巨蟒發電

巨蟒發電是利用海洋能來發電的，由於設備裝置像一條巨大的蟒蛇，因此叫“巨蟒”發電。在全球能源短缺的今天，科學家也在絞盡腦汁，構想了許多非同尋常的發電招數。 “巨蟒”裝置的兩端都是密封的，裡面裝滿了水固定在海水表面以下。海浪拍打到管子的一端使之受到擠壓，在內部形成“激突波”，即內部壓力波。激突波使渦輪啟動，於是電能產生。

基本介紹

• 中文名：巨蟒發電
• 外文名：pelamis wave power
• 介質：海浪
• 性質：新型無污染可再生髮電形式
• 領域：能源
• 學科：工程技術

概況

概述

一根巨大的橡膠管———因其像蛇一樣的外形而得名“巨蟒”，被安放在遼闊的海面上，一個巨浪打來，它被吞沒，但過不一會，它又出現了，短暫的起伏瞬間，連線這根管子的特殊裝置已經收集到了可觀的電能。

“巨蟒”裝置的兩端都是密封的，裡面裝滿了水。這種設計可以使其固定在海水表面以下，一端朝向海浪襲來的方向。每次海浪拍打到管子的一端使之受到擠壓，在內部形成“激突波”，即內部壓力波。激突波在管子裡面傳動，而引起激突波的海浪則在管外以同樣的速度流動，這樣就對管子形成了越來越大的擠壓，於是激突波也會越來越大。隨之，激突波使得固定在裝置另一端的渦輪啟動，於是電能產生，並通過一根電纜傳送到海岸上。一直以來，人們知道海浪能製造巨大的能量但苦於沒有途徑收集，現在，“巨蟒”或許可以解決這個問題。

系統組成

和“海蛇”一樣，“巨蟒”也由採集和轉換兩大系統組成。由於橡膠材料良好的伸縮性，它捕獲海浪能的本領更強。再想像一下人體的“脈搏”：心臟有節奏的跳動以“脈衝”的形式傳遞到動脈血管所及的部位——這是生命的能量，而“巨蟒”的能量轉換和這頗為類似。海水的上下擠壓在灌滿海水的“血管”壁里形成一股“水脈衝”。當海浪強度和速度合適時，“巨蟒”體內外的兩股波動便會相互激盪，產生共鳴。當這股強有力的“脈衝”能量傳遞到另一端的渦輪發電機上時，就產生巨大而穩定的電能。

工作原理

它在海里看起來是這樣的：

1、將“巨蟒”固定在離岸1.6到3.2 千米外的海底。

2、海浪把“巨蟒”的前端升起，令膠管內的水產生脹波。

3、海浪向前推進和拍擊，令膠管內的脹波不斷移動。

4、脹波擠入末端的渦輪，將波浪能轉化成電力，再經電纜傳送到陸上。

經濟價值

分析

1 兆瓦功率“巨蟒”成本僅為10 萬元。這種橡膠製成的海浪發電機，解決了海浪對機械裝置造成毀滅性破壞的根本問題，並且成為能量巨大的海洋“捕能獵手”。因風而起，也像風一樣不可捉摸的海浪會被“巨蟒”馴服嗎？

青島嶗山往東，有座不足1 平方千米的大管島，島上百來號居民多數以捕魚和養殖為生。這裡不通電話，更別提併入電網了——為這座小島單獨鋪設一條海底電纜顯然不划算。“九五”期間建起的波浪試驗電站曾帶來過希望。然而，“兩年前開始就不好用了。”島上唯一一家旅館的老闆廉建正有些失望。由於控制用電，島上只有晚上6 點到10 點的4 個小時才供電，而且不夠穩定，價格也貴，他只好自掏腰包購買了一台4 千瓦的汽油發電機。但是電還是不夠。只有自家的太陽能熱水器熱熱水還行，旅館裡的電視基本不用。到了旅遊旺季，尤其是夏天，“風扇和冰櫃一開起來，電就更不夠了”。

