潮汐發電機，利用漲潮落潮時的海水落差發電，目前還在技術摸索
358 次觀看·2024年9月26日
眼前這個長得像飛機的玩意兒其實是一臺發電機
而這個長得像潛水艇的東西同樣也是一臺發電機
而且它在水下還有一對類似飛機的大翅膀
這些奇怪的設備其實都是潮汐發電機
想要了解潮汐發電我們要先了解潮汐的基本原理
大家都知道大海每天會有兩次漲潮退潮
這種現象源於月球和太陽的引力
因爲潮汐鎖定原理月亮永遠只有一個面對着地球
也就是說我們在地球上永遠看不到月球的背面
但地球可是會自轉的
在自轉的過程中月球會對海洋產生一個引力
簡單的理解就是面對月球那面的海水會被吸起來形成漲潮
注意這裏還有一種情況是地球月亮和太陽成爲一條直線
也就是每個月初一和十五月亮最圓的那天
因爲加上了太陽的引力所以會有更大的潮汐
稱之爲朔望潮
其實對這種自然能量的運用人類自古以來就有
眼前這個潮汐末房至今有八百五十年的歷史
末房外面是一個池塘
池塘的進水口是一個單向閥
海水在漲潮的時候會通過閥門將其灌滿
末房的基本原理就和普通的水車一樣
裝滿海水的池塘只要往外排水就可以推動輪軸
輪軸帶動末盤可以以每分鐘五十圈的速度碾壓穀物
這種潮汐末房在工業革命以後就逐漸沒落
因爲其效率遠不及蒸汽機
時間來到1966年
法國在聖馬洛灣建起了世界上第一座有商業價值的潮汐電站
它利用高達八米的潮汐落差發電至今仍在運營
二十四臺渦輪機每臺有一萬千瓦的發電功率
但潮汐電站並沒有得到廣泛反擊
因爲在運營過程中人們發現這種電站會破壞海洋生態
在往後的幾十年間
人們對清潔能源的研究轉向了風能和太陽能
但前者很快就暴露出了最大的問題
太陽和風都是不穩定的
而潮汐則有準確的時間表
對於需要穩定持續輸出的能源利用項目而言
那麼將風電的原理放到潮汐發電項目上有沒有搞頭呢
AR1500潮汐渦輪機於2016年開始在英格蘭北部組裝
一切能源利用是否可行最重要的標準是有沒有商用價值
這裏要打造的是全球最大的潮汐能陣地
它的原理和大型風力發電機類似
最大的區別是驅動渦輪機的動力從風能變成了潮汐帶動的海水動能
AR1500安裝在三十米深的海底
機座固定在海牀上
由電線連接併入電網
漲潮和退潮的時候水流的方向是不一樣的
所以它頂部的機艙也要隨着潮起潮落180度的轉動方向
目前這個潮汐渦輪機陣列每個只有1.5兆瓦
相比動輒16兆瓦的大型風力發電機而言
潮汐渦輪機還屬於起步階段
不過最少對環境的影響比傳統的潮汐發電佔小很多
畢竟它不會像一個大壩一樣擋住河流的入海口
AR1500渦輪機在投放使用以前要經過嚴格的測試
水的阻力大概是空氣的800到900倍
潮汐渦輪機在出廠以前要經過數百噸側向力的負載測試
內部有大量精密電子系統
相比普通的風力發電機還需要更嚴密的密封和防腐蝕測試
英格蘭的這個潮汐陣列選址在了奧克尼羣島附近
這裏的潮汐流速可以高達10英里以上
從地圖上可以看到這裏一邊是北海一邊是大西洋
羣島之間的間隙形成了一個類似漏斗的形狀
而且這個地方距離英國本土很近便於電力輸送
是潮汐發電的完美選址
AR1500的每個葉片30英尺
機艙聯同葉片總重量150噸
而爲了在海底固定住這麼大的機艙
工程師們用了1300噸鋼材爲它在海底打下基座
安裝施工同樣因爲潮汐的影響難度變得極大
那片海域一天中有20小時海水流速都在10英里以上
只有漲潮和退潮交替的一個小時水流相對較爲平緩
這裏工程師們用到的是動態定位船
它通過衛星定位保持相對靜止
爲了能在水下精準完成機艙和底座的對接
還需要放下去一個監控用的機器人
這個安裝過程用簡單點的比喻有點像套杯子
機艙下方的椎體只要和底座對接上就會自動固定
重力會將它死死地壓在底座上
到時候維修保養只需要把機艙用起重器吊起來就可以了
