海浪能的未來

　　1974年，愛丁堡大學教授Stephen Salter將他的“機器鴨子”送入蘇格蘭海域，啟動了世界上第一個大型波浪能項目。但事實證明，對于他的浮動發電機來說，海浪的確是過于洶涌了。

　　“我們必須問自己。”馬薩諸塞大學阿默斯特分?？稍偕茉粗v座教授Krish Thiagarajan Sharman說，“為什么我們在這方面工作了這么長時間？為什么我們在世界上還沒有規?；牟ɡ四芟到y呢？”

　　答案是：波浪能技術需要成本更低、產生更多能量、更好、更長久地勇敢面對海洋環境。但現實的確堪憂。

　　現在，國家可再生能源實驗室(NREL)的海洋能源團隊設計了一個可以滿足這些需求的系統?？勺儙缀涡螤?、振蕩的浪涌能量轉換器為波浪能采用創造了機會。

　　兩年前，這一概念獲得了美國能源部技術商業化基金(TCF)的獎項，這是一個近3000萬美元的資助機會，旨在幫助有前途的能源技術走向商業化。在TCF獎的支持下，NREL的機械工程師Nathan Tom與Sharman合作。他們一起將波浪能機器系統從理論轉變為實踐，推動潛在解決方案更接近商業化，并使波浪能更容易廣泛部署。

　　“所有波浪能設備都需要在海洋中生存數年。”Sharman說。“這是一種方式。”

　　波浪能可能無法在短期內與全球風能和太陽能發電量相匹配，但它仍然是清潔、可再生能源的重要來源。波浪比太陽能或風能更可預測和更可靠，它們可以為電力難以到達的地方提供電力，例如沿海社區和偏遠島嶼，這些地方目前依賴昂貴的碳密集型柴油進口。波浪能設備還可以為深水域的近海捕魚、海洋研究或軍事行動提供動力。

　　今天，推動波浪能前進的動力并不大。今天的設計的“機器”步履蹣跚。海洋蘊含的能量比任何風都強，雖然最近的一些波浪能發明配備了沉重的鋼制載體，但這種裝甲太重且昂貴，無法使這項技術可行。今天，大約35%–50%的波浪能成本用在結構改進上。

　　“我們的系統太重了。”Tom說。“為了承受真正極端的負載，負載比設備運行和發電時高幾個數量級，它們用太多的鋼材建造。我們需要開始跳出思維死角。”

　　NREL的設計采用了鋼箱之外的結構。為了從波浪中獲取電力，成本效益更高、結構重量更輕、更堅固。波浪能轉換器使用了一個矩形槳，它在底部鉸鏈上來回擺動，就像風中的香蒲一樣。搖擺槳是波浪能裝置的常見設計特征。但這一款的適應性要強得多。隨著波浪從生產性轉變為破壞性，設備的操作員可以打開一個或多個水平襟翼，為劇烈的能量逃逸創造間隙。

　　這種額外的控制水平不僅可以保護設備，還可以幫助轉換器產生更多能量。當海面變化時，遠程操作員可以切換每個襟翼以盡可能多地提取能量。

　　利用TCF獎的資金，Tom和Sharman建造了他們的第一個小型原型機，并在大學的波浪池中進行測試。該項目團隊包括馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究生Jacob Davis和博士后學者Jessica Nguyen。國家可再生能源實驗室本科生和研究生研究實習生Cole Burge和Salman Husain也做出了貢獻。

　　“對可變幾何結構的研究對我的職業軌跡產生了巨大影響。” Davis說。“事實上，這段研究經歷極大地激發了我的熱情，以至于我現在的博士學位的工作重點完全是對海洋表面波的測量和理解。我期待在職業生涯中，將這些知識應用于與海洋相關領域。”

　　該團隊一起檢查了他們的理論模型與實驗數據，發現模型準確地預測了設備的性能，這讓他們松了一口氣。那是一個充滿希望的開始。

　　“我可以很快設計一些東西放到水中。”Tom說，“但如果它只產生1瓦的功率呢？這將花費我很多錢——船、潛水員、從海上拉到陸地的電纜——這并不便宜。”

　　Tom說，這一“重大舉措”伴隨著巨額費用和高風險，使得潛在的波浪能投資者慎之又慎。

　　但這項研發工作也需要資金，這就是TCF獎項的重要之處。“我們希望在業界認為'好吧，這是個好主意’的情況下開發出足夠多的專利技術。這就是我想嘗試的東西。”Tom說。“那時我們將把它轉移到工業上。為此，TCF的資金非常有幫助。”

　　該獎項還允許團隊測試他們設計的另一個新穎方面：凸起。通常，振蕩的沖擊波能量轉換裝置，是固定在海床上的，在那里旋轉的碎片和沙子會干擾操作。該設備通過一根柱子從海底升起，可以避開這些障礙物，并可以進入沙子和地表之間或更深水域中的更多位置。因為表面的水通常更有活力，為到達這些區域的設備提供更多的能量。

　　總之，凸起和可變幾何形狀這樣的設計可以幫助波浪能設備比以前更好地適應海洋環境，包括Salter的“機器鴨子”（盡管這些早期的嘗試對于推動行業向前發展至關重要）。

　　“我們認為波浪不是一種可以忽視的力量。” Sharman說，“而是可以用來利用的能量。這是一種非常全面、共生的方法來讓我們與海洋互動。”

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