日本開發波浪能渦輪機,1% 沿岸能量可抵 10 座核電廠

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 26 日 8:30 | 分類 材料、設備 , 環境科學 , 能源科技 follow us in feedly

波浪能是所有海洋能源中最不穩定的能源,不過日本沖繩科學研究院(OIST)仍打算發展波浪能來發電。在日本,30% 海岸線都放置大量消波塊和防波堤用四腳錐體塊來抵擋海浪侵蝕,OIST 團隊玩轉巧思,選擇將渦輪機放置在這些關鍵海岸線前方當作另一道牆,一方面可為日本生產額外電力送入電網,一方面也可以削減海浪直接衝擊沿岸的力量。OIST 教授 Tsumoru Shintake 稱,「在 1% 海岸線安裝渦輪機就能產生約 10GW 能源,相當於 10 座核電廠。」



波浪能是利用水的位能差、往復力或浮力產生的動力來發電。根據維基記載,雖然自從 1890 年來已有人嘗試使用波浪能,但商業上目前仍未被廣泛採用,2008 年才有第一個試驗波浪能發電的商業電站在葡萄牙開設。波浪能發電與潮汐能發電和海洋環流發電不同,主要競爭對手是海上的離岸風力發電。

《The Atlas》報導,目前全球有部署波浪能實驗項目的地區如夏威夷 Azura 設備、加州大學柏克萊分校的海底地毯、澳洲「人造氣孔」設備、直布羅陀的 CorPower 設備等。

夏威夷 Azura 設備為一種 360 度旋轉的浮動裝置,能從垂直和水平兩方向提取動力波動;海底地毯的靈感來自泥濘海底的波阻效應,加州大學柏克萊分校實驗表明,地毯能夠吸收超過 90% 的波浪能量;澳洲人造氣孔設備看起來則像人的側臉,海水從張開的嘴巴灌入後上升至中空的鼻腔,鼻腔中被擠壓的空氣再驅動渦輪機旋轉發電;直布羅陀的 CorPower 設備則安裝在碼頭上,將波浪的上升和下降轉換成流體壓力。

而日本的波浪能量轉換系統(Wave Energy Converter,WEC)則和防波堤用四腳錐體塊並肩作戰,這些渦輪機放置在第一火線上,比如四腳錐體塊的前方或是珊瑚礁地形。由於從深海湧上淺海珊瑚礁的波浪會因「斷裂」產生極快速水流,渦輪機便在收集海浪能量的同時抵消浪潮直接衝擊岸邊的力道,減少日本沿岸受到的影響。

▲ 渦輪機與四腳錐體塊擺放示意圖。(Source:OIST

渦輪機本身設計成能承受極端海浪和惡劣天氣(比如颱風),就像一朵花,直徑為 70 公分的 5 條旋轉葉片由柔軟材料製成,旋轉速度慢到足夠讓不小心被葉片掃過的海洋生物逃脫不受傷,支架結構也靈活彎曲,以避免它們在大浪之下「剛極必折」。研究團隊估計,渦輪機的使用壽命長達 10 年。

▲ 日本 OIST 設計的渦輪機。(Source:OIST

雖然研究人員還沒有給出每個渦輪機能夠提供多少能量的確切數據,但是他們估計,「日本約 30% 的海岸沿線都放置了大量消波塊和四腳錐體塊,若每在 1% 海岸線地區部署渦輪機,就能獲得 10GW 能源,相當於 10 座核電廠,產量非常驚人。」

WEC 項目的下一步計畫將是試著安裝 2 個直徑 35 公分的模型渦輪機,首席研究員 Tsumoru Shintake 表示,希望 200 年後,這些渦輪機還是在海上安靜工作著。

(首圖來源:OIST)