來自海洋的藍(lán)色能源

方陵生/編譯

利用潮汐能量轉(zhuǎn)動(dòng)扇葉發(fā)電：圖為安裝在英國斯特蘭福德灣的潮汐-電能轉(zhuǎn)換設(shè)備

●經(jīng)過幾年的沉寂之后，從海洋中獲取能量的探索開始加速。位于澳大利亞珀斯弗里曼特爾港的卡內(nèi)基波能發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)，計(jì)劃6月正式啟動(dòng)浮筒式波浪能發(fā)電設(shè)備。這是海洋能源開發(fā)的一次最新嘗試。

在距澳大利亞西部珀斯附近海岸線幾千公里外的海里，隱藏在波浪之下的三個(gè)巨大浮筒狀物體，將很快會(huì)隨著印度洋洋流的起伏開始發(fā)電。這三個(gè)橙色的浮筒寬11米，高5米，看似像三個(gè)巨型南瓜：波浪經(jīng)過時(shí)，浮筒驅(qū)動(dòng)海底的液壓泵，將海流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，可以為附近的海軍基地提供720千瓦的電力。

無碳電力

相當(dāng)一段時(shí)間以來，有關(guān)海上能源開發(fā)的進(jìn)展受到各方密切關(guān)注，但該行業(yè)發(fā)展緩慢，迄今所設(shè)計(jì)的許多海洋能源技術(shù)都未能充分證明其價(jià)值，而幸存下來的則寥寥無幾。過去幾十年里，有十多家公司用于海洋能源開發(fā)的總投資高達(dá)約7.35億美元，其中利用潮汐和波浪發(fā)電的技術(shù)始終未能真正起飛。事實(shí)上，目前它仍然是地球上最昂貴的能源形式。

在過去幾年里，幾家領(lǐng)先的創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)開始嘗試?yán)贸毕@種最簡(jiǎn)單的海洋發(fā)電形式。去年，倫敦彭博新能源經(jīng)濟(jì)資訊曾預(yù)計(jì)，足以為250個(gè)家庭供電的發(fā)電量達(dá)一兆瓦以上的22個(gè)潮汐發(fā)電項(xiàng)目，以及17個(gè)波浪發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)備安裝將在2020年之前完成。今年3月，加拿大芬迪灣的三個(gè)項(xiàng)目獲得了批準(zhǔn)（芬迪灣是世界上擁有最大潮汐的地區(qū)之一）。

從理論上說，海洋中蘊(yùn)藏著可以滿足全球所需電力的能量，而且不會(huì)給地球大氣帶來任何污染，可以為人類提供一種比風(fēng)能和太陽能更為可靠的能源。海洋能源同時(shí)也是一種區(qū)位優(yōu)勢(shì)能源：大約44%的世界人口居住在海岸線150公里范圍內(nèi)的沿海地區(qū)。比如，通過在海灣建立水壩阻攔海水，一些國家利用海潮發(fā)電的做法已經(jīng)實(shí)行了幾十年，雖然其潛在的環(huán)境影響還有待進(jìn)一步評(píng)估，但許多研究者認(rèn)為，海洋能源無疑是一種比風(fēng)能更為環(huán)保的能源。

應(yīng)該說，波浪發(fā)電行業(yè)是一種開發(fā)潛力大、其前景難以預(yù)測(cè)的能源形式。盡管屢遭挫折，包括今年3月縮減的俄勒岡州海岸波浪開發(fā)計(jì)劃的決定，但毫無疑問的是，上述兩種形式的海洋能源開發(fā)最終將成熟并發(fā)展起來。

