994年,但由于技术上的瓶颈,无法保证涡轮发动机在急流中正常运转发电,不久就夭折了。”

  Seagen是一个建设在海里的“大风车”,一半在海平面下,一半露出海面,海平面下的部分,装有两组直径为16米的叶片,也称轴向流转子。流转子利用水流使其转动产生动能,再将动能传给“大风车”里面安装的发电设备。由于水的密度比空气密度大将近一千倍,seagen承受的负荷自然比风力涡轮机大得多。为保护涡轮机的转轮抵抗住压力,彼得·弗伦克尔特地用夹有环氧晶石的碳纤维加强叶片抗扭曲的能力,同时还用表面镀上夹有环氧树脂的玻璃纤维支撑转轮。正式投入使用之后,工作人员将每隔5年对Seagen施行一次检修。Seagen 使用寿命长达25 年。

  比潮汐能发电站更有利于环境

  潮汐是一种海平面周期性变化的现象,受到月亮和太阳这两个引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落。人类利用潮汐能发电的历史悠久。

  早在20世纪初,欧美一些国家就开始研究潮汐发电,通常的做法都是建立潮汐能发电站。潮汐电站通常是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库,以便于大量蓄积海水,并在坝中或坝旁建造水利发电厂房,通过水轮发电机组进行发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。

  只有出现大潮,能量集中时,并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方,从潮汐中提取能量才有可能。世界上适于建设潮汐电站的地方只有二十几处,其中包括美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等。

  彼得说,潮汐能发电站因为成本太高、功率太低而难以形成商业规模,而筑坝对海洋环境会带来消极影响,且容易出现淤泥堵塞,从长远看,不可取。但潮汐能发电机Seagen则不同,潮起潮落间总有能量产生,对环境的冲击力较小。

  由于海湾中存在许多海洋生物,有人担心Seagen将危及海豹等海洋哺乳动物的生存。对此,彼得介绍,Seagen的旋转轮以每分钟10至20圈的转速缓慢转动,只有船只推进器转速的十分之一。此外,Seagen旋转轮造成的冲击风险极小,因为生活于强劲洋流中的海洋生物,一般都具有足够的知觉和灵活性,可以成功地避免与静止或运动速度较慢的水下物体撞击。

  对于潮汐涡轮机发展的趋势,彼得向记者透露说,seagen 目前的设置受到水深的严格限制,在20至50米间适宜。技术的发展应向更浅水域进军,例如河流、河口,同时,更深的海域也是需突破的目标。

  同时,英国洋流涡轮机公司也有了新的想法:装配一排水平的更小或更大的旋转轮。例如,将6 个直径为8米的轮子放在12米水深处,产生660 千瓦的电能;另一个极端—6 个直径为24米的回轮的发电能力可达8 万兆。这种6轮系统比三个2轮系统来得更加实惠,也更能低挡住冰水的侵蚀。

  2008-08-21 总第 298 期

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