看到這裏很多小夥伴可能已經發現了這個項目的問題
整個潮汐渦輪機都是24小時泡在海水裏的
而且靠近海底
潮汐會帶起海底的泥沙
本來海水就高鹽腐蝕性很強
發電機長時間被泥沙衝擊很容易破壞掉表面的防腐層
而且一個1.5兆瓦的機艙就重達150噸
後期它的維護費用都高到難以想象
運營這個項目的公司CEO傑森看到了這個問題
爲了降低後續運營成本
他於2017年開始研發第二代潮汐發電系統
這次他安裝位置放在了勞拉瀑布
採取了浮動平臺設計
它的外觀看起來就是一條普通的船
只不過用發電機取代了原來發動機的位置
這條船用鋼纜固定在原地
每條船4臺280千瓦發電機可以抬起到海平面之上隨時維護
當需要工作的時候再放下去
每當潮水轉向的時候浮船又會自動轉向
更重要的是它距離海平面更近
遠離泥沙衝擊以後大大降低維護成本
當然目前你看到的這個小船隻是一個試製品
團隊對其進行了長期觀察
主要是爲了避免渦輪機的噪音對海洋動物的影響
而這臺機器真正的成品於2021年2月才製作完成
它的首次下水地點選在了加拿大的芬迪灣
它隨着漲潮飄入海灣
然後被錨定在流速最急的位置
它產生的電力最終會被輸送到附近島嶼和沿海社區使用
但問題又隨之而來了
這種設計的船體只能搭載小型發電機
一旦功率太大
整個船都會被渦輪機產生的巨大扭矩推入水中
這就好像是卡羅拉上裝了一臺6.0T的發動機
爲了解決這個問題
軌道O2號誕生了
它全長達到72米
兩個懸翼的直徑達到65英尺
這種纖細的設計正是爲了解決大功率潮汐發電時的強大扭矩
它的尾部有很長的空浮桶用於抵消這個扭矩
這裏又出現了問題
尾部的浮桶太長又會導致強度不夠
設計團隊將尾部的外殼鋼板增厚到了40毫米
內部最後的加強鋼更是達到70毫米
可以看到兩個巨大的懸翼可以通過液壓之壁收起來
這種設計可以方便拖船將它拉回港口維護
在兩年的運營中
軌道O2號經受住了4米高海浪的衝擊
一年發電量達到了三級瓦
打破了單個潮汐發電機的記錄
看到這裏聰明的小夥伴應該也發現了這種設計的問題
因爲體型過大軌道O2號的自重已經達到550噸
帶液壓收縮的轉子機艙設計雖然可以讓它更方便的回港維修
但這個機艙卻永遠都在水面之下
回是回來的最終想要維修它還是要把整條船弄出水面
機艙內部可是有大量電子設備
在運營過程中只要裏面壞了一個保險都要停機拖回岸上修幾個星期
2020年7月
軌道O2號進行了液壓系統的升級
設計團隊要在這對翅膀上加上一套液壓裝置
讓發電機艙可以直接擡出水面進行維護
2021年1月該版本的O2號再次拼裝完成
截至目前它還在進行進一步的改進測試
這次改裝加入了一套複雜的液壓機構
O2號的體重越來越大成本也越來越高
這就是無盡堆料帶來的後遺症
瑞典的這個廠家有了不一樣的想法
既然做大了會面臨各種問題
那還不如做一堆小發電機
這樣不僅能適應不同海域還便於維護
他們的想法是做一架在海底的飛機
當然這個飛機是打引號的
這玩意目前還沒有正式的名字
我們姑且就叫它飛機好了
其實從工作原理上看它更像是風箏
它用一根纜繩固定在海底
同時電力也是通過半型的電纜輸送到陸地
團隊在飛機內部設計了一套自動控制系統
它會利用陀螺儀調整機翼和方向度
使其順應水流的方向以獲得最大的電力
當然這一切都是通過軟件自動完成
目前每個海底風箏可以穩定的以每小時
100千瓦的功率發電
而往後的改進工作依然在緊張的進行中
從基座固定式到最後的小型風箏發電機
整個潮汐發電行業目前都還處於摸索階段
風電和太陽能都有不穩定的痛點
畢竟不是每天都有風和太陽
不穩定的電量對於主電網是不小的挑戰
而潮汐發電則可以24小時穩定發電
但目前它同樣面臨成本居高不下的缺點
這期節目就到這裏
我是小豬帶你看遍天下奇聞異事