根據(jù)專家的設(shè)想，大海終將會(huì)為各國沿海城市提供大量的無碳電力。“盡管海洋發(fā)電比人們預(yù)期的更為困難，但其可行性同樣也得到了證明。”歐洲海洋能源中心（EMED）的尼爾·卡莫德（Neil Kermode）說道。EMED是英國奧克尼群島波浪和潮汐發(fā)電設(shè)備測(cè)試的主要機(jī)構(gòu)。“通過海水流動(dòng)發(fā)電的可行性已經(jīng)得到了證明，這是向海洋能源開發(fā)邁出的一大步。”他說。

波浪發(fā)電

海浪中蘊(yùn)含著巨大的能量，但要開發(fā)出能提取海洋能量、同時(shí)又能承受嚴(yán)酷海洋環(huán)境的技術(shù)則是一個(gè)完全不同的挑戰(zhàn)。而卡內(nèi)基波能發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的浮筒式波浪發(fā)電設(shè)備則具有避免波濤對(duì)設(shè)備造成破壞的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，其浸入式設(shè)計(jì)可以讓發(fā)電設(shè)備隱而不見，避免了有關(guān)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)影響環(huán)境美觀的爭(zhēng)論。

在海浪的起伏作用下，浮筒式波浪發(fā)電系統(tǒng)的海底泵將水流在一個(gè)大約3公里的閉環(huán)中循環(huán)流動(dòng)（閉環(huán)一直延伸到岸邊的發(fā)電設(shè)備），其運(yùn)行原理就像一個(gè)風(fēng)笛，系統(tǒng)將波浪的能量積聚后釋放，源源不斷地產(chǎn)生電力。位于珀斯海岸線的這三臺(tái)設(shè)備，每一臺(tái)能產(chǎn)生240千瓦的電力。

卡內(nèi)基首席運(yùn)營(yíng)官格雷格·艾倫（Greg Allen）認(rèn)為，這顯然不是一個(gè)商業(yè)項(xiàng)目，但它代表了一種進(jìn)步。艾倫指出，在同一個(gè)水域，每臺(tái)設(shè)備的發(fā)電能力是2001年測(cè)試結(jié)果的三倍。據(jù)艾倫預(yù)計(jì)，第一個(gè)商業(yè)化波浪發(fā)電項(xiàng)目最早可能于2018年完成。為了在波浪發(fā)電市場(chǎng)上立足，他們的目標(biāo)是與島嶼上的柴油發(fā)電設(shè)備一爭(zhēng)高下。

位于英國愛丁堡的海蛇波浪能公司采取的是另一種不同的技術(shù)，即通過一組（5個(gè)）連接在一起的漂浮在海上可以像蛇一樣扭動(dòng)的浮筒，“蛇身”的每一節(jié)都可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的液壓泵利用這種方式驅(qū)動(dòng)水流至船載發(fā)電機(jī)。該公司正在奧克尼群島測(cè)試點(diǎn)對(duì)一對(duì)750千瓦的波浪發(fā)電設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，其中一臺(tái)是與蘇格蘭電力可再生能源公司合作經(jīng)營(yíng)的，其新增加的一些組件有助于減少液壓系統(tǒng)的內(nèi)部磨損。目前公司正在通過計(jì)算，讓16個(gè)液壓泵單獨(dú)自行調(diào)整，以提升波浪能產(chǎn)能的最大化。

海蛇波浪能公司在去年進(jìn)入這一領(lǐng)域時(shí)，正值德國能源巨頭E.ON能源集團(tuán)退出在奧克尼群島一個(gè)為期三年的設(shè)備測(cè)試項(xiàng)目，盡管公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官理查德·耶穆（Richard Yemm）對(duì)波浪能發(fā)電前景保持樂觀，也坦承“我們需要大公司的高端技術(shù)能力。”

彭博新能源經(jīng)濟(jì)資訊主編安格斯·麥克龍（Angus McCrone）說道：“一些公司已經(jīng)投入了很多資金，但現(xiàn)在卻發(fā)現(xiàn)，他們將不得不投入更多的錢去開發(fā)商業(yè)化的海洋發(fā)電設(shè)備。”目前還沒有成功開發(fā)出能承受海洋惡劣環(huán)境和24小時(shí)持續(xù)發(fā)電的設(shè)備，這也是波浪能發(fā)電吸引力較小的原因之一。