解決問題

在中國漫長的海岸線上，像這樣急需解決居民用電難題的海島還有不少。大管島波浪能電站是國家海洋局“海島可再生能源獨立電站”示範項目之一，還未推廣。全世界有六十多家公司在建設海浪發電站，有幾百台海浪發電裝置投入運行，但它們的發電能力都比較小。其實，在人所能及的淺海，海浪每秒鐘在1 平方千米海面上約能產生20 萬千瓦的能量，比風更有力量，能量密度約為風力的800 倍，僅次於核能。如何將不穩定的海浪能轉換為穩定輸出的電能，避免變幻莫測的海浪對機械裝置造成損壞，一直是技術上難以逾越的障礙。

發展

在英國蘇格蘭東北角的奧克尼群島，這裡的海域風急浪高。海浪不僅時常折斷過往船隻的桅桿，甩出的小石塊還常將岸上百米高處的居民房裡的玻璃擊得粉碎。1872 年的一個巨浪，甚至把一塊1370噸的混凝土龐然大物移動了15 米之遠。在能源專家眼裡，這裡卻正是世界上海浪能強度最高的地區之一。2003 年，全球首座海浪發電試驗場就在這裡問世。歐洲海洋能源中心讓奧克尼成為人類探索近海能量最大的公共實驗場。

“海蛇”發電的試驗就在奧克尼進行。這條長達140 米的紅色“海蛇”Pelamis 看上去甚為平靜。“海蛇”的發明者理察· 耶姆(Richard Yemm) 是一名終身海員。愛丁堡大學的工程學教授史蒂芬· 索爾特(Stephen Salter)這樣描述“ 海蛇”：“它運轉起來非常好看，就像一條友好的大鯨魚。”

“首先得讓設備存活下來。”Pelamis 的商業開發主任馬克思· 卡爾卡斯(Max Carcas)說。好在耶姆的天才設計能夠避免風暴的摧毀。它由4 節直徑為3.5 米的圓柱形不鏽鋼紅色浮筒鉸接而成，它的“嘴”垂直於海浪的方向，每當海浪翻滾過來，它的身子就會隨著波浪上下起伏，水壓通過“嘴”上的閥門傳遞進去，推動軀體內的液壓活塞作往復運動，驅動發電機發電。當大海中出現高強度的海浪時，Pelamis 會像真的海蛇一樣，潛入海浪中，穿梭自由，而不會有毫髮損傷。

“海蛇”的出現，將當時全球海浪發電的效率發揮到了極致。然而來自南安普敦大學的約翰· 查普林(John Chaplin)教授帶來的“巨蟒”卻更讓人吃驚。它體積更大，長約200 米、直徑達7 米，重量卻更輕。主要的秘密在於材料，“巨蟒”通身用橡膠製成，從外面看上去和一條長長的橡膠水管沒多大區別，而“海蛇”則是不鏽鋼、混凝土和橡膠的混合。

在奧克尼的試驗結果表明，“巨蟒”捕獲海浪能量的能力約是“海蛇”的3 倍，平均可達到1 兆瓦的功率。這意味著它1 小時的工作，就可以滿足數百個家庭生活用電的需要。

曙光和尷尬

曙光

“海蛇”甫一問世就吸引了葡萄牙的密切關注。2007 年，該國政府以每根約30 萬人民幣的價格，向英國海洋能源公司購買了30 台以上的“海蛇”，建成了世界首座商用海浪能發電廠。葡萄牙為此甚至不惜動用國家力量，通過強制執行的上網電價政策推動其推廣。海浪發電似乎終於踏上了邁向商業化的征程。

“巨蟒”的發電能力超過“海蛇”，其成本卻不及後者的三分之一。據目前橡膠業的行情，一根1兆瓦的“巨蟒”成本只在10 萬元左右。也就是說，1000 瓦功率的發電機只需要花上100 塊錢。如果按每度電平均5 毛錢計算，就意味著，只需有效工作200 個小時，就可以收回成本，這樣算來，甚至會比目前新能源電力市場上占主導的風力發電還要省錢。不僅如此，“巨蟒”更好的抗衝擊和抗腐蝕能力使得維修成本也大幅降低。

尷尬

然而，“巨蟒”或是“海蛇”悄無聲息地在水下造電時，使喜歡在近海游泳和衝浪的人們感到危險。在葡萄牙之前，英國政府也有類似計畫, 可還未出台，就在英國國內引發了巨大爭議。最大的反對者群體來自有50 萬之眾的衝浪愛好者。他們擔心，建海浪能發電站會破壞他們鐘愛的海灘。最後環境部門出面作了評估，結果表明，“最多能製造出一點噪音。轉動部分很緩慢的移動，使得海洋動物應該可以很容易地避開它們，但不能幹擾飛行和雷達，因此必須避開海中航線，而且必須有明顯標記。”行事保守溫吞的英國人最終錯失了將自己人發明的“海蛇”最先投入商用的良機。

