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潮汐能:清洁发电下个站点

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摘要:潮汐能:清洁发电下个站点

当克里斯托弗·R·索尔站在西部通道旋流的海水前,描述他的公司在替代能源方面的远景时,他并没有面对着成群的风力涡轮机或者大批的太阳能电池。

事实上,索尔甚至没有看到什么可以阻拦他对海峡对岸的加拿大的梦想。如果他的计划可以取得成果,一系列的涡轮机将会在远方置入水底,开始运行,制造出电力,再连接到岸上的变电站。

他的公司,海洋可再生电力公司,是诸多试图发展潮汐能的新兴企业之一:以水为动力的涡轮机,潮水涨落时,在水流作用下旋转,从而使发电器生产出电力,这种电力是清洁的,他们希望,价格也会是合理的。

能源公司试水潮汐发电

“我们不会打击美国俄亥俄河谷老的煤电厂。”索尔先生说,他曾经有数十年的发展热电联产的电厂和其他电力工程的经验。“但是我们发展新的电力资源会更有竞争力,包括新的化石燃料资源。”这是一个富有雄心的目标,对该公司的主席和首席执行官索尔来说。

潮水在全球每个地方都是每天潮涨潮落两次。像在东埠这样的地方———之前曾经是一个沙丁鱼之都,位于芬迪湾(西部通道是围绕它的几条很深的海水通道),至少在目前,用潮汐发电最合适。

这里的潮水很高,水流也很强劲,每天四次最高峰的水流,可达到6海里/小时,大概合7英里/小时。“我们有美国东海岸最好的潮汐水流。”

潮汐发电并不是一个新创意。不少潮汐发电站已经在全球各地开始运行,其中一家位于法国,已经有40多年之久。但是它们代表着一种旧的方式,建造拦河坝或者水坝,拦阻潮水。然后水从涡轮机里被释放出来,潮水发电的原理跟传统的水力发电厂一样。

连东埠自身,在20世纪30年代,富兰克林·罗斯福政府也曾经建议在此修建传统的潮汐发电厂,只是一年后又废弃了该计划。

大坝修建极其昂贵,而且会造成普遍的环境问题,比如东埠工程,会导致两个海湾被堵塞,永远地改变这个区域的生态系统。索尔说,因而替代的方案是,直接将涡轮机放入水流中,这样有可能成本更低,也不会破坏环境。

但是并没有人可以完全确认这一点,因为水下涡轮机发电的方式还处于婴儿期。在世界上其他地方,有一些潮汐发电工程,如北爱尔兰,但是在美国只有很小的发展项目,比如在纽约东河由韦尔电力公司执行的工程。其技术还在测试中,而环境相关问题也没有得到彻底验证。但是,可以预测,在曼哈顿、缅因州或者美国其他地方的潮汐发电场至少在若干年后,将会成为电网里电力的重要输入源。

发展阶段类似当年的风电

在许多方面,潮汐发电都跟两到三年前的风力发电处在相似的发展阶段。“风电刚开始发展的时候,也完全是小的工程。”美国科罗拉多州的全国可再生能源实验室的一位研究人员罗伯特·特瑞歇说,他研究一门称为海洋流体动力学的学科,这个包罗万象的词汇包涵潮汐、波浪和海洋热能。“他们(风电厂商)学习如何运行和维护他们的机器,某种程度上是充满了失败和反复试验的过程。”

而现在,庞大的、高效的风力涡轮机已经成批出现在大型风场。而对于潮汐发电,特瑞歇说,“我相信人们会看到完全相同情形的革命。”

但是可能要不了这么长的时间,蒂姆·拉姆齐说。美国能源部门的一位项目官员说,该部门投入资源到潮汐发电工程,是在两年前才刚刚开始。

“我认为潮汐能要达到风电现在的发展水平不需要20年或30年的时间”,拉姆齐说,“可能只需要10年的时间就能赶上。”因为,电脑和其他研究工具比过去先进多了,而且有更精确的软件模型可以模拟涡轮机的性能和效率。“我们的期望是,有足够的空间可以让它变得不仅可行而且经济,”他说。

潮汐能的研究者们从关于风电的工作中学到了很多。流动的水和流动的风的运行很相像,但是因为水的密度更大,同样体积的水包含着更多的能量。这使潮汐能有风电没有的优势,电力研究所的工程经理保罗·雅各布森说,因为它的涡轮机可以建造得小得多。

