低成本方案：從海流中獲取能量，發展潛力巨大！

導讀

近日，西班牙馬德里理工大學（UPM）的研究人員開發了一種從深海海流中獲取能量的低成本方法。

背景

傳統的礦物燃料例如：煤、原油、天然氣、油頁岩等，都屬於不可再生能源，經過億萬年才能形成，短期內無法恢復，隨著大規模地開發利用，儲量會越來越少，最終將面臨枯竭。此外，它們燃燒時會釋放出大量二氧化碳，引起溫室效應，破壞生態平衡。

因此，人類越來越關注可再生能源的利用，例如：太陽能、水能、風能、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地熱能等。它們可以循環再生，取之不盡，用之不竭，而且清潔環保。

太陽能，是最具代表性的可再生能源之一，開發和利用價值極高，筆者以往的文章中也多次介紹。除了太陽能以外，海洋中也蘊藏著豐富的可再生能源，例如：潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能和海水鹽差能等。

舉兩個例子，帶大家一起回顧一下之前介紹的海洋能源利用案例：

1）美國德克薩斯大學達拉斯分校（UTD）和韓國漢陽大學科學家領導的國際科研團隊開發出的高科技紗線 “ Twistron ” ，在自身被拉伸或者扭轉時會產生電能。它可以從海浪運動和溫度波動中採集能量，並轉化成電能。在韓國東海岸的寒冷海水中，科學家們測試了twistron海水發電的可行性。

（圖片來源：UTD）

2）日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）教授 Tsumoru Shintake 領導的研究團隊研發出一種新型渦輪機，利用海洋中的海浪作為清潔、廉價、可持續的能源。

（圖片來源： OIST ）

創新

今天，筆者要為大家介紹一個利用海洋中能源的新案例。近日，西班牙馬德里理工大學（UPM）的研究人員開發了一種從深海海流中獲取能量的低成本方法。

下圖所示：GESMEY 設備的幾何相似模型在進行海洋實驗

（圖片來源：UPM）

然而，利用深海海流能量的新型設備具有製造、安裝和維護成本高的問題。為了解決這個問題，UPM 海洋可再生能源技術研究組（ GITERM ）的成員開發了一種評定基於此類設備、處於早期設計階段的發電站的生命週期成本的流程。該流程最近發表於《可再生與可持續能源評論（Renewable and Sustainable Energy Reviews）》雜誌。

技術

離岸風力發電得到廣泛開發之後，專家們認為下一步將是利用海流能量，主要是潮汐產生的能量。如今，歐洲與加拿大開始打造首個基於安放在海床上的此類設備的實驗園區，並稱之為“第一代”。

據評估，潮汐能量的80%都位於超過40米的深度。因此，非常有必要採用能在這些區域運行的新型設備。然而，在這些區域安裝第一代設備，例如位於海床上大型結構，成本會很高。但是，第二代系統具有錨和一系列的線，能夠將設備放置到海床上。

下圖所示：Hive-TEC 設備錨泊系統的仿真操作

（圖片來源：UPM）

UPM 海軍工程學院的研究人員 Amable López 表示：“我們的 GESMEY設備，由 UPM 申請專利，是世界上首個在海洋中測試並適合完全潛水操作的設計。有了成本分析工具，我們能以盡可能降低能源成本並使這種可再生能源具有經濟和技術競爭力，為最終目標，評估不同候選設計方案，幫助與氣候變化作鬥爭。 ”

下圖所示：帶有旋轉潛標的 1.2 MW GESMEY 設備的仿真

（圖片來源：UPM）

經濟分析被加到新型錨泊系統的開發過程中，這種新型錨泊系統採用更簡單和更魯棒的系統，例如今年發表於《 Revista Iberoamericana

de Automática e Informática industrial 》雜誌中的一篇論文所演示的方案。開發這些系統所用的強大的仿真和控制工具也是由 GITREM 開發。

因為有了這些流程和工具， GESMEY 設備及其錨泊系統的最初設計是從具有一個大型轉子（類似風力發電機中使用的那種）的發電機開始，逐漸演變為具有幾個轉子，例如 Hive-TEC 設備（也是由UPM申請專利），因此生產能量的預計成本降低了30%。

價值

GITERM 的另一位研究員 José Andrés

Somolinos 表示：“來自海流的能量是可再生能源，在未來的能源市場，相對於其他可再生能源來說，它還具有一種額外的價值，就是高度的可預測性。除此之外，潮流能技術是一種不產生二氧化碳的能源，對於沿海和邊遠地區的經濟和就業增長都有利。”

未來

潮汐可再生能源設備在海流發電方面具有巨大的潛力，為了未來成功地實現此類設備的商業化，研究小組正繼續努力。

關鍵字

海洋、潮汐、可再生能源

參考資料

【1】 http://www.upm.es/internacional/UPM/UPM_Channel/Research_News?id=6d4946f398242610VgnVCM10000009c7648a____&fmt;=detail&prefmt;=articulo

【2】 E. Segura, R. Morales, J.A. Somolinos, A. López. Techno-economic challenges of tidal energy conversion systems: Current status and trends . Renewable and Sustainable Energy Reviews , 2017; 77: 536 DOI: 10.1016/j.rser.2017.04.054

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