潮汐發(fā)電

目前用于英國斯特蘭福德灣的潮汐發(fā)電設(shè)備是最先進(jìn)的，該設(shè)備是由英國布里斯托爾的Tidal洋流渦輪機(jī)公司設(shè)計(jì)。據(jù)該公司稱，該設(shè)備占了潮汐發(fā)電行業(yè)迄今總發(fā)電量的90%以上，即每天兩次約3.5億立方米的潮汐通過一個(gè)狹窄的海峽進(jìn)入斯特蘭福德灣，然后返回大海。每一次海潮的漲落，都會(huì)通過固定在海床上一座中央塔座上的一對(duì)16米長(zhǎng)的螺旋槳，海水以相當(dāng)于每小時(shí)555公里的風(fēng)速轉(zhuǎn)動(dòng)著螺旋槳，每分鐘15轉(zhuǎn)，產(chǎn)生1.2兆瓦的電力。

潮汐發(fā)電取得的成就引起了德國慕尼黑市西門子公司的興趣，并于2012年接手了洋流渦輪機(jī)公司。洋流渦輪機(jī)公司目前計(jì)劃在威爾士的海岸部署首批五臺(tái)2兆瓦潮汐發(fā)電設(shè)備 （每臺(tái)成本約900萬英鎊），預(yù)計(jì)在2016年前完成。新設(shè)備除了增加機(jī)器的尺寸之外，還另外增加了一個(gè)螺旋槳（共三個(gè)扇葉）。公司董事長(zhǎng)凱·科爾摩爾（Kai Kolmel）說道：“我認(rèn)為一些風(fēng)險(xiǎn)投資家對(duì)潮汐發(fā)電信心不足。事實(shí)上，這本來就不是一個(gè)快速贏利的行業(yè)，風(fēng)能發(fā)電也同樣如此。”

美國波特蘭緬因州海洋可再生能源公司首席執(zhí)行官克里斯托弗·索爾（Christopher Sauer）認(rèn)為，即使有了西門子這樣的公司參與，該產(chǎn)業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)仍然是吸引足夠的資金來滿足工程設(shè)計(jì)和樣機(jī)建造的需要。索爾的公司已經(jīng)在緬因州海岸線附近設(shè)置了一種簡(jiǎn)單而獨(dú)特的潮汐發(fā)電設(shè)備，看似有點(diǎn)像聯(lián)合收割機(jī)上不斷旋轉(zhuǎn)著的葉片。該公司目前正在加緊研究第二代設(shè)備，或?qū)⒂?015年完成設(shè)備的安裝工作。

環(huán)評(píng)影響

與風(fēng)力渦輪機(jī)造成鳥類死亡引發(fā)的爭(zhēng)議一樣，海上能源行業(yè)也遭遇到一些類似的問題。比如，洋流渦輪機(jī)公司在獲準(zhǔn)測(cè)試之前，被要求必須在其渦輪機(jī)上設(shè)置海豹能夠發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志物，如果有海豹接近的話，就能夠觸發(fā)緊急關(guān)閉按鈕（事實(shí)上這樣的事情沒有發(fā)生過）。包括愛爾蘭OpenHydro公司設(shè)計(jì)的海底渦輪機(jī)，由于人們擔(dān)心其會(huì)將虎鯨變成生魚片，導(dǎo)致西雅圖附近的普吉特海灣的一次設(shè)備測(cè)試計(jì)劃幾近夭折。

