海浪能的未来

　　1974年，爱丁堡大学教授Stephen Salter将他的“机器鸭子”送入苏格兰海域，启动了世界上第一个大型波浪能项目。但事实证明，对于他的浮动发电机来说，海浪的确是过于汹涌了。

　　“我们必须问自己。”马萨诸塞大学阿默斯特分校可再生能源讲座教授Krish Thiagarajan Sharman说，“为什么我们在这方面工作了这么长时间？为什么我们在世界上还没有规模化的波浪能系统呢？”

　　答案是：波浪能技术需要成本更低、产生更多能量、更好、更长久地勇敢面对海洋环境。但现实的确堪忧。

　　现在，国家可再生能源实验室(NREL)的海洋能源团队设计了一个可以满足这些需求的系统。可变几何形状、振荡的浪涌能量转换器为波浪能采用创造了机会。

　　两年前，这一概念获得了美国能源部技术商业化基金(TCF)的奖项，这是一个近3000万美元的资助机会，旨在帮助有前途的能源技术走向商业化。在TCF奖的支持下，NREL的机械工程师Nathan Tom与Sharman合作。他们一起将波浪能机器系统从理论转变为实践，推动潜在解决方案更接近商业化，并使波浪能更容易广泛部署。

　　“所有波浪能设备都需要在海洋中生存数年。”Sharman说。“这是一种方式。”

　　波浪能可能无法在短期内与全球风能和太阳能发电量相匹配，但它仍然是清洁、可再生能源的重要来源。波浪比太阳能或风能更可预测和更可靠，它们可以为电力难以到达的地方提供电力，例如沿海社区和偏远岛屿，这些地方目前依赖昂贵的碳密集型柴油进口。波浪能设备还可以为深水域的近海捕鱼、海洋研究或军事行动提供动力。

　　今天，推动波浪能前进的动力并不大。今天的设计的“机器”步履蹒跚。海洋蕴含的能量比任何风都强，虽然最近的一些波浪能发明配备了沉重的钢制载体，但这种装甲太重且昂贵，无法使这项技术可行。今天，大约35%–50%的波浪能成本用在结构改进上。

　　“我们的系统太重了。”Tom说。“为了承受真正极端的负载，负载比设备运行和发电时高几个数量级，它们用太多的钢材建造。我们需要开始跳出思维死角。”

　　NREL的设计采用了钢箱之外的结构。为了从波浪中获取电力，成本效益更高、结构重量更轻、更坚固。波浪能转换器使用了一个矩形桨，它在底部铰链上来回摆动，就像风中的香蒲一样。摇摆桨是波浪能装置的常见设计特征。但这一款的适应性要强得多。随着波浪从生产性转变为破坏性，设备的操作员可以打开一个或多个水平襟翼，为剧烈的能量逃逸创造间隙。

　　这种额外的控制水平不仅可以保护设备，还可以帮助转换器产生更多能量。当海面变化时，远程操作员可以切换每个襟翼以尽可能多地提取能量。

　　利用TCF奖的资金，Tom和Sharman建造了他们的第一个小型原型机，并在大学的波浪池中进行测试。该项目团队包括马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究生Jacob Davis和博士后学者Jessica Nguyen。国家可再生能源实验室本科生和研究生研究实习生Cole Burge和Salman Husain也做出了贡献。

　　“对可变几何结构的研究对我的职业轨迹产生了巨大影响。” Davis说。“事实上，这段研究经历极大地激发了我的热情，以至于我现在的博士学位的工作重点完全是对海洋表面波的测量和理解。我期待在职业生涯中，将这些知识应用于与海洋相关领域。”

　　该团队一起检查了他们的理论模型与实验数据，发现模型准确地预测了设备的性能，这让他们松了一口气。那是一个充满希望的开始。

　　“我可以很快设计一些东西放到水中。”Tom说，“但如果它只产生1瓦的功率呢？这将花费我很多钱——船、潜水员、从海上拉到陆地的电缆——这并不便宜。”

　　Tom说，这一“重大举措”伴随着巨额费用和高风险，使得潜在的波浪能投资者慎之又慎。

　　但这项研发工作也需要资金，这就是TCF奖项的重要之处。“我们希望在业界认为'好吧，这是个好主意’的情况下开发出足够多的专利技术。这就是我想尝试的东西。”Tom说。“那时我们将把它转移到工业上。为此，TCF的资金非常有帮助。”

　　该奖项还允许团队测试他们设计的另一个新颖方面：凸起。通常，振荡的冲击波能量转换装置，是固定在海床上的，在那里旋转的碎片和沙子会干扰操作。该设备通过一根柱子从海底升起，可以避开这些障碍物，并可以进入沙子和地表之间或更深水域中的更多位置。因为表面的水通常更有活力，为到达这些区域的设备提供更多的能量。

　　总之，凸起和可变几何形状这样的设计可以帮助波浪能设备比以前更好地适应海洋环境，包括Salter的“机器鸭子”（尽管这些早期的尝试对于推动行业向前发展至关重要）。

　　“我们认为波浪不是一种可以忽视的力量。” Sharman说，“而是可以用来利用的能量。这是一种非常全面、共生的方法来让我们与海洋互动。”

　　（原文来自：清洁技术 新能源网综合）