海中“巨蟒”發(fā)電站

1 兆瓦功率“巨蟒”成本僅為10 萬元。這種橡膠制成的海浪發(fā)電機(jī)，解決了海浪對(duì)機(jī)械裝置造成毀滅性破壞的根本問題，并且成為能量巨大的海洋“捕能獵手”。因風(fēng)而起，也像風(fēng)一樣不可捉摸的海浪會(huì)被“巨蟒”馴服嗎？

出青島嶗山往東，有座不足1 平方千米的大管島，島上百來號(hào)居民多數(shù)以捕魚和養(yǎng)殖為生。這里不通電話，更別提并入電網(wǎng)了——為這座小島單獨(dú)鋪設(shè)一條海底電纜顯然不劃算?！熬盼濉逼陂g建起的波浪試驗(yàn)電站曾帶來過希望。然而，“兩年前開始就不好用了。”島上唯一一家旅館的老板廉建正有些失望。由于控制用電，島上只有晚上6 點(diǎn)到10 點(diǎn)的4 個(gè)小時(shí)才供電，而且不夠穩(wěn)定，價(jià)格也貴，他只好自掏腰包購(gòu)買了一臺(tái)4 千瓦的汽油發(fā)電機(jī)。但是電還是不夠。只有自家的太陽能熱水器熱熱水還行，旅館里的電視基本不用。到了旅游旺季，尤其是夏天，“風(fēng)扇和冰箱一開起來，電就更不夠了”。

在中國(guó)漫長(zhǎng)的海岸線上，像這樣急需解決居民用電難題的海島還有不少。大管島波浪能電站是國(guó)家海洋局“海島可再生能源獨(dú)立電站”示范項(xiàng)目之一，還未推廣。目前，全世界有六十多家公司在建設(shè)海浪發(fā)電站，有幾百臺(tái)海浪發(fā)電裝置投入運(yùn)行，但它們的發(fā)電能力都比較小。其實(shí)，在人所能及的淺海，海浪每秒鐘在1 平方千米海面上約能產(chǎn)生20 萬千瓦的能量，比風(fēng)更有力量，能量密度約為風(fēng)力的800 倍，僅次于核能。如何將不穩(wěn)定的海浪能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出的電能，避免變幻莫測(cè)的海浪對(duì)機(jī)械裝置造成損壞，一直是技術(shù)上難以逾越的障礙。

漂浮的“巨蟒”

在英國(guó)蘇格蘭東北角的奧克尼群島，這里的海域風(fēng)急浪高。海浪不僅時(shí)常折斷過往船只的桅桿，甩出的小石塊還常將岸上百米高處的居民房里的玻璃擊得粉碎。1872 年的一個(gè)巨浪，甚至把一塊1370噸的混凝土龐然大物移動(dòng)了15 米之遠(yuǎn)。在能源專家眼里，這里卻正是世界上海浪能強(qiáng)度最高的地區(qū)之一。2003 年，全球首座海浪發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)就在這里問世。歐洲海洋能源中心讓奧克尼成為人類探索近海能量最大的公共實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。

“海蛇”發(fā)電的試驗(yàn)就在奧克尼進(jìn)行。這條長(zhǎng)達(dá)140 米的紅色“海蛇”Pelamis 看上去甚為平靜?！昂Ｉ摺钡陌l(fā)明者理查德#8226; 耶姆(Richard Yemm) 是一名終身海員。愛丁堡大學(xué)的工程學(xué)教授斯蒂芬#8226; 索爾特（Stephen Salter）這樣描述“ 海蛇”：“它運(yùn)轉(zhuǎn)起來非常好看，就像一條友好的大鯨魚?！?/p>

“首先得從讓設(shè)備存活下來?！盤elamis 的商業(yè)開發(fā)主任馬克思#8226; 卡爾卡斯（Max Carcas）說。好在耶姆的天才設(shè)計(jì)能夠避免風(fēng)暴的摧毀。它由4 節(jié)直徑為3.5 米的圓柱形不銹鋼紅色浮筒鉸接而成，它的“嘴”垂直于海浪的方向，每當(dāng)海浪翻滾過來，它的身子就會(huì)隨著波浪上下起伏，水壓通過“嘴”上的閥門傳遞進(jìn)去，推動(dòng)軀體內(nèi)的液壓活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)大海中出現(xiàn)高強(qiáng)度的海浪時(shí)，Pelamis 會(huì)像真的海蛇一樣，潛入海浪中，穿梭自由，而不會(huì)有毫發(fā)損傷。

