素描碳中和:海洋能
2021-12-04 23:56:18
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海洋能,有时也称为海洋和流体动能,具体是指海浪、潮汐、盐分和海洋温差携带的能量;水在世界各大洋中的运动创造了大量的动能,其中部分能量可以用来发电,为家庭、交通和工业提供动力。

海洋能量,既包括波浪能,即来自表面波的能量,也包括潮汐能,即大量水体移动所带来的能量。即使风力涡轮机放置在水上,海上风力发电不属于海洋能源,因为风力来自风而不是海洋。

海洋拥有巨大的能量,海洋以表面波、流体流动、盐度梯度和热能的形式展现出巨大的、大部分未开发的能源。海洋能源有潜力在世界各地提供大量新的可再生能源。海洋温度、含盐量、潮汐、洋流、海浪和涌浪的变化每年可以产生20,000-80,000太瓦时的电能。印度尼西亚作为群岛国家,其面积的四分之三是海洋,拥有49千兆瓦的经过验证的潜在海洋能源和727千兆瓦的理论潜在海洋能源。美国和国际水域的海洋和流体或海洋能源开发包括使用以下设备的项目:有波浪较大的开放沿海地区的波浪能转换器、放置在沿海和河口地区的潮汐涡轮机、快速流动的河流中的径流式涡轮机、强洋流区域的洋流涡轮机、热带深水域的海洋热能转换器。

海洋能包括洋流能、海水盐差能、海洋热能、潮汐能、波浪能:

洋流能:强大的洋流是由温度、风、盐度、水深和地球自转共同产生的。太阳是主要的驱动力,产生了风和温差。因为洋流的流速和位置只有很小的波动,方向没有变化,所以洋流可能是部署能量提取装置(如涡轮机)的合适位置。洋流在决定世界许多地区的气候方面起着重要作用,虽然人们对移除洋流能量的影响知之甚少,但是移除洋流能量对大范围的环境的冲击可能是一个重大的环境问题。典型的涡轮叶片冲击、海洋生物纠缠和声学效应仍然存在;然而,由于利用洋流进行迁徙的海洋生物群体更加多样化,这些效应可能会被放大。离海岸更远的位置需要更长的电缆,这些电缆可能会通过电磁输出影响海洋环境。

海水盐差能:盐度梯度能量是淡水和盐水的盐浓度差异所产生的能量。这种能源不容易被理解,因为它不是直接以热、瀑布、风、波浪或辐射的形式出现在自然界。在淡水与盐水混合的河口,与盐度梯度相关的能量可以利用减压反渗透工艺和相关的转换技术被加以利用。另一个系统是基于淡水上涌通过一个浸泡在海水中的涡轮机,涉及电化学反应的系统也在开发中。日本、以色列和美国等其他国家对盐度发电也进行了研究,欧洲的挪威和荷兰都有曾经进行研究测试。

海洋热能:从被阳光直射的温暖的水面到阳光无法穿透的更深处,水的温度通常会发生变化。这种差异在热带水域最大,使得这项技术最适用于热带水域。涡轮机通常被水蒸气所驱动,涡轮机可以发电或产生脱盐水,海洋热能转换系统可以是开式、闭式、混合式。

潮汐能:是指大量的水在移动时所产生的能量,这是一种新型的水力发电形式。潮汐发电包括三种主要形式,即潮流发电、拦潮发电和动态潮流发电。

波浪能:来自太阳的太阳能产生温差,从而产生风。风和水面之间相互作用产生波浪,当波浪距离越大时,波浪越大。受全球风向的影响,西海岸两个半球的波浪势能在纬度30度至60度之间最大。波浪能作为一种技术类型进行评估时,区分四种最常见的方法非常重要:点吸收浮标、表面衰减器、振荡水柱和越浪装置。波浪能行业正在达到行业发展的一个重要里程碑,朝着商业可行性迈出快速步伐。波浪能基本设备设计取决于设备的位置和预期的资源特性,波浪能技术可以位于海上,而转换器也可以设计用于深水、中水或浅水等特定水深条件下的操作。

英国在波浪和潮汐发电方面处于领先地位,并于2003年成立了世界上第一个海洋能源测试设施,旨在启动英国海洋能源产业的发展。总部设在苏格兰奥克尼的欧洲海洋能源中心(EMEC)比世界上任何地方都支持部署更多的波浪能和潮汐能装置。该中心由苏格兰政府、高地和群岛企业、英国碳基金会;、英国政府、苏格兰企业、欧盟和奥克尼群岛理事会提供数千万英镑资金,是世界上唯一经认证的波浪和潮汐洋可再生能源测试中心,可在最恶劣的天气条件下同时测试多种全尺寸设备,同时向国家电网供电。在该中心进行测试的客户包括英国能源公司、AW能源公司、Pelamis海浪能源公司、西雅图电力公司、苏格兰可再生能源公司和伟罗公司等海浪能公司,以及阿尔斯通(前潮汐发电有限公司)、安德里茨水电站、川崎重工、麦哲伦、鹦鹉热公司、开放水力公司、苏格兰可再生能源潮汐发电分公司和福伊特等潮汐发电公司。EMEC还提供广泛的咨询和研究服务,并与苏格兰海洋公司密切合作,简化海洋能源开发商的批准程序。EMEC在制定海洋能源国际标准方面走在国际前列,通过缔结国家之间的联盟向世界各地输出知识以刺激全球海洋可再生能源产业的发展。

海洋能源开发也会带来系列环境问题,包括但不限于海洋哺乳动物和鱼类被潮汐涡轮叶片撞击的风险,操作海洋能源设备发出的电磁场和水下噪声的影响,海洋能源项目的实体存在及其通过吸引或回避方式改变海洋哺乳动物、鱼类和海鸟行为的潜在威胁,对近场和远场海洋环境及泥沙输移、水质等潜在影响。

张闻素 2021/12/04

 
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