来自海洋的蓝色能源

方陵生/编译

利用潮汐能量转动扇叶发电：图为安装在英国斯特兰福德湾的潮汐-电能转换设备

●经过几年的沉寂之后，从海洋中获取能量的探索开始加速。位于澳大利亚珀斯弗里曼特尔港的卡内基波能发电试验场，计划6月正式启动浮筒式波浪能发电设备。这是海洋能源开发的一次最新尝试。

在距澳大利亚西部珀斯附近海岸线几千公里外的海里，隐藏在波浪之下的三个巨大浮筒状物体，将很快会随着印度洋洋流的起伏开始发电。这三个橙色的浮筒宽11米，高5米，看似像三个巨型南瓜：波浪经过时，浮筒驱动海底的液压泵，将海流的动能转化为电能，可以为附近的海军基地提供720千瓦的电力。

无碳电力

相当一段时间以来，有关海上能源开发的进展受到各方密切关注，但该行业发展缓慢，迄今所设计的许多海洋能源技术都未能充分证明其价值，而幸存下来的则寥寥无几。过去几十年里，有十多家公司用于海洋能源开发的总投资高达约7.35亿美元，其中利用潮汐和波浪发电的技术始终未能真正起飞。事实上，目前它仍然是地球上最昂贵的能源形式。

在过去几年里，几家领先的创业公司已经开始尝试利用潮汐这种最简单的海洋发电形式。去年，伦敦彭博新能源经济资讯曾预计，足以为250个家庭供电的发电量达一兆瓦以上的22个潮汐发电项目，以及17个波浪发电项目的设备安装将在2020年之前完成。今年3月，加拿大芬迪湾的三个项目获得了批准（芬迪湾是世界上拥有最大潮汐的地区之一）。

从理论上说，海洋中蕴藏着可以满足全球所需电力的能量，而且不会给地球大气带来任何污染，可以为人类提供一种比风能和太阳能更为可靠的能源。海洋能源同时也是一种区位优势能源：大约44%的世界人口居住在海岸线150公里范围内的沿海地区。比如，通过在海湾建立水坝阻拦海水，一些国家利用海潮发电的做法已经实行了几十年，虽然其潜在的环境影响还有待进一步评估，但许多研究者认为，海洋能源无疑是一种比风能更为环保的能源。

应该说，波浪发电行业是一种开发潜力大、其前景难以预测的能源形式。尽管屡遭挫折，包括今年3月缩减的俄勒冈州海岸波浪开发计划的决定，但毫无疑问的是，上述两种形式的海洋能源开发最终将成熟并发展起来。

根据专家的设想，大海终将会为各国沿海城市提供大量的无碳电力。“尽管海洋发电比人们预期的更为困难，但其可行性同样也得到了证明。”欧洲海洋能源中心（EMED）的尼尔·卡莫德（Neil Kermode）说道。EMED是英国奥克尼群岛波浪和潮汐发电设备测试的主要机构。“通过海水流动发电的可行性已经得到了证明，这是向海洋能源开发迈出的一大步。”他说。

波浪发电

海浪中蕴含着巨大的能量，但要开发出能提取海洋能量、同时又能承受严酷海洋环境的技术则是一个完全不同的挑战。而卡内基波能发电试验场设计的浮筒式波浪发电设备则具有避免波涛对设备造成破坏的优势，同时，其浸入式设计可以让发电设备隐而不见，避免了有关风力发电场影响环境美观的争论。

在海浪的起伏作用下，浮筒式波浪发电系统的海底泵将水流在一个大约3公里的闭环中循环流动（闭环一直延伸到岸边的发电设备），其运行原理就像一个风笛，系统将波浪的能量积聚后释放，源源不断地产生电力。位于珀斯海岸线的这三台设备，每一台能产生240千瓦的电力。

卡内基首席运营官格雷格·艾伦（Greg Allen）认为，这显然不是一个商业项目，但它代表了一种进步。艾伦指出，在同一个水域，每台设备的发电能力是2001年测试结果的三倍。据艾伦预计，第一个商业化波浪发电项目最早可能于2018年完成。为了在波浪发电市场上立足，他们的目标是与岛屿上的柴油发电设备一争高下。

位于英国爱丁堡的海蛇波浪能公司采取的是另一种不同的技术，即通过一组（5个）连接在一起的漂浮在海上可以像蛇一样扭动的浮筒，“蛇身”的每一节都可独立运动，每个节点处的液压泵利用这种方式驱动水流至船载发电机。该公司正在奥克尼群岛测试点对一对750千瓦的波浪发电设备进行测试，其中一台是与苏格兰电力可再生能源公司合作经营的，其新增加的一些组件有助于减少液压系统的内部磨损。目前公司正在通过计算，让16个液压泵单独自行调整，以提升波浪能产能的最大化。

海蛇波浪能公司在去年进入这一领域时，正值德国能源巨头E.ON能源集团退出在奥克尼群岛一个为期三年的设备测试项目，尽管公司创始人兼首席执行官理查德·耶穆（Richard Yemm）对波浪能发电前景保持乐观，也坦承“我们需要大公司的高端技术能力。”

彭博新能源经济资讯主编安格斯·麦克龙（Angus McCrone）说道：“一些公司已经投入了很多资金，但现在却发现，他们将不得不投入更多的钱去开发商业化的海洋发电设备。”目前还没有成功开发出能承受海洋恶劣环境和24小时持续发电的设备，这也是波浪能发电吸引力较小的原因之一。

