气候连线可再生能源的下一个前沿领域可能在水下洋流中被发现。

美国能源部(Department of Energy)正试图通过为11个项目提供资金来开发这一资源,这些项目旨在利用河流和海洋潮汐流中的流动水的力量。

该项目负责人马里奥·加西亚-桑茨(Mario Garcia-Sanz)说,长期目标是拥有可以每周7天、每天24小时运转的可再生能源。

“这让这项技术在其他可再生能源中处于非常有利的地位,”他在一次采访中说。

他解释说,其中一个原因是其他形式的清洁能源受到限制。太阳能每晚都无法使用。风力是不规则的,在风暴中具有破坏性。但水下洋流的运动相对稳定、可靠和可预测。

使用自来水作为能源并不是一个新概念。但水力发电大坝有巨大的成本和环境影响。因此,最新一代的科学家和工程师正试图在没有那么多缺点的情况下推进这一概念。

不过,将能量转化为电能所需的水下涡轮机的设计和控制仍处于实验阶段。成本是一个因素——对于商业用途来说,它仍然过于昂贵。这使得它成为美国能源部能源高级研究计划局(ARPA-E)的主要候选者,该机构的任务是通过冒险“改变可能性”。

在这种情况下,它是ARPA-E在2020年11月向11个项目提供的3800万美元赠款,这些项目由一些公司、大学和非营利组织组成。这些项目统称为shark(水下水动力系统和河流千兆瓦系统)。

shark正在帮助将名为“蝠鲼”和“潮汐动力拖船”的机器放入水中。

按照设计,潮汐动力拖船的启动装置是一个白色管状浮筒,浮在水面上。它被固定在海床上,但它下面挂着一个塔架,塔架上有一个涡轮机,由一个看起来像大型飞机螺旋桨的东西驱动。它在电流的作用下转动,旋转的过程为发电机提供动力。它将产生的电力输送到岸上的电网。

潮汐动力拖船的一个目标是从墨西哥湾流中获取能量,因为墨西哥湾流沿着美国东海岸从佛罗里达州流向北卡罗来纳州。它产生了许多称为环流的循环电流。潮汐动力拖船的发明者aququantis公司在一份声明中说,这种方法为美国提供了“靠近人口密集地区的巨大战略可再生能源”。

其他几个实验涡轮机的功能就像风筝。一种叫做蝠鲼,灵感来自蝠鲼游泳的方式。它是由位于加州门洛帕克的非盈利科学研究机构SRI International开发的,并得到了加州大学伯克利分校的帮助。

它有一个小型发电机,固定在海底,有一个绳子线轴连接到一个风筝状的涂有聚合物、充满泡沫的充气物体,当潮水把线轴拉出时,它就会旋转。连接发电机的旋转产生电力,并将电力输送到与当地电网的连接中。它还运行一个小型马达,可以改变蝠鲼的方向,把它拉回或放气,以防它遇到风暴或大船。

Manta的设计目的是为河流或潮汐入口附近的小而孤立的社区提供电力。SRI的首席研究工程师罗伊·科恩布鲁(Roy Kornbluh)在一份声明中说:“在世界上的海洋、河流和河口中,还有太瓦(1万亿瓦)的未开发能源等待被转化为清洁和可再生能源。”

Michael Lawson是国家可再生能源实验室水力研究与发展的小组经理,他说他们正在与SHARK的四个项目合作,使用计算机模型可以帮助预测水下涡轮机的性能,该模型基于之前从风力涡轮机获得的数据。

根据NREL的数据,每年有足够的势能产生94太瓦时的能量。这足以为大约900万户家庭提供电力。潮汐入海口会产生相当一部分水。它们可以是海岸线和障壁岛之间的通道,或者是海岸线上的裂缝,这些裂缝大到足以让潮汐力在其中发挥作用。其中包括阿拉斯加州安克雷奇附近的库克湾;西雅图附近的普吉特湾;以及缅因州北部的类似河口。

他解释说,多台涡轮机有潜力为大型社区提供“公用事业规模的资源”。他说,另一种选择是,单个涡轮机或小群涡轮机可以向更小或更孤立的社区输送电力。

劳森指出,小社区经常依赖柴油发电机,这通常是昂贵的,并由州或联邦政府补贴。支持者表示,水下涡轮机可能被证明既清洁又便宜。

劳森说,到目前为止,欧洲在水下涡轮机的发展方面处于领先地位,但中国和其他亚洲国家也开始开发水下涡轮机。

ARPA-E的加西亚-桑茨认为,水下涡轮机面临的最大挑战将与20世纪90年代风力涡轮机面临的挑战相同——成本。

目前正在测试的水下涡轮机可以在潮汐地区产生每千瓦时约25美分的电力。为了更具竞争力,这些项目必须将价格降至4美分左右。

“在这一点上很难知道谁会更成功。我们一年前才开始这样做。”“他们看起来都很有希望。”

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