就緬因州潮汐發(fā)電設(shè)備附近的魚類活動(dòng)情況，美國緬因大學(xué)魚類學(xué)家蓋爾·齊德沃斯基 （Gayle Zydlewski）坦稱，目前獲得的數(shù)據(jù)有限，大多數(shù)魚類似乎會(huì)避開海底渦輪機(jī)。但她憂慮的是，“如果在它邊上還有另一臺(tái)機(jī)器的話呢，魚類會(huì)不會(huì)避無可避呢？”齊德沃斯基的目標(biāo)是收集更多的現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以確定波浪發(fā)電設(shè)備對(duì)海洋生態(tài)的潛在影響。包括美國能源部進(jìn)行的一些測(cè)試實(shí)驗(yàn)，即讓魚類通過渦輪機(jī)，或讓魚類暴露于與海底電纜類似環(huán)境的電磁場(chǎng)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都表明，魚類并未受到永久性的傷害。

那么波浪發(fā)電設(shè)備會(huì)影響生活在普吉特海灣附近的逆戟鯨嗎？美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的研究小組為此進(jìn)行了研究，以了解渦輪機(jī)對(duì)鯨魚的可能影響，包括查找文獻(xiàn)資料和建立模型進(jìn)行測(cè)試。去年，當(dāng)有死亡的鯨魚被沖上西雅圖附近的海岸后，測(cè)試人員利用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)鯨魚的頭骨、皮膚和脂肪厚度進(jìn)行了掃描，然后用掌握的信息改進(jìn)了模型。

在今年1月份公布的這項(xiàng)研究結(jié)果表明，如果逆戟鯨迎頭撞上渦輪片，只是受點(diǎn)輕傷，或是可以避開的。研究小組的海洋生物學(xué)家安德烈亞·科平（Andrea Copping）認(rèn)為，鯨魚只有與船只相撞，顎骨斷裂，才會(huì)導(dǎo)致其死亡。而逆戟鯨與渦輪片相撞的力量并不足以導(dǎo)致這樣的傷害。”今年3月20日，普吉特海灣測(cè)試渦輪機(jī)的提議獲得了聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)的批準(zhǔn)。

有關(guān)潮汐發(fā)電或波浪發(fā)電的環(huán)評(píng)，在去年1月首次發(fā)布的報(bào)告中主要集中在三個(gè)方面：海洋生物的相互作用、渦輪機(jī)噪音以及從海洋提取能源和水流變緩產(chǎn)生的影響。研究小組報(bào)告稱，迄今，沒有證據(jù)表明開發(fā)海洋能源會(huì)對(duì)海洋動(dòng)物或水流產(chǎn)生重大影響，盡管大規(guī)模海洋發(fā)電項(xiàng)目的影響目前還難以預(yù)測(cè)。

至于噪音問題，研究小組分別對(duì)每臺(tái)設(shè)備測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，噪音對(duì)魚類產(chǎn)生的影響相當(dāng)于青少年參加了一次搖滾音樂會(huì)，似乎沒有什么大的影響。但如果噪音太大，比如更多的設(shè)備、加上水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的聲音，這對(duì)于以聲音進(jìn)行交流的鯨魚或其他海洋生物來說，其影響很難預(yù)測(cè)。

加拿大的芬迪灣是當(dāng)前的熱點(diǎn)之一，其三個(gè)項(xiàng)目中包括安裝由OpenHydro公司提供的4兆瓦的發(fā)電設(shè)備，到2015年足可為1 000戶家庭提供用電。如果一切順利，該公司希望通過擴(kuò)大設(shè)備，增加產(chǎn)能，最終達(dá)到300兆瓦電力的生產(chǎn)能力。雖然這只相當(dāng)于一個(gè)小型燃煤發(fā)電廠，但這是海洋能源開發(fā)邁出的重要一步。

今年3月20日，當(dāng)普吉特海灣測(cè)試渦輪機(jī)的提議獲得聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)批準(zhǔn)后，麥克龍說道：“最終，海洋能源產(chǎn)業(yè)將騰飛起來，因?yàn)楹Ｑ笾刑N(yùn)藏著取之不盡的能量。”