日本測試深海洋流渦輪機以尋找新的可再生能源
可再生能源的潛力並不是均勻分佈的。例如,日本的太陽能潛力不大,而風力潛力遠不及西歐或美國。目前,日本的電力消費在全球排名第五,在福島事件後,增加核電在政治上是困難的,這意味著,如果它希望保持能源獨立,它的零排放競賽將比大多數國家需要更多的創新。
日本確實擁有大量的海岸線,其領海面積高居世界第6,這使得基於海洋的替代能源想法特別有吸引力。潮流發電機–像目前在蘇格蘭奧克尼島向電網輸出電力的2兆瓦Orbital O2–可能提供可靠的基礎負荷發電,但日本看到有很多航運交通經過具有適當潮汐潛力的地區,這個想法不太可能成功。
因此,日本公司IHI和新能源和工業技術開發組織(NEDO)一直在試驗另一種可靠的能源,如果利用它,可能會提供特別可靠的能源:洋流。
與精心選擇的潮汐流位置相比,洋流通常提供較慢的可駕馭流量。例如,O2可以在2.5-4.5米/秒的水速下提供其額定功率輸出。另一方面,黑潮洋流的流速更像是1-2米/秒。但它是巨大的,在某些地方可達100公里(62英里)寬,而且據估計,在其最強點,即日本東南海岸,每秒可移動6500萬立方米的水。
因此,有可能將大量的洋流渦輪機連接起來,共享輸電線路,並從IHI估計的約205千兆瓦的能源中抽取一部分。自2011年以來,IHI和NEDO一直在研究這個機會,自2017年以來,這兩家公司已經有一個小規模的100千瓦的潮汐發電機在測試中。
這個名為Kairyu的演示發電機被固定在海底,與Orbital O2非常相似。但是,當Orbital O2在海面下幾米處利用水流,並隨著潮汐轉換方向時,Kairyu在海浪下保持穩定,大約50米(164英尺)。IHI表示,這並不是收集洋流能量的最有效的地方–靠近海面會更好,但該地區經歷的颱風條件可能導致海浪超過20米高,所以將它們保持在水下深處主要是出於安全考慮。
Kairyu的三個圓柱形浮筒中的每一個都有大約20米長,整個浮筒也有這麼寬。外側的兩個浮筒採用可變螺距的雙葉渦輪轉子,直徑為11米,設置為逆向旋轉以平衡扭矩力。每個轉子都旋轉著一個50千瓦的發電機。
水壓傳感器讓機器了解其深度,它能夠通過浮力調整系統自主管理其位置。同樣,電流速度傳感器告知Kairyu關於葉片間距的決定,該決定被管理以獲得最大的效率,其他位置傳感器允許它使用浮筒後端的姿態控制裝置控制其俯仰、偏航和滾動角度。在需要維護的地方,Kairyu只需提高其浮力並漂浮到水面,就可以在那裡進行工作–因此它不需要像Orbital O2那樣的鉸接臂。
隨著Kairyu在大約三年半的時間裡成功測試,IHI說它希望將這東西擴大到2兆瓦,葉片大約40米長,以實現全面的生產版本,可以大量部署。據彭博社報導,IHI的目標是2030年,其預計海洋目前的能源價格將接近於日本太陽能價格的競爭力。事實上,該公司表示,隨著其規模的擴大,它可能是一個強有力的解決方案,作為偏遠島嶼的低成本能源來源。
關鍵是,而且永遠是資金。如果這個東西在經濟上能大規模運作,它可以提供一個非常可靠的綠色能源,可以為日本的去碳化努力做出巨大貢獻。在日本,太陽能通常以15%的容量係數運行–也就是說,在一年的時間裡,它的發電量往往是在條件總是完美的情況下的15%–而陸上風能的容量係數約為29%,海流能源以70%的容量係數運行,這幾乎與燃煤電廠80%的容量係數相當。
更重要的是,氣候變化研究預測,隨著地球變暖,黑潮洋流將變得更加強大,可能會在未來幾十年提高這些設備的產量。無論如何,潛力是巨大的,這個項目代表了人類試圖從大自然中提取能量的另一種巧妙的方式,並將不利後果降到最低。