不过,总的来说,风电潜在的可开发量(包括太阳能)比潮汐能要大得多。美国的一家电力研究所估算,在其研究的位置,包括拥有强有力的潮水的区域如缅因州北部、西北太平洋还有阿拉斯加州,潜在可开发的潮汐能共有13吉瓦(GW,相当于10亿瓦)。相比而言,当前对美国潜在可开发的风电量至少要高出几百倍,单单已安装的风电容量就达到了35吉瓦。

但是,像海上风电场一样,潮汐能发电站需要在海岸线附近建设,而海岸线靠近人群聚居的地方。

“城市一般都建设在江河的入海口,因为在古老的时代,这里才能有好的交通。”特瑞歇博士说。而江河入海口往往能提供有保证的潮汐发电的地点,尤其是技术的进步能完成从速度较慢的潮水可以发出更多的电。

“它的吸引力不在于量有多大,而在于它是‘零碳’的,它就在那儿”,特瑞歇博士说,“你无需建造输电线。”

像风电和太阳能一样,潮汐是间歇性的资源。即使在潮水强大的区域,在高潮和低潮时间,水流有时候也会太慢,不足以让涡轮机旋转起来。

索尔预测在东埠,他公司的机器将会有75%的时间是可以发电的。“它是可变的”,他说,“不是单一资源的发电方案。”

风电和太阳能同样不是。但是潮汐是高度可预测的。“我们可以告诉你下100年我们生产多少电”,索尔说,“对风电不可以预测,对太阳能也不行。”

这种可靠性对电网管理者有吸引力,雅各布森说,“他们可以借此增加其他电力资源并为其做出新计划。”

第二代横流式设备研发中

在原理上,一些潮汐能的涡轮机跟风力涡轮机很相似。比如,韦尔电力的东河项目,采用轴流式涡轮机,其旋转轴的方向与水流的方向一致。像风力涡轮机一样,它们看起来像是大型的螺旋桨。只是更加短而粗,比风电叶片小。

在纽约罗斯福岛和皇后区之间的河流里,韦尔电力曾安装了测试涡轮机,并且运行了多年。最近,该公司移除了老涡轮机并着手研制下一代机器的工作。它已经向美国联邦能源管制委员会申请许可,开设新项目,在河中投放30台新型涡轮机,在顶峰时间可产生大约1吉瓦的电力。

特雷·泰勒,韦尔的合伙创始人和公司主席,说环境相关研究已于夏季结束。“我们期待近期能获得许可。”但是在得到更多融资之前,该项目难以取得更多进展。

海洋可再生电力公司在其阿拉斯加的项目里,也决定使用不同种类的涡轮机,采取横流设计,其中旋转轴的方向跟水流方向垂直。看起来像是卷筒式割草机的工作端,只是尺寸属于超大。一个完整的单元将会有20英尺长,每个发电器的两侧有两个单元,在高峰时能发电250千瓦。这些单元会安装在底座上置于水底,在有些案例中可以达到四个单元连接在一起。

该公司的计划是明年在西部通道安装一个单元,紧接着在考波斯布克海湾安装更多的单元,该海湾位于东埠的另一边。

不过,现在公司还在停泊于考波斯布克的一艘驳船上测试它的涡轮机和发电系统。拥有两个单元的发电器的涡轮机可以用液压掘进机在水中降低或者提升。在涡轮机还没有放入水底前,灰色的驳船顶端有间装满电力调节装置的小屋,看起来很像自家制造的用浆轮推进的明轮轮船。

环境和成本是发展门槛

关于潮汐涡轮机的话题之一是,它们会杀死或伤害游经它们的鱼类。虽然研究结果还没有出来,但索尔表示,他公司的涡轮机的设计会旋转得相对缓慢,从而将危险降到最低。

雅各布森说环境影响评价将会是潮汐能系统发展的“重大门槛”。“这些设备会放置在新的区域,这些区域没有经历过工业发展”,他说,“因此会有许多问题。”

成本是另一个重点。“最终,我们是向用户出售电力,而电是商品”,索尔说,“很显然我们第一批的设备是无法与煤电竞争的。我们的挑战是生产足够多的设备并简化制造流程,使得成本更具竞争力。”

如果没有融资,完成这些会很困难,对索尔的公司来说,其他新兴的替代能源筹集资本同样有困难。公司需要为西部通道的潮汐发电系统的继续发展和设备安装筹集资金1000万到1200万美元。

但是索尔乐观地认为,一旦设备开始发电,公司可以吸引到不同种类的投资者。“他们不再是技术投资者,而将是项目投资者。”他说。

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