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英国牛津大学与开普勒能源发展新式潮流发电系统

2025-03-17 219

英国身为海岛国家,对发展海洋能源一直情有独钟,不过各种海洋能源面临诸多技术与成本上的障碍,实际应用的并不多,英国潮汐潟湖电力(Tidal Lagoon Power)公司打算兴建人工潟湖,利用海水涨退潮潮差来发电,而牛津大学与民间公司开普勒能源(Kepler Energy)则正发展利用涨退潮的潮流来发电的互补技术。

过去潮流与海流发电,往往面临物理上的基本困难,若想更有效率的收集海水流动的能量,就要建造更大的扇叶,但扇叶越大,就得建在更深的海床处,最起码要 30 米深,否则扇叶会突出海面,但建在深处兴建与维护成本居高不下,成为两难习题。

牛津大学与开普勒能源为了克服这个传统障碍,发展“横向水平轴水涡轮”(Transverse Horizontal Axis Water Turbine,THAWT)技术,所谓横向水平轴水涡轮造型类似长竹笼,其概念来自于陆上垂直式风机的一种:打蛋器式转子风力发电机(Darrieus wind turbine)。打蛋器式转子风机顾名思义,外型有点像打蛋器,扇叶位于相当于打蛋器的外圈钢丝的位置,成一个薄片状,薄片有一定角度,随着转子旋转时,角度会旋转,使得打蛋器有一边扇叶迎风城受风力,另一边扇叶顺风不受风力影响,因此产生转动力。

打蛋器式转子风机的扇叶向外突出的程度,小于传统辐射式扇叶会向外刺出的幅度,所占空间较小,但往往有结构脆弱、易在强风中损毁的特性,更别说在强大海流中生存,因此,横向水平轴水涡轮采用其概念,但把其造型改成竹笼式,扇叶与支撑结构形成三角构面,构造更为坚固,而扇叶也更不向外延伸,整体结构占空间更小,可适用于较浅海域。而由于竹笼式扇叶的转速较慢,也不用担心会伤害游经扇叶的鱼类。

横向水平轴水涡轮的构造是两组“竹笼”并排,设立三个基桩,两组竹笼式扇叶夹于其中,整个可动部位只有竹笼,而发电装置则位于基桩中的干舱间,可免受海水侵蚀,扇叶本身可保用 25 年,基桩与其中的电力设施则可有 100 年寿命,团队预估每一公里长的装置,最高可有 30 百万瓦发容量。

布里斯托湾具有漏斗形地理特性,能放大潮浪的效果,部分专家认为,若能彻底利用布里斯托湾的潮浪能量,可以供应英国 5% 能源需求。

团队也认为横向水平轴水涡轮系统可与人工潟湖互补,因为利用潮差发电时,发电能力最好的时候是最高潮与最低潮、潮差最大时,但这时没有潮水流入或流出,刚好是潮流发电发电量最少的时候,而反之当潮差较小时,也是潮流较大的时候,两者并用,可以互补而更稳定发电。

研发团队已在纽卡索大学对原型机进行 2 次压力测试,未来计划设置于英格兰与威尔士之间的布里斯托湾,预算 1.43 亿英镑,可于 2021 年完工上线,也考虑输出技术到亚洲国家。竹笼式扇叶这种新颖的想法,能否将海洋能源拖出泥淖之中,成为具有商业价值的能源技术?就看其实际应用后发展如何了。

  • New tidal energy system could help power UK, say developers

(首图来源:YouTube)

延伸阅读:

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2019-03-16 01:31:00

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