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 透明的猫 编辑发布。