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潮汐發電站
潮汐發電站是利用漲潮和退潮時所產生的水位差來發電的。人們找到某個入海口,在水中建起一道墻,將河流與海洋分開,并使其通過渦輪井。在此過程中,渦輪井會轉動兩次。第一次是漲潮水流進入時,第二次是水流流走時。動能驅動渦輪,而渦輪則產生電能。
但是,這種方法存在三個困難。
一方面,漲落潮是周期性的。當水位達到平常狀態時,電源槽內就不會有電流通過。
第二方面,只有在潮汐落差達 5 米以上的地方,才能興建潮汐發電站。對德國而言,這是個壞消息,因為德國的潮汐落差不超過 3.5 米。
第三方面,環保人士還指出,以圍墻將河流與海洋用人工隔離開來,會產生很多不利的后果。整個生態系統都會受到威脅,因此人們找到一種替代方案——不再修建隔離墻,而是隔一段距離建一個人工的渦輪島,這樣魚兒就不會再次經歷德國人的柏林墻噩夢了。
海浪發電站
平均來說,每米海岸線可產生 30 千瓦的能量。要是你利用 50 公里的海岸線建設海浪發電站,就可以省下興建一座大型核電站的力氣。可惜——或者謝天謝地——不是每條海岸線都適合建設發電站。就算我們可以忍受笨重的儲藏室把海邊變得不那么美麗,海里的居民也會抗議,比如螃蟹、浮游生物、魚、貝類、海藻等等。因此,只有特定地區可以考慮。
盡管如此,全世界 15% 的能源是可以通過海浪發電站來提供的。然而德國同樣無法參與其中,或者準確地說,參與程度極為有限。在全球海浪能源的一覽表中,德國排在后 1/3 的位置,每米海岸線只能產生 10 千瓦到 20 千瓦的能量。
相反,我們在好望角的巖石周圍可以獲得 100 千瓦/時的功率,北非的情況也差不多。澳洲南部海濱,每米可產生 70 千瓦/時的功率,那里是海浪發電站的天堂。西班牙、蘇格蘭、挪威和南非也很適宜建造海浪發電站。與此相反,加勒比海地區的海浪能源甚至比德國還貧瘠,那里的功率只能達到 10 千瓦/時。
很棒的技術!前提是你得擁有海浪才行。
在外海上不會有任何的不足。歐盟正在推行一項充滿希望的計劃:海浪之龍(Wave Dragon)。設備被安裝在距離海岸線很遠的海上,其中帶有一個高于海平面的儲水器,水流進入儲水器中,再經由傳統的渦輪機轉化為電能。為了充分利用海浪的動能,人們利用兩個很長、非常平整的坡道,將水引入儲水器中。海浪之龍與傳統海浪發電站根本的區別在于它的停泊方式——整套設備會根據風向旋轉。海浪之龍被設計成一個停泊場,所有組件都在這里聚集。在測試過程中,這條巨龍的表現的確令人刮目相看。
但蘇格蘭人卻認為,龍并不屬于水,它們會把人們鐘愛的陸地上的騎士和少女當成美食。聰明伶俐的蘇格蘭設計師們想到了一個老朋友,它更適合海洋:黑背海蛇(Pelamis Platurus)。
在希臘文中,Pelamis 是海蛇的意思。黑背海蛇是一種分布很廣的爬行動物,幾乎所有熱帶海洋都是它們的棲身之所,此外,在南非和馬達加斯加附近的海域,甚至巴拿馬運河中都能尋覓到它們的蹤跡。根據動物學家的描述,它的最大體長可以達到 1.5 米。但等到出現 150 米長的“海蛇”之后,這一紀錄將被改寫。從 2004 年 8 月開始,人們已經開始談論這條“海蛇”了。在奧克尼島的水域中,人們爭相一睹它的真面目,包括嚴肅的科學家們。這個大怪物閃著紅光,直徑達 3.5 米,胃口大得驚人。
不要恐慌。
黑背海蛇只是這個浮在水上的發電站的名字而已,這沒有什么稀奇的。它是愛丁堡大學的理查德·耶姆的杰作,由 4 個彼此相連的長形鋼制氣缸組成,當海浪出現時,它們就會做簡諧運動,并通過重纜與海底相連,每個部分都會不斷地晃動,同時將振動能量傳遞給一個模塊,再由模塊為液壓發電機提供能源。