“海蛇”的出現(xiàn)，將當(dāng)時(shí)全球海浪發(fā)電的效率發(fā)揮到了極致。然而來自南安普敦大學(xué)的約翰#8226; 查普林（John Chaplin）教授帶來的“巨蟒”卻更讓人吃驚。它體積更大，長(zhǎng)約200 米、直徑達(dá)7 米，重量卻更輕。主要的秘密在于材料，“巨蟒”通身用橡膠制成，從外面看上去和一條長(zhǎng)長(zhǎng)的橡膠水管沒多大區(qū)別，而“海蛇”則是不銹鋼、混凝土和橡膠的混合。

和“海蛇”一樣，“巨蟒”也由采集和轉(zhuǎn)換兩大系統(tǒng)組成。由于橡膠材料良好的伸縮性，它捕獲海浪能的本領(lǐng)更強(qiáng)。再想象一下人體的“脈搏”：心臟有節(jié)奏的跳動(dòng)以“脈沖”的形式傳遞到動(dòng)脈血管所及的部位——這是生命的能量，而“巨蟒”的能量轉(zhuǎn)換和這頗為類似。海水的上下擠壓在灌滿海水的“血管”壁里形成一股“水脈沖”。當(dāng)海浪強(qiáng)度和速度合適時(shí)，“巨蟒”體內(nèi)外的兩股波動(dòng)便會(huì)相互激蕩，產(chǎn)生共鳴。當(dāng)這股強(qiáng)有力的“脈沖”能量傳遞到另一端的渦輪發(fā)電機(jī)上時(shí)，就產(chǎn)生巨大而穩(wěn)定的電能。

在奧克尼的試驗(yàn)結(jié)果表明，“巨蟒”捕獲海浪能量的能力約是“海蛇”的3 倍，平均可達(dá)到1 兆瓦的功率。這意味著它1 小時(shí)的工作，就可以滿足數(shù)百個(gè)家庭生活用電的需要。

商用的曙光和尷尬

“海蛇”甫一問世就吸引了葡萄牙的密切關(guān)注。2007 年，該國(guó)政府以每根約30 萬人民幣的價(jià)格，向英國(guó)海洋能源公司購(gòu)買了30 臺(tái)以上的“海蛇”，建成了世界首座商用海浪能發(fā)電廠。葡萄牙為此甚至不惜動(dòng)用國(guó)家力量，通過強(qiáng)制執(zhí)行的上網(wǎng)電價(jià)政策推動(dòng)其推廣。海浪發(fā)電似乎終于踏上了邁向商業(yè)化的征程。

“巨蟒”的發(fā)電能力超過“海蛇”，其成本卻不及后者的三分之一。據(jù)目前橡膠業(yè)的行情，一根1兆瓦的“巨蟒”成本只在10 萬元左右。也就是說，1000 瓦功率的發(fā)電機(jī)只需要花上100 塊錢。如果按每度電平均5 毛錢計(jì)算，就意味著，只需有效工作200 個(gè)小時(shí)，就可以收回成本，這樣算來，甚至?xí)饶壳靶履茉措娏κ袌?chǎng)上占主導(dǎo)的風(fēng)力發(fā)電還要省錢。不僅如此，“巨蟒”更好的抗沖擊和抗腐蝕能力使得維修成本也大幅降低。

然而，“巨蟒”或是“海蛇”悄無聲息地在水下造電時(shí)，喜歡在近海游弋和沖浪的人們感到危險(xiǎn)。在葡萄牙之前，英國(guó)政府也有類似計(jì)劃， 可還未出臺(tái)，就在英國(guó)國(guó)內(nèi)引發(fā)了巨大爭(zhēng)議。最大的反對(duì)者群體來自有50 萬之眾的沖浪愛好者。他們擔(dān)心，建海浪能發(fā)電站會(huì)破壞他們鐘愛的海灘。最后環(huán)境部門出面作了評(píng)估，結(jié)果表明，“最多能制造出一點(diǎn)噪音#8943;#8943;轉(zhuǎn)動(dòng)部分很緩慢的移動(dòng)，使得海洋動(dòng)物應(yīng)該可以很容易地避開它們#8943;#8943;但不能干擾飛行和雷達(dá)，因此必須避開海中航線，而且必須有明顯標(biāo)記。”行事保守溫吞的英國(guó)人最終錯(cuò)失了將自己人發(fā)明的“海蛇”最先投入商用的良機(jī)。

對(duì)于“巨蟒”是否可以避免海浪對(duì)機(jī)械裝置造成的毀滅性破壞，中國(guó)的科學(xué)家表示了謹(jǐn)慎的懷疑?！叭绻荒茉谡嬲暮＠谁h(huán)境下保證一至兩年持續(xù)而穩(wěn)定的供電，就談不上商業(yè)推廣?！敝锌圃簭V州能源所海洋室主任游亞戈說。據(jù)他介紹，中國(guó)在海浪發(fā)電站開發(fā)過程中就有類似的問題。在“九五”和“十五”期間，廣州能源所在廣東汕尾市的遮浪半島也建造了波浪能試驗(yàn)電站，分別測(cè)試了兩種不同的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)突破，但一根重要的軸在入水工作若干小時(shí)后就不幸折斷，后來在軸的斷裂處竟然發(fā)現(xiàn)了焊點(diǎn)。在強(qiáng)有力的海浪面前，發(fā)電裝置出不得絲毫差錯(cuò)。

