來自海洋的藍色能源

方陵生/編譯

利用潮汐能量轉動扇葉發電：圖為安裝在英國斯特蘭福德灣的潮汐-電能轉換設備

●經過幾年的沉寂之后，從海洋中獲取能量的探索開始加速。位于澳大利亞珀斯弗里曼特爾港的卡內基波能發電試驗場，計劃6月正式啟動浮筒式波浪能發電設備。這是海洋能源開發的一次最新嘗試。

在距澳大利亞西部珀斯附近海岸線幾千公里外的海里，隱藏在波浪之下的三個巨大浮筒狀物體，將很快會隨著印度洋洋流的起伏開始發電。這三個橙色的浮筒寬11米，高5米，看似像三個巨型南瓜：波浪經過時，浮筒驅動海底的液壓泵，將海流的動能轉化為電能，可以為附近的海軍基地提供720千瓦的電力。

無碳電力

相當一段時間以來，有關海上能源開發的進展受到各方密切關注，但該行業發展緩慢，迄今所設計的許多海洋能源技術都未能充分證明其價值，而幸存下來的則寥寥無幾。過去幾十年里，有十多家公司用于海洋能源開發的總投資高達約7.35億美元，其中利用潮汐和波浪發電的技術始終未能真正起飛。事實上，目前它仍然是地球上最昂貴的能源形式。

在過去幾年里，幾家領先的創業公司已經開始嘗試利用潮汐這種最簡單的海洋發電形式。去年，倫敦彭博新能源經濟資訊曾預計，足以為250個家庭供電的發電量達一兆瓦以上的22個潮汐發電項目，以及17個波浪發電項目的設備安裝將在2020年之前完成。今年3月，加拿大芬迪灣的三個項目獲得了批準（芬迪灣是世界上擁有最大潮汐的地區之一）。

從理論上說，海洋中蘊藏著可以滿足全球所需電力的能量，而且不會給地球大氣帶來任何污染，可以為人類提供一種比風能和太陽能更為可靠的能源。海洋能源同時也是一種區位優勢能源：大約44%的世界人口居住在海岸線150公里范圍內的沿海地區。比如，通過在海灣建立水壩阻攔海水，一些國家利用海潮發電的做法已經實行了幾十年，雖然其潛在的環境影響還有待進一步評估，但許多研究者認為，海洋能源無疑是一種比風能更為環保的能源。

應該說，波浪發電行業是一種開發潛力大、其前景難以預測的能源形式。盡管屢遭挫折，包括今年3月縮減的俄勒岡州海岸波浪開發計劃的決定，但毫無疑問的是，上述兩種形式的海洋能源開發最終將成熟并發展起來。

根據專家的設想，大海終將會為各國沿海城市提供大量的無碳電力?！氨M管海洋發電比人們預期的更為困難，但其可行性同樣也得到了證明?！睔W洲海洋能源中心（EMED）的尼爾·卡莫德（Neil Kermode）說道。EMED是英國奧克尼群島波浪和潮汐發電設備測試的主要機構。“通過海水流動發電的可行性已經得到了證明，這是向海洋能源開發邁出的一大步?！彼f。

波浪發電

海浪中蘊含著巨大的能量，但要開發出能提取海洋能量、同時又能承受嚴酷海洋環境的技術則是一個完全不同的挑戰。而卡內基波能發電試驗場設計的浮筒式波浪發電設備則具有避免波濤對設備造成破壞的優勢，同時，其浸入式設計可以讓發電設備隱而不見，避免了有關風力發電場影響環境美觀的爭論。

在海浪的起伏作用下，浮筒式波浪發電系統的海底泵將水流在一個大約3公里的閉環中循環流動（閉環一直延伸到岸邊的發電設備），其運行原理就像一個風笛，系統將波浪的能量積聚后釋放，源源不斷地產生電力。位于珀斯海岸線的這三臺設備，每一臺能產生240千瓦的電力。

卡內基首席運營官格雷格·艾倫（Greg Allen）認為，這顯然不是一個商業項目，但它代表了一種進步。艾倫指出，在同一個水域，每臺設備的發電能力是2001年測試結果的三倍。據艾倫預計，第一個商業化波浪發電項目最早可能于2018年完成。為了在波浪發電市場上立足，他們的目標是與島嶼上的柴油發電設備一爭高下。

位于英國愛丁堡的海蛇波浪能公司采取的是另一種不同的技術，即通過一組（5個）連接在一起的漂浮在海上可以像蛇一樣扭動的浮筒，“蛇身”的每一節都可獨立運動，每個節點處的液壓泵利用這種方式驅動水流至船載發電機。該公司正在奧克尼群島測試點對一對750千瓦的波浪發電設備進行測試，其中一臺是與蘇格蘭電力可再生能源公司合作經營的，其新增加的一些組件有助于減少液壓系統的內部磨損。目前公司正在通過計算，讓16個液壓泵單獨自行調整，以提升波浪能產能的最大化。

海蛇波浪能公司在去年進入這一領域時，正值德國能源巨頭E.ON能源集團退出在奧克尼群島一個為期三年的設備測試項目，盡管公司創始人兼首席執行官理查德·耶穆（Richard Yemm）對波浪能發電前景保持樂觀，也坦承“我們需要大公司的高端技術能力。”

彭博新能源經濟資訊主編安格斯·麥克龍（Angus McCrone）說道：“一些公司已經投入了很多資金，但現在卻發現，他們將不得不投入更多的錢去開發商業化的海洋發電設備?！蹦壳斑€沒有成功開發出能承受海洋惡劣環境和24小時持續發電的設備，這也是波浪能發電吸引力較小的原因之一。

