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蓝色能源：亟待华丽转身 |
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海洋能量开发几经沉寂终上快车道 |
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波浪能可能无法在下一次的评估中占有一席之地。但相关产业必将在经济效应和环境保护两个方面获得双丰收。
英国斯特兰福特湾，海流汽轮机公司的潮汐能发电转换器正在利用水下叶片发电。图片来源：Siemens
从理论上说，海洋中蕴含的能量能够满足全球的需求。海洋提供的电能比风力发电和太阳能发电更可靠，且不会对环境造成污染。此外，从海洋中获取能量有地理优势，因为全球约有44%的人口居住在距海岸线150公里的范围内。尽管潜在的环境影响还有待进一步调查，但许多研究者认为海洋是比风更理想的能量来源。
不过，相关领域的发展还很缓慢，虽然有大量设备被设计出来，却没有一样能够在竞争激烈的能源市场中占有一席之地，且只有极少数能够长时间在恶劣的海洋环境条件下持续运转。
过去10年来，12家该领域龙头企业投入海洋能量研究的经费总额在7.35亿美元左右，但仍未能从潮汐和波浪中获得能量。事实上，从海洋中获取能量的成本在当前仍是最高的。
但是，海洋能量终将获得极大发展，研究人员对此没有任何疑问。去年，一家英国伦敦市的咨询公司彭博社新能源财经预测，到2020年，将有22个潮汐项目和17个波浪项目完工。
潮流转换
每天2次，每次有约3.5亿立方米的潮汐海水经过一条狭窄海峡进入英国斯特兰福特湾，然后流回大海。海湾中有一座高塔，其基座被牢牢地固定在海峡底部，一对16米长的螺旋桨安置其上。
流经高塔的海水速度奇快，达每小时555公里，推动着螺旋桨旋转，最快可达每分钟15转，产生的电能可达1.2兆瓦。这一成就吸引了工业巨头——德国慕尼黑市西门子公司的兴趣，并于2012年接手了装置的运营。但潮汐项目的增值前景并不乐观，因为它并不是一个能立刻获得收益的产业。
能量波动
波浪中蕴含巨大的能力，但是开发出能稳定提取能量且能在恶劣环境下持续运转的机器却是一项极为艰巨的挑战。许多公司已经设计出各种类型的机器，从自由摆动叶到能把摇动船只的能量转化为圆周运动能量的回转仪设备。每一种机器都有自身的优势，但Carnegie Wave Energy公司位于澳大利亚的梭式浮标项目将目光从海水表面转移到海水之中。
海床泵与海面上的发电设备之间有长达3000米的连接设备相连，并随着波浪推动着浮标上下浮动。整套设备像风笛一样，不断聚集压力然后再平稳地将压力释放生成电能。同样的设备总共有3部，每部的发电量可达240千瓦。该公司曾于2011年在相同海域对旧型号机器进行测试，其发电量只有新型号的1/3。该公司首席运营官Greg Allen透露，第一款商用型号最早将于2018年面世。
英国爱丁堡市海蛇波浪发电公司走上了另一条道路。该公司将5个漂浮于海面的浮标相互连接，随着波浪像蛇一样上下浮动。每一段浮标的运动都是独立的，并且每一个组成部分的液压泵都能将运动带来的能量输送到船上的发电设备上。目前，该公司已经在奥克尼岛附近的测试点完成了一对发电量为750千瓦的发电设备的测试，并为液压泵添加能降低内部磨损和撕裂的新元件。
此外，该公司还在研究新算法，以便让整套发电设备更好地适应液压泵并最大化发电量。虽然有很多成就，但是对波浪能的利用仍不具有商业价值，其中一个原因就是没有一套设备能在抵御恶劣海洋环境的同时稳定供电。
绿色设备
相关产业的发展还受到众多监管部门的制约，主要集中在风力涡轮机对周围生态的影响上。在进行海上测试前，研究者必须配置专门的观察员，一旦发现有海豹接近测试地点，观察员必须立刻切断电源。此外，出于对海底涡轮机会对虎鲸造成伤害的担忧，爱尔兰都柏林市OpenHydro公司所设计的项目测试很难在美国西雅图市附近的普吉特海湾如期进行。
缅因大学奥罗诺分校鱼类生物学家Gayle Zydlewski说，她在海洋可再生能源潮汐电机组附近只能监测到有限的鱼类活动。她认为鱼类很可能会主动避让涡轮机，但她希望了解：当同一海域安置不止一套发电设备时鱼类会有怎样的反应。她的研究小组仍在收集基础数据，目的在于改善其研究模型。
其他研究者也在实验室中忙碌。美国能源部的生物学家将鱼类置于与发电装置电缆周围海洋环境相似的电磁场中进行观察。研究结果显示，鱼类并没有受到永久性伤害。以普吉特海湾的虎鲸为例，华盛顿州里奇兰市西北太平洋国家实验室和新墨西哥州阿尔伯克基市桑迪亚国家实验室能源部门研究人员提出了一个最坏的设想：假如一头好奇的虎鲸不小心把头夹在涡轮机中又会怎样呢？
该小组测试了多种用于模拟鲸鱼皮肤的橡胶材料，并制作了一个模型用于更好地了解涡轮机扇叶对虎鲸造成的伤害。去年，科学家利用一头死后被冲上岸的鲸鱼为原料，通过电脑断层摄影扫描鲸鱼的头盖骨来寻找鲸鱼脂肪和皮肤的薄弱点，并利用这些弱点改进实验模型。他们还提取了一些鲸鱼的皮肤，用于测试其强度。
于1月发表的研究报告的要点在于，若一头虎鲸迎头撞上一片涡轮机的扇叶，那么它很可能只会受到一点小擦伤。该研究领导者、西北太平洋国家实验室海洋生物学家Andrea Copping说：“当鲸鱼撞到发电船时，只有额骨断裂时才有可能死亡，而碰撞的力量根本不足以让这种事情发生。”该小组提交的在普吉特海湾进行涡轮机测试的申请已于3月20日被联邦能源管理委员会批准。
Copping还领导了一个国际合作项目，将所有关于潮汐能与波浪能的环境研究整合在一起。该项目的目的在于：找出最可能产生的影响，然后集中精力解决问题。第一份报告于2013年1月发表，专注在以下3个领域：动物的相互作用、涡轮机噪音，以及从海洋系统中提取能量和降低海水流动速度的后果。到目前为止，报告称没有证据显示相关产业的发展会对海洋生物和海水流动产生重大影响，但大型设备的影响目前还难以预测。
噪音影响比较难以解决。研究者已经对独立设备进行了精细测量，在被困在设备中24小时后，鱼类除了受到一些皮外伤之外，噪音对它们的影响就如同年轻人参加摇滚音乐会一般，Copping认为鱼类可以忍受这种程度的噪音。但是，成套设备的长期影响难以预测，因为它们产生的不仅是噪音，还有对海水流动的影响。适度噪音能够驱使动物远离机器，但是如果噪音太高将对鲸