「海底放风筝」 潮汐发电技术最新突破
发布 : 2024-4-19 来源 : 明报新闻网
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潮汐发电技术的历史已经超过100年，但它的商业化情况不太理想，无法和（河流）水力发电、风力发电、太阳能发电等主流可再生能源相提并论。这主要是因为潮汐能的能量密度太低，难以收集；若要建造超级大型的设施，又显得很不划算。不过，有瑞典公司提出一种有如「海底放风筝」的方案，声称是潮汐发电技术的重大突破。经过10多年的研究，这套方案的商业化计划似乎已有些眉目。
海洋的潮汐变化，是由于月球和太阳对海水的引力所造成的。所谓「潮汐能」，就是将海水潮涨和潮退形成的势能转化为电能或者其他能量形式。人们在潮水进入的地方筑起堤堰或水坝。在潮涨时，海水会经单向水闸流入被围起的盆地。当海水由堤堰外退却，堤堰内外便会产生水位差。
当海洋那边的水位进一步下降，只要透过大型的涡轮机，将盆地内所贮存的水放掉，便能够产生电力。潮汐能的优点是几乎无处不在。但另一方面，其能量密度却很低，令到潮汐能发电厂的投资回报欠缺吸引力。
发电效率远超传统潮汐发电及风电
瑞典企业提出、被称为「海底放风筝」的崭新潮汐能发电方案，是从以往多家机构曾经在陆地上试验过的「风筝发电」方案取得灵感，将之移植到海底。
所谓「风筝发电」，是将以高分子聚合物材质制造的大型特制风筝（其外形有些像降落伞或者滑翔翼），放到距离地面400至800米的平流层中，让它乘风而行，在风力中不断上下来回活动，透过牵引地面上的发电机来产生电力。其运作方式，就好像人们放纸风筝般，只需要些少拉抽技巧，就可以将它长时间地稳稳放在高空。而这种用来发电的特制风筝的活动轨[，亦的确和纸风筝相差无几，经常都会呈现8字形。电脑软件会控制这种特制风筝的姿态，以获得最强拉力来产生能量，然后再让它以最小的阻力被拉回。这种模式不断重复，只需花很少能量将它卷回，便能够产生出远远超过它消耗的能量。
与地面和离岸的风力发电涡轮机相比，「风筝发电」的优点是，效率高得多和投资成本低得多。原因主要有两个。第一，平流层的风力大约是地面的2.5倍，令到风筝发电的效率可以高达70%。第二，地面和离岸的风力发电机通常都只能在某些风向下发电，电力时有时无，发电量极不稳定。而「风筝发电」却能够利用任何方向的气流来发电，基本上24小时都可以发电，发电量也稳定得多。正因为其发电效率高得多，所以一个特制风筝的发电量，就相当于多个地面或离岸的风力发电涡轮机，令其投资成本低得多，占用的地面面积亦小得多。
Dragon 12单机功率达1.2MW
至于「海底放风筝」发电方案，概念像地上的「风筝发电」，可以收集到较多潮汐能。最初由瑞典绅宝集团（SAAB）设计，后来由瑞典初创企业Minesto在2007年开始尝试商业化，期间不断改进技术。现时，Minesto已研发出多款不同大小的Dragon系列「海底风筝」，其外型其实比较像飞机，利用位于机尾的两个螺旋桨转动来产生电力。Dragon系列「海底风筝」的翼展由4.9米至12米，重2.7吨至28吨，发电功率则由100kW至1.2MW，其中最大型的称为Dragon 12。
今年2月，Minesto已在丹麦法罗群岛附近的海底安装了第一个Dragon 12，成功发电以及将产生电力并入电网的试验。
成功在法罗群岛附近试验
据报道，Minesto的研究获得欧洲区域发展基金提供超过4000万欧元资金的支持。而Minesto更计划，与法罗群岛的能源公司SEV合作建造功率达到120MW的海底发电风筝群，一共安装大约100个Dragon 12，能够供应该群岛40%的用电量。此外，Minesto在其他欧洲国家还有多个计划。至于亚洲市场，该公司则计划在台湾高雄设立分公司，以及首个项目。