海蛇發電站最多能將 80% 的波浪能量轉化為電能,每個模塊可以產生 750 千瓦左右的能量。海蛇現在仍是唯一一個示范,但是很快它就會有伴兒了。
不過,蘇格蘭人總算可以狂歡一番了。經過多年向世人推廣尼斯湖水怪確實存在的辛苦過程后,蘇格蘭人終于可以讓人看見一條活靈活現的海蛇了。
雖然它只會吞噬海浪。
潮流發電站
潮流發電站是由全世界動力最強的發動機驅動的,也就是海流。它與風力發電機的原理比較相近,但它的驅動輪卻藏在水底。從理論上來說,它的桅桿可以安置到任意一個深度,但在實際使用中一般不會低于 25 米。
潮流發電站贏得了很多人的贊賞。水的密度是空氣的 800 倍,只需使用很小的轉輪,在很低的轉速下就可以得到驚人的能量。當潮流速度達到每秒 2 米到 3 米時,所獲得的能量就相當可觀了。而且與風力發電站相比,它還避免了一個非常重要的不利因素,那就是重力。風力渦輪是一個龐然大物,但沒有什么比渦輪桅桿的不穩定更為致命的了。盡管水流渦輪也對靜力學家提出了很高的要求,但是在水中驅動本身就已降低了重力的影響。人們只需要對付潮流就可以了,它會扯動設備,造成腐蝕,帶來造成堵塞的海藻,或者將沉積物卷揚起來。
2003 年,在距離德文郡北部海岸 3 公里的海面上出現了這樣一個潮流發電站,人們將根據其模型建造一系列渦輪泊位。這一“海流計劃”(Seaflow)是由德國和英國的工程師共同設計的,但是迄今為止還未提供過 1 瓦特的電能,原因僅僅是它還沒有和電力網相連接。除此之外,一切都很令人滿意。
海流計劃不僅累積了經驗,而且能夠提供 300 千瓦的功率,這已大大超出設計者的期望。轉輪由碳纖維和鋼材制成,非常牢固;桅桿長 50 米,錨定在水下 20 米深處。你很難從海流工程上看到什么,除了一根大柱子、一個大箱子和上面的一個維修平臺。轉輪葉片可以進行 180°調節,因為漲潮和落潮的方向是完全相反的。總而言之,這是一個完美的設計。
海流工程設備擁有完美的安裝地點,這是沿著歐洲的大西洋海岸不斷尋找后才發現的位置。第一個完全運轉正常的渦輪工程如今出現在北愛爾蘭和蘇格蘭之間的海面上。這種新一代設備名為 SeaGen,到 2007 年,每根桅桿的功率會達到 120 萬瓦。與單轉輪的海流塔相比,這里共有兩個轉輪同時工作。SeaGen 桅桿特別適宜安裝在停產的海上鉆油平臺。這真是一個歷史的諷刺:過去用于開采石油的鉆油平臺,如今卻參與了完全環保的再生能源經濟。
然而德國依舊一無所獲,正如我們在歐洲電視網金曲大賽上的表現一樣。我們缺乏資源。海流太弱了,潮汐落差太小。我們的電視名嘴斯特凡·拉布對此也無能為力——就算他是工程師又怎樣?
在英國的另一項重要計劃中,海面產生不了什么作用。他們通過所謂的“魟魚技術”(Stingray),將一種古怪的機器固定在海底,這種機器由千斤頂和踏步機組成,形成一個十字交叉的形狀。在四根粗壯的支撐腳頂部,有一個凸起的短桅桿,其頂端有一個活動葉片安置在鉸鏈中。水流不斷上下沖刷葉片。
這臺測試設備就在設得蘭群島附近,它不僅可確保充分的能量平衡,而且動物們也能適應這些四條腿的大家伙,它們上上下下的運動速度很慢,顯然不會嚇到這些海洋的原住民,當然更不會傷害到它們。無論環保主義者如何熱愛那些漂亮的大風車,有一點是他們始終無法回避的,那就是來自飛鳥行業公會的質疑:每年有數以千計的小鳥遭遇風車劫,最終成了人們盤中的宮保肉丁。
海洋熱力發電站
這個理念很早就有人提出來了,可長期以來一直被認為無法實現。但是近年來,隨著科技的進步,熱力發電站重新成為人們談論的話題。如今它們被稱為 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion,海洋熱能轉換系統),可以利用不同水層的溫差獲取能源。