@ 2016.04.23 , 20:00
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能支撑美国三分之一用电量的海上发电装置

人类痴迷于海洋

或许是因为海洋就像太空那样完全不适合我们生存。又或者是因为我们从岸边遥望大海深处时才深知自己的渺小。毋庸置疑的一点是,海洋是如此的强而有力——比任何人类都要强大的多,令我们对海洋无比敬畏的同时又充满迷恋。这一切听起来富有诗意,不过一部被称作“海神”的设备也许可以帮助人类文明驾驭那浩瀚无边的能量。可以想象在拥有332519000立方英里(约为1385999652.41立方千米)海水的大洋中,波浪的涌动蕴含着巨大的动能。

为了利用这些潜在的能量,总部设在美国的可再生能源公司Oscilla Power的研究员们开发了一种飘浮在海平面上的,拥有一系列发电机和浮桶的波能转换装置(Wave Energy Converter,简称WEC)。这个装置依靠海底缆绳进行固定,并且没有使用任何外部运动部件来收集能量,也就意味着它可以完美的适应波涛连绵的海洋。

事实上,研究人员希望这个装置能够整体运动起来,因为基本上那就是它发电的原理。正如他们介绍的,“海神使用了依靠伸缩灵活的吊索连接在非对称垂荡板上的结构,这种独特的结构让它可以通过沉浮、俯仰、摆动和侧倾等运动收集能量。”

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高效能量收集和转换

海神的动力传动系统采用了可变线性液压变速箱,它可以将吊索上的荷载放大并传输到发电机。变速箱是类似于在液压机中使用的高可靠性的静液压系统。它的好处就是提供了一个常规的旋转齿轮箱的功能,又避免了使用复杂的移动部件。具体一点说就是,它可以使波浪产生的力与发电机输入力之间达到最佳匹配,从而使发电机运行在最高效率的同时允许将系统调整到与输入波耦合的状态。

每个WEC都拥有最佳的力学/排水剖面,可以在每次波浪冲击时都使机械能收集和转化效率最大化。海神的发电机在很大程度上独立于海面平台,线性变速箱的设计允许负载放大系数在操作过程中根据波浪状态调整到最佳水平,使海面平台和发电机的相对位移保持在最佳水平,所以相对于其他WEC来说,海神系统可以在更多的海洋环境状态下最大限度的进行动力传输。

线性变速箱的应用不仅降低了成本,提高了可靠性,还对增加功率传输带宽有着显著贡献。它也允许采用非连续性控制策略,比如可以在对发电机和海上系统不增加任何多余负荷的情况下进行锁定和切断离合,这就使得系统可以利用先进的主动控制算法在较平缓的海域收集能量。

虽然现在说这些有点早,不过如果研究小组成功实现他们的实际目标,那么海神将能够提供美国用电总量的三分之一,同时那也相当于全球用电量的15%。那么,我们所说的所谓巨大的发电量到底是多少呢?研究小组表示每一个海神发电装置可以产生600千瓦(kW)的功率,而美国家庭月均用电量为911千瓦时(kWh)(约1.26千瓦)。那相当于一个装置就能满足500户的用电,这比一整个风力发电机组生产的电力要多得多。

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相比其他WEC来讲,海神具有五个优势:

1、多模式能量收集/宽频带响应。由于使用了伸缩灵活的吊索连接在非对称垂荡板的独特结构,海神可以通过沉浮、俯仰、摆动和侧倾等运动收集能量。
2、高效能量收集和转换,通过原动机和发电机解耦,海神的低位移动力传动系统的机械能到电能的平均转换率大于75%。
3、低成本的“拖曳和放置”安装方式。
4、高适应性和可靠性。
5、使用低位移传动系统。

海神系统可以集中部署成为达到公用事业规模的发电厂。它的可行性验证已经包含了大规模的波浪水槽测试,关键部件的流体动力模型验证和加速可靠性测试,以及在两大洋的部署实验。

本文译自 sciencealert,由译者 透明的猫 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 20+1

  1. 3121631

    还不如中国现在要上的海上浮动核电站来的可行点…

    [8] XX [39] 回复 [0]
  2. 虫合
    @1 year ago
    3121636

    全靠浪

    [114] XX [1] 回复 [0]
  3. 3121663

    看小图还以为超载鸡躺在海面上

  4. Spector
    @1 year ago
    3121664

    @Hong: 呵呵

  5. 3121694

    我咋看到高效吸收几个字就不想看了。

  6. 鸡飞狗跳
    @1 year ago
    3121696

    海神能源?我记得里面有个发光种的。。。。。。。。。。。。。。。

  7. 3121697

    这样的缆索结构,那就是说基本在浅海玩儿了?

  8. 纵横
    @1 year ago
    3121708

    每个字都认识

  9. 3121746

    吹牛也要有个限度

  10. brahmagupta
    @1 year ago
    3121766

    不是很久之前就有利用潮汐能发电的“海蛇”系列?

  11. 另一座
    @1 year ago
    3121782

    传输是个大问题

  12. 搞笑呢
    @1 year ago
    3121864

    @goph: 你眼神真好,我咋找半天都没看见高效吸收几个字呢?

  13. 柳道道
    @1 year ago
    3121954

    潮汐能是不可再生的,大规模利用潮汐能的后果非常可怕。

  14. 帮主
    @1 year ago
    3122066

    严禁在海里乱拉电线!还让不让海里的生物活了。

  15. 纯少
    @1 year ago
    3122104

    @Hong: 第一,不许说煎蛋小学生不懂的东西,软件类除外。第二,不许不黑中国。这是煎蛋现在的生存第一法则。呵呵

  16. 金三胖胖三斤
    @1 year ago
    3122208

    垃圾纯少 @纯少

  17. 撸神
    @1 year ago
    3122410

    @柳道道: 潮汐能不可再生这是什么理论…………

  18. 3122490

    这才叫浪催的。。。

  19. 3125233

    @撸神:
    潮汐能的来源本质上是地月的动能

  20. 航海小王子
    @11 months ago
    3321747

    @柳道道: 潮汐是地球和月球之间的引力形成的,只要它们还在,就可以认为潮汐能是可再生的能源。人类距离大规模开发潮汐能还有很远距离呢。大自然的能量循环不息,要耗尽地月核心能量,几乎是不可能的。但是不合理的规划,确实有可能带来严重问题。
    开发潮汐能,如建造一个潮汐发电站会给潮汐区域带来一系列物理、化学、社会经济方面的环境影响。这些影响包括发电站对潮汐区域的影响、对航海和渔业生产的影响,以及对蓄水池地区的生态影响,尤其是修建潮汐水坝所引起的有形障碍影响更甚,例如能产生成层作用、水土流失、泥沙淤积等生态后果。在一些污水从陆地排人海洋的地区,建造潮汐发电站会在蓄水区导致严重的污染问题。由于筑坝蓄水,污染物浓度得不到潮汐的稀释作用,会导致缺乏溶解氧而无法满足分解微生物的需要,而且由于水流速的降低,可沉降物质沉积在被阻挡的溶解氧含量低的深水中,底栖生物可能被窒息,被污染的海水也会使鱼虾类海洋生物难以生存。

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