笔者认为无可否认，从初步数据来看，「海底风筝」发电技术的确拥有多个优点。相对于传统的潮汐能发电设施和海上风电场，它的体积要小得多，投资成本也低得多。而且，它并不占用海面，也不会产生很大的噪音，对于海洋生态的影响也小得多。
不过，真正大规模推行时，「海底风筝」的安装密度应该如何设计，才是最优化，既不会互相干扰，也不会影响到一些深海鱼类的数量，仍然需要相当时间的试验。
海洋的潮汐变化，是由于月球和太阳对海水的引力所造成的。所谓「潮汐能」，就是将海水潮涨和潮退形成的势能转化为电能或者其他能量形式。人们在潮水进入的地方筑起堤堰或水坝。在潮涨时，海水会经单向水闸流入被围起的盆地。当海水由堤堰外退却，堤堰内外便会产生水位差。
当海洋那边的水位进一步下降，只要透过大型的涡轮机，将盆地内所贮存的水放掉，便能够产生电力。潮汐能的优点是几乎无处不在。但另一方面，其能量密度却很低，令到潮汐能发电厂的投资回报欠缺吸引力。
发电效率远超传统潮汐发电及风电
瑞典企业提出、被称为「海底放风筝」的崭新潮汐能发电方案，是从以往多家机构曾经在陆地上试验过的「风筝发电」方案取得灵感，将之移植到海底。
所谓「风筝发电」，是将以高分子聚合物材质制造的大型特制风筝（其外形有些像降落伞或者滑翔翼），放到距离地面400至800米的平流层中，让它乘风而行，在风力中不断上下来回活动，透过牵引地面上的发电机来产生电力。其运作方式，就好像人们放纸风筝般，只需要些少拉抽技巧，就可以将它长时间地稳稳放在高空。而这种用来发电的特制风筝的活动轨[，亦的确和纸风筝相差无几，经常都会呈现8字形。电脑软件会控制这种特制风筝的姿态，以获得最强拉力来产生能量，然后再让它以最小的阻力被拉回。这种模式不断重复，只需花很少能量将它卷回，便能够产生出远远超过它消耗的能量。
与地面和离岸的风力发电涡轮机相比，「风筝发电」的优点是，效率高得多和投资成本低得多。原因主要有两个。第一，平流层的风力大约是地面的2.5倍，令到风筝发电的效率可以高达70%。第二，地面和离岸的风力发电机通常都只能在某些风向下发电，电力时有时无，发电量极不稳定。而「风筝发电」却能够利用任何方向的气流来发电，基本上24小时都可以发电，发电量也稳定得多。正因为其发电效率高得多，所以一个特制风筝的发电量，就相当于多个地面或离岸的风力发电涡轮机，令其投资成本低得多，占用的地面面积亦小得多。
Dragon 12单机功率达1.2MW
至于「海底放风筝」发电方案，概念像地上的「风筝发电」，可以收集到较多潮汐能。最初由瑞典绅宝集团（SAAB）设计，后来由瑞典初创企业Minesto在2007年开始尝试商业化，期间不断改进技术。现时，Minesto已研发出多款不同大小的Dragon系列「海底风筝」，其外型其实比较像飞机，利用位于机尾的两个螺旋桨转动来产生电力。Dragon系列「海底风筝」的翼展由4.9米至12米，重2.7吨至28吨，发电功率则由100kW至1.2MW，其中最大型的称为Dragon 12。
今年2月，Minesto已在丹麦法罗群岛附近的海底安装了第一个Dragon 12，成功发电以及将产生电力并入电网的试验。
成功在法罗群岛附近试验
据报道，Minesto的研究获得欧洲区域发展基金提供超过4000万欧元资金的支持。而Minesto更计划，与法罗群岛的能源公司SEV合作建造功率达到120MW的海底发电风筝群，一共安装大约100个Dragon 12，能够供应该群岛40%的用电量。此外，Minesto在其他欧洲国家还有多个计划。至于亚洲市场，该公司则计划在台湾高雄设立分公司，以及首个项目。
笔者认为无可否认，从初步数据来看，「海底风筝」发电技术的确拥有多个优点。相对于传统的潮汐能发电设施和海上风电场，它的体积要小得多，投资成本也低得多。而且，它并不占用海面，也不会产生很大的噪音，对于海洋生态的影响也小得多。
不过，真正大规模推行时，「海底风筝」的安装密度应该如何设计，才是最优化，既不会互相干扰，也不会影响到一些深海鱼类的数量，仍然需要相当时间的试验。