潮汐發電

目前用于英國斯特蘭福德灣的潮汐發電設備是最先進的，該設備是由英國布里斯托爾的Tidal洋流渦輪機公司設計。據該公司稱，該設備占了潮汐發電行業迄今總發電量的90%以上，即每天兩次約3.5億立方米的潮汐通過一個狹窄的海峽進入斯特蘭福德灣，然后返回大海。每一次海潮的漲落，都會通過固定在海床上一座中央塔座上的一對16米長的螺旋槳，海水以相當于每小時555公里的風速轉動著螺旋槳，每分鐘15轉，產生1.2兆瓦的電力。

潮汐發電取得的成就引起了德國慕尼黑市西門子公司的興趣，并于2012年接手了洋流渦輪機公司。洋流渦輪機公司目前計劃在威爾士的海岸部署首批五臺2兆瓦潮汐發電設備 （每臺成本約900萬英鎊），預計在2016年前完成。新設備除了增加機器的尺寸之外，還另外增加了一個螺旋槳（共三個扇葉）。公司董事長凱·科爾摩爾（Kai Kolmel）說道：“我認為一些風險投資家對潮汐發電信心不足。事實上，這本來就不是一個快速贏利的行業，風能發電也同樣如此。”

美國波特蘭緬因州海洋可再生能源公司首席執行官克里斯托弗·索爾（Christopher Sauer）認為，即使有了西門子這樣的公司參與，該產業所面臨的最大挑戰仍然是吸引足夠的資金來滿足工程設計和樣機建造的需要。索爾的公司已經在緬因州海岸線附近設置了一種簡單而獨特的潮汐發電設備，看似有點像聯合收割機上不斷旋轉著的葉片。該公司目前正在加緊研究第二代設備，或將于2015年完成設備的安裝工作。

環評影響

與風力渦輪機造成鳥類死亡引發的爭議一樣，海上能源行業也遭遇到一些類似的問題。比如，洋流渦輪機公司在獲準測試之前，被要求必須在其渦輪機上設置海豹能夠發現的標志物，如果有海豹接近的話，就能夠觸發緊急關閉按鈕（事實上這樣的事情沒有發生過）。包括愛爾蘭OpenHydro公司設計的海底渦輪機，由于人們擔心其會將虎鯨變成生魚片，導致西雅圖附近的普吉特海灣的一次設備測試計劃幾近夭折。

就緬因州潮汐發電設備附近的魚類活動情況，美國緬因大學魚類學家蓋爾·齊德沃斯基 （Gayle Zydlewski）坦稱，目前獲得的數據有限，大多數魚類似乎會避開海底渦輪機。但她憂慮的是，“如果在它邊上還有另一臺機器的話呢，魚類會不會避無可避呢？”齊德沃斯基的目標是收集更多的現場基礎數據，以確定波浪發電設備對海洋生態的潛在影響。包括美國能源部進行的一些測試實驗，即讓魚類通過渦輪機，或讓魚類暴露于與海底電纜類似環境的電磁場中，實驗數據都表明，魚類并未受到永久性的傷害。

那么波浪發電設備會影響生活在普吉特海灣附近的逆戟鯨嗎？美國能源部太平洋西北國家實驗室的研究小組為此進行了研究，以了解渦輪機對鯨魚的可能影響，包括查找文獻資料和建立模型進行測試。去年，當有死亡的鯨魚被沖上西雅圖附近的海岸后，測試人員利用計算機斷層掃描技術對鯨魚的頭骨、皮膚和脂肪厚度進行了掃描，然后用掌握的信息改進了模型。

在今年1月份公布的這項研究結果表明，如果逆戟鯨迎頭撞上渦輪片，只是受點輕傷，或是可以避開的。研究小組的海洋生物學家安德烈亞·科平（Andrea Copping）認為，鯨魚只有與船只相撞，顎骨斷裂，才會導致其死亡。而逆戟鯨與渦輪片相撞的力量并不足以導致這樣的傷害?！苯衲?月20日，普吉特海灣測試渦輪機的提議獲得了聯邦能源監管委員會的批準。

有關潮汐發電或波浪發電的環評，在去年1月首次發布的報告中主要集中在三個方面：海洋生物的相互作用、渦輪機噪音以及從海洋提取能源和水流變緩產生的影響。研究小組報告稱，迄今，沒有證據表明開發海洋能源會對海洋動物或水流產生重大影響，盡管大規模海洋發電項目的影響目前還難以預測。

至于噪音問題，研究小組分別對每臺設備測試后發現，噪音對魚類產生的影響相當于青少年參加了一次搖滾音樂會，似乎沒有什么大的影響。但如果噪音太大，比如更多的設備、加上水流運動產生的聲音，這對于以聲音進行交流的鯨魚或其他海洋生物來說，其影響很難預測。

加拿大的芬迪灣是當前的熱點之一，其三個項目中包括安裝由OpenHydro公司提供的4兆瓦的發電設備，到2015年足可為1 000戶家庭提供用電。如果一切順利，該公司希望通過擴大設備，增加產能，最終達到300兆瓦電力的生產能力。雖然這只相當于一個小型燃煤發電廠，但這是海洋能源開發邁出的重要一步。

今年3月20日，當普吉特海灣測試渦輪機的提議獲得聯邦能源監管委員會批準后，麥克龍說道：“最終，海洋能源產業將騰飛起來，因為海洋中蘊藏著取之不盡的能量?！?/p>