潮汐发电

目前用于英国斯特兰福德湾的潮汐发电设备是最先进的，该设备是由英国布里斯托尔的Tidal洋流涡轮机公司设计。据该公司称，该设备占了潮汐发电行业迄今总发电量的90%以上，即每天两次约3.5亿立方米的潮汐通过一个狭窄的海峡进入斯特兰福德湾，然后返回大海。每一次海潮的涨落，都会通过固定在海床上一座中央塔座上的一对16米长的螺旋桨，海水以相当于每小时555公里的风速转动着螺旋桨，每分钟15转，产生1.2兆瓦的电力。

潮汐发电取得的成就引起了德国慕尼黑市西门子公司的兴趣，并于2012年接手了洋流涡轮机公司。洋流涡轮机公司目前计划在威尔士的海岸部署首批五台2兆瓦潮汐发电设备 （每台成本约900万英镑），预计在2016年前完成。新设备除了增加机器的尺寸之外，还另外增加了一个螺旋桨（共三个扇叶）。公司董事长凯·科尔摩尔（Kai Kolmel）说道：“我认为一些风险投资家对潮汐发电信心不足。事实上，这本来就不是一个快速赢利的行业，风能发电也同样如此。”

美国波特兰缅因州海洋可再生能源公司首席执行官克里斯托弗·索尔（Christopher Sauer）认为，即使有了西门子这样的公司参与，该产业所面临的最大挑战仍然是吸引足够的资金来满足工程设计和样机建造的需要。索尔的公司已经在缅因州海岸线附近设置了一种简单而独特的潮汐发电设备，看似有点像联合收割机上不断旋转着的叶片。该公司目前正在加紧研究第二代设备，或将于2015年完成设备的安装工作。

环评影响

与风力涡轮机造成鸟类死亡引发的争议一样，海上能源行业也遭遇到一些类似的问题。比如，洋流涡轮机公司在获准测试之前，被要求必须在其涡轮机上设置海豹能够发现的标志物，如果有海豹接近的话，就能够触发紧急关闭按钮（事实上这样的事情没有发生过）。包括爱尔兰OpenHydro公司设计的海底涡轮机，由于人们担心其会将虎鲸变成生鱼片，导致西雅图附近的普吉特海湾的一次设备测试计划几近夭折。

就缅因州潮汐发电设备附近的鱼类活动情况，美国缅因大学鱼类学家盖尔·齐德沃斯基 （Gayle Zydlewski）坦称，目前获得的数据有限，大多数鱼类似乎会避开海底涡轮机。但她忧虑的是，“如果在它边上还有另一台机器的话呢，鱼类会不会避无可避呢？”齐德沃斯基的目标是收集更多的现场基础数据，以确定波浪发电设备对海洋生态的潜在影响。包括美国能源部进行的一些测试实验，即让鱼类通过涡轮机，或让鱼类暴露于与海底电缆类似环境的电磁场中，实验数据都表明，鱼类并未受到永久性的伤害。

那么波浪发电设备会影响生活在普吉特海湾附近的逆戟鲸吗？美国能源部太平洋西北国家实验室的研究小组为此进行了研究，以了解涡轮机对鲸鱼的可能影响，包括查找文献资料和建立模型进行测试。去年，当有死亡的鲸鱼被冲上西雅图附近的海岸后，测试人员利用计算机断层扫描技术对鲸鱼的头骨、皮肤和脂肪厚度进行了扫描，然后用掌握的信息改进了模型。

在今年1月份公布的这项研究结果表明，如果逆戟鲸迎头撞上涡轮片，只是受点轻伤，或是可以避开的。研究小组的海洋生物学家安德烈亚·科平（Andrea Copping）认为，鲸鱼只有与船只相撞，颚骨断裂，才会导致其死亡。而逆戟鲸与涡轮片相撞的力量并不足以导致这样的伤害。”今年3月20日，普吉特海湾测试涡轮机的提议获得了联邦能源监管委员会的批准。

有关潮汐发电或波浪发电的环评，在去年1月首次发布的报告中主要集中在三个方面：海洋生物的相互作用、涡轮机噪音以及从海洋提取能源和水流变缓产生的影响。研究小组报告称，迄今，没有证据表明开发海洋能源会对海洋动物或水流产生重大影响，尽管大规模海洋发电项目的影响目前还难以预测。

至于噪音问题，研究小组分别对每台设备测试后发现，噪音对鱼类产生的影响相当于青少年参加了一次摇滚音乐会，似乎没有什么大的影响。但如果噪音太大，比如更多的设备、加上水流运动产生的声音，这对于以声音进行交流的鲸鱼或其他海洋生物来说，其影响很难预测。

加拿大的芬迪湾是当前的热点之一，其三个项目中包括安装由OpenHydro公司提供的4兆瓦的发电设备，到2015年足可为1 000户家庭提供用电。如果一切顺利，该公司希望通过扩大设备，增加产能，最终达到300兆瓦电力的生产能力。虽然这只相当于一个小型燃煤发电厂，但这是海洋能源开发迈出的重要一步。

今年3月20日，当普吉特海湾测试涡轮机的提议获得联邦能源监管委员会批准后，麦克龙说道：“最终，海洋能源产业将腾飞起来，因为海洋中蕴藏着取之不尽的能量。”