對於“巨蟒”是否可以避免海浪對機械裝置造成的毀滅性破壞，中國的科學家表示了謹慎的懷疑。“如果不能在真正的海浪環境下保證一至兩年持續而穩定的供電，就談不上商業推廣。”中科院廣州能源所海洋室主任游亞戈說。據他介紹，中國在海浪發電站開發過程中就有類似的問題。在“九五”和“十五”期間，廣州能源所在廣東汕尾市的遮浪半島也建造了波浪能試驗電站，分別測試了兩種不同的波浪能轉換裝置。關鍵技術已經突破，但一根重要的軸在入水工作若干小時後就不幸折斷，後來在軸的斷裂處竟然發現了焊點。在強有力的海浪面前，發電裝置出不得絲毫差錯。

另一個考驗來自電價。據中國國家電監會發布的年度報告顯示，去年風電的平均上網電價為每千度電618 元，而火電僅為346 元，價格相差一半以上。目前中國若是把海浪發電併入電網，電價格將會更貴，能否吸引普通用戶的青睞是個未知數。看起來，儘管國際市場需求暗潮湧動、創新技術曙光初顯，但在中國，談論海浪發電的產業化似乎仍然為時過早。在邊遠海島、鑽井平台、深海採礦等場所建設海島獨立電站仍然是當前的重點。

海洋能

海洋占地球表面積的71%，面積達3.61億平方千米。以海平面計算，海洋的平均深度卻為380 米，整個海水的容積多達1.37X109 立方千米。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能等。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。全球海洋能的可再生量很大，上述5 種海洋能理論上可再生的總量為766 億千瓦。

波浪能量有多大？

海浪通過風的推力形成，卻比風的能量要密集得多。科學家發現，海浪能量的大小，與波浪的周期成正比，與波高的平方成正比。假如波高為2 米、周期6 秒，1 米長的海岸線受到的波能功率就是24 千瓦。若取平均波高1米進行估算，全球可開發利用的海浪能總量約在20 億千瓦左右，是目前世界電產量的2 倍，在海洋能量形式里，僅次於潮汐能。如能全部收集起來，至少相當於建100座三峽電站。

海浪發電歷史演化

1.1898 年, 法國人弗勒特切爾從給腳踏車打氣的打氣筒受到啟發，設計了一個帶著圓柱筒的浮體,，海浪上下運動，壓縮圓柱筒內的空氣，去吹響一隻哨笛。這就是海上“警笛浮標”，用來給過往船隻提供預警。這是人們直接利用海浪能的初級形式。後來，人們想到利用它來驅動汽輪機發電。

2.第一座真正實用的裝置直到1964 年才由日本人研製出來。這是一盞航標燈，功率只有60 瓦。雖然60 瓦機器的電力只夠點亮一盞燈，它卻成為了人類海浪發電史上的里程碑。之後，各種奇思妙想被不斷運用到這個領域，越來越多的國家也開始加入開發海浪發電的大軍。最早由英國科學家弗朗西斯· 法利和羅德· 雷尼共同提出的這個創意就是其中的一個。

3.1995 年，英國Wavegen公司在蘇格蘭附近海域建造起2 兆瓦容量的“魚鷹”號海浪發電裝置，還沒等到正式發電，就被強風暴所摧毀。惡劣的氣候和強大的風暴等自然因素還推遲了歐盟的海浪發電站建造計畫。在蘇格蘭西海岸的艾斯雷島上，Wavegen 公司建造的500 千瓦的“帽貝”海浪發電機已經向電網供電，這是當時世界上最成功的海浪發電裝置，然而它卻是安裝在海岸上的。

4. 全球已有六十多家公司在建設海浪發電站，已有幾百台海浪發電裝置投入運行，但它們的發電能力都比較小。而相應的設計方案更多達上千種。僅是採集系統的形式就有振盪水柱式、振盪浮子式、擺動式、鴨子式、浮筏式、蚌式等等，不勝枚舉。