另一個(gè)考驗(yàn)來自電價(jià)。據(jù)中國(guó)國(guó)家電監(jiān)會(huì)發(fā)布的年度報(bào)告顯示，去年風(fēng)電的平均上網(wǎng)電價(jià)為每千度電618 元，而火電僅為346 元，價(jià)格相差一半以上。目前中國(guó)若是把海浪發(fā)電并入電網(wǎng)，電價(jià)格將會(huì)更貴，能否吸引普通用戶的青睞是個(gè)未知數(shù)?？雌饋?，盡管國(guó)際市場(chǎng)需求暗潮涌動(dòng)、創(chuàng)新技術(shù)曙光初顯，但在中國(guó)，談?wù)摵＠税l(fā)電的產(chǎn)業(yè)化似乎仍然為時(shí)過早。在邊遠(yuǎn)海島、鉆井平臺(tái)、深海采礦等場(chǎng)所建設(shè)海島獨(dú)立電站仍然是當(dāng)前的重點(diǎn)。

Tips：

～海洋能～

海洋占地球表面積的71％，面積達(dá)3.61億平方千米。以海平面計(jì)算，海洋的平均深度卻為380 米，整個(gè)海水的容積多達(dá)1.37X109 立方千米。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能等。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。全球海洋能的可再生量很大，上述5 種海洋能理論上可再生的總量為766 億千瓦。

～波浪能量有多大？～

海浪通過風(fēng)的推力形成，卻比風(fēng)的能量要密集得多?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，海浪能量的大小，與波浪的周期成正比，與波高的平方成正比。假如波高為2 米、周期6 秒，1 米長(zhǎng)的海岸線受到的波能功率就是24 千瓦。若取平均波高1米進(jìn)行估算，全球可開發(fā)利用的海浪能總量約在20 億千瓦左右，是目前世界電產(chǎn)量的2 倍，在海洋能量形式里，僅次于潮汐能。如能全部收集起來，至少相當(dāng)于建100座三峽電站。

～波浪發(fā)電裝置的演化～

1.1898 年， 法國(guó)人弗勒特切爾從給自行車打氣的打氣筒受到啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶著圓柱筒的浮體，，海浪上下運(yùn)動(dòng)，壓縮圓柱筒內(nèi)的空氣，去吹響一只哨笛。這就是海上“警笛浮標(biāo)”，用來給過往船只提供預(yù)警。這是人們直接利用海浪能的初級(jí)形式。后來，人們想到利用它來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

2．第一座真正實(shí)用的裝置直到1964 年才由日本人研制出來。這是一盞航標(biāo)燈，功率只有60 瓦。雖然60 瓦機(jī)器的電力只夠點(diǎn)亮一盞燈，它卻成為了人類海浪發(fā)電史上的里程碑。之后，各種奇思妙想被不斷運(yùn)用到這個(gè)領(lǐng)域，越來越多的國(guó)家也開始加入開發(fā)海浪發(fā)電的大軍。最早由英國(guó)科學(xué)家弗朗西斯#8226; 法利和羅德#8226; 雷尼共同提出的這個(gè)創(chuàng)意就是其中的一個(gè)。

3.1995 年，英國(guó)Wavegen公司在蘇格蘭附近海域建造起2 兆瓦容量的“魚鷹”號(hào)海浪發(fā)電裝置，還沒等到正式發(fā)電，就被強(qiáng)風(fēng)暴所摧毀。惡劣的氣候和強(qiáng)大的風(fēng)暴等自然因素還推遲了歐盟的海浪發(fā)電站建造計(jì)劃。在蘇格蘭西海岸的艾斯雷島上，Wavegen 公司建造的500 千瓦的“帽貝”海浪發(fā)電機(jī)已經(jīng)向電網(wǎng)供電，這是當(dāng)時(shí)世界上最成功的海浪發(fā)電裝置，然而它卻是安裝在海岸上的。

4. 目前，全球已有六十多家公司在建設(shè)海浪發(fā)電站，已有幾百臺(tái)海浪發(fā)電裝置投入運(yùn)行，但它們的發(fā)電能力都比較小。而相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案更多達(dá)上千種。光采集系統(tǒng)的形式有振蕩水柱式、振蕩浮子式、擺動(dòng)式、鴨子式、浮筏式、蚌式等等，不勝枚舉。