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用海洋风发电会否成为新潮流

来源:http://www.workrewired.com 作者:电工电气 人气:111 发布时间:2020-03-24
摘要:早些时候,有研究表明陆上风电场只能提供每平方米1.5W功率,而不是过去估计的7W,而现在,来自美国卡内基科学院研究人员发布在美国国家科学院院刊的研究预测,若是在北大西洋建

早些时候,有研究表明陆上风电场只能提供每平方米1.5W功率,而不是过去估计的7W,而现在,来自美国卡内基科学院研究人员发布在美国国家科学院院刊的研究预测,若是在北大西洋建设海上风电场,年发电量可能达每平方米6W以上,足足高出陆地3倍有余,这是因为海面比陆地平坦得多,没有摩天大楼或巨型雕像干扰风的流动。此外,陆地的涡轮机只能从大气层最低层收获动能,但海洋大气环流模式允许海上涡轮机利用整个对流层的动能。 报告还指出,北大西洋的海上风速比陆地风速高出70%以上,这是陆地永远可望不可及的境界,因为陆地涡轮机受限于土地和人造设施影响而产生风寂区,加上每个单独风力涡轮机在提取风能的同时会减少其他涡轮机的收集量。卡内基科学院大气科学家肯尼思˙卡尔德拉解释说:“每当风吹过第一排涡轮机,第二排涡轮机就只剩下四分之一能量可捕捉。” 从年平均值来看的话,北大西洋的风力发电足以提供全世界动力。研究人员计算,如果可以在北大西洋扩展约300万平方公里建设商业化海上风力发电场,就能满足目前全球能源的18TW需求量。 当然,研究只是一种理论,因为北大西洋海上风在夏季并没有那么强大,此时风电场甚至无法为整个欧洲提供足够电力,而庞大规模的风能捕获技术到现在也还不存在,更不用说要将这些电力运送到岸上了。 目前,陆地的风力涡轮机安装量逐年增加,沿海地区的风力涡轮机安装量也逐渐看长,不过深海开放式风力涡轮机还不多,这种技术需要漂在水面上的浮动涡轮、非常大的浮动结构,以及将整个涡轮机锚固到海底的电缆。肯尼思˙卡尔德拉说,今天的研究尚不会发挥规模经济效益,但一旦开始思考,就能激励这个产业。

这项研究由卡内基科学研究所的安娜波斯纳领导,并且获得了卡尔代拉的支持。这项研究开始之前曾有研究发现,陆地风力发电场产生的能量可能存在上限,因为大自然和人类在陆地上创造的结构会减缓风速。此外,每个风力涡轮机都会从风力中提取部分能源,并将其转化为我们使用的电力,这会导致其他涡轮机收集的风能不断减少。卡尔代拉解释说:如果前排涡轮机能吸收半数风能,那么第二排涡轮机可吸收的能量只剩下1/4,而且会越来越少。

一份新研究指出,如果人类愿意用涡轮机覆盖大片海域收集海上风能,则北大西洋冬季可产生的海上风电便足以为全球提供足够动力——当然,这纯粹只是理论计算,实际上光是想法子在极端海洋环境中安装、维护那些涡轮机就令人头疼。研究人员想表达的是,远洋环境的浮动风电场比陆上风电场带来高出3倍以上的发电量,这可能会成为风能技术锁定的下一个重要里程碑。

对这项技术的实验已经在进行:英国国家石油公司正计划在苏格兰沿海建造大型的海上风力发电场,该农场将位于100米深的水域,拥有15兆瓦发电能力。这些涡轮机高达253米,其中海面下的漂浮部分就将占78米。卡尔代拉说:我们所描述的东西今天看起来可能不符合经济成本,但当你沿着这个方向开创新的行业后,就能为它的发展提供新的动力。

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长期以来,能源专家们始终认为,在可再生能源中,太阳能拥有最大的潜力,可以通过扩大规模生产更多电力,以满足人类的大部分能源需求。卡尔代拉对此没有异议。但他的研究表明,将来开放的海洋风能能被人们利用后,那么它也可能具有相当大的潜力。麻省理工学院机械工程教授亚历山大斯洛卡姆专注于海上风能及其潜力研究,他认为波斯纳和卡尔代拉的论文是非常好的研究,而且它似乎没有偏见。

然而实际上,我们不太可能如此大规模的建造海洋涡轮机,这样做甚至可能改变地球上的气候。但不可否认的是,在辽阔的海洋上,风能的确拥有巨大的潜力。而在深水地区建立漂浮的风力发电场,可能是风能技术发展的下一个重要风口。美国加州卡内基科学研究所的肯卡尔代拉表示:从地球物理学角度来看,我认为这是一种绿色环保照明方案。

在广阔的海洋上,风速往往比陆地上高得多,这不禁促使人们寻求能在深水环境中捕获风能并转化为电能的技术。不久前发布的一项最新研究发现,海洋上拥有近乎无穷的风能潜力,理论上甚至可以支持整个人类文明所需。也就是说,假如我们愿意在海上安装无数涡轮机,并能想出在极端海洋环境中安装和维护它们的方法,海洋风能几乎取之不竭。

斯洛卡姆解释称:开放海洋风能农场可以为我们提供大部分所需能源的结论也得到了历史支持:随着技术的发展受到限制或被垄断,寻找替代选择的动机就会出现。就像汽车取代马车,美国用水力压裂法应对石油输出国组织的垄断,现在可再生能源正寻求取代碳氢化合物产业。

研究发现,为了满足人类目前的电力需求,需要在海洋上安装300万平方公里的风力装置,这个面积甚至比格陵兰还要大。因此,这项研究得出的结论是:北大西洋的风力发电能力足以为整个世界提供电力。但需要强调的是,这些都是纯粹的理论计算,它还会受到许多实际因素的影响,包括并非所有季节的风力都那么强,而且目前如此大规模捕获能量的技术还不存在,更不用说将其转移到海洋上。

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