英國牛津大學與克卜勒能源發展新式潮流發電系統

作者 | 發布日期 2015 年 08 月 19 日 15:44 | 分類 能源科技 follow us in feedly

英國身為海島國家,對發展海洋能源一直情有獨鍾,不過各種海洋能源面臨諸多技術與成本上的障礙,實際應用的並不多,英國潮汐潟湖電力(Tidal Lagoon Power)公司打算興建人工潟湖,利用海水漲退潮潮差來發電,而牛津大學與民間公司克卜勒能源(Kepler Energy)則正發展利用漲退潮的潮流來發電的互補技術。



過去潮流與海流發電,往往面臨物理上的基本困難,若想更有效率的收集海水流動的能量,就要建造更大的扇葉,但扇葉越大,就得建在更深的海床處,最起碼要 30 公尺深,否則扇葉會突出海面,但建在深處興建與維護成本居高不下,成為兩難習題。

牛津大學與克卜勒能源為了克服這個傳統障礙,發展「橫向水平軸水渦輪」(Transverse Horizontal Axis Water Turbine,THAWT)技術,所謂橫向水平軸水渦輪造型類似長竹籠,其概念來自於陸上垂直式風機的一種:打蛋器式轉子風力發電機(Darrieus wind turbine)。打蛋器式轉子風機顧名思義,外型有點像打蛋器,扇葉位於相當於打蛋器的外圈鋼絲的位置,成一個薄片狀,薄片有一定角度,隨著轉子旋轉時,角度會旋轉,使得打蛋器有一邊扇葉迎風城受風力,另一邊扇葉順風不受風力影響,因此產生轉動力。

打蛋器式轉子風機的扇葉向外突出的程度,小於傳統輻射式扇葉會向外刺出的幅度,所佔空間較小,但往往有結構脆弱、易在強風中損毀的特性,更別說在強大海流中生存,因此,橫向水平軸水渦輪採用其概念,但把其造型改成竹籠式,扇葉與支撐結構形成三角構面,構造更為堅固,而扇葉也更不向外延伸,整體結構佔空間更小,可適用於較淺海域。而由於竹籠式扇葉的轉速較慢,也不用擔心會傷害游經扇葉的魚類。

橫向水平軸水渦輪的構造是兩組「竹籠」並排,設立三個基樁,兩組竹籠式扇葉夾於其中,整個可動部位只有竹籠,而發電裝置則位於基樁中的乾艙間,可免受海水侵蝕,扇葉本身可保用 25 年,基樁與其中的電力設施則可有 100 年壽命,團隊預估每一公里長的裝置,最高可有 30 百萬瓦發容量。

布里斯托灣具有漏斗形地理特性,能放大潮浪的效果,部分專家認為,若能徹底利用布里斯托灣的潮浪能量,可以供應英國 5% 能源需求。

團隊也認為橫向水平軸水渦輪系統可與人工潟湖互補,因為利用潮差發電時,發電能力最好的時候是最高潮與最低潮、潮差最大時,但這時沒有潮水流入或流出,剛好是潮流發電發電量最少的時候,而反之當潮差較小時,也是潮流較大的時候,兩者並用,可以互補而更穩定發電。

研發團隊已在紐卡索大學對原型機進行 2 次壓力測試,未來計劃設置於英格蘭與威爾斯之間的布里斯托灣,預算 1.43 億英鎊,可於 2021 年完工上線,也考慮輸出技術到亞洲國家。竹籠式扇葉這種新穎的想法,能否將海洋能源拖出泥淖之中,成為具有商業價值的能源技術?就看其實際應用後發展如何了。

(首圖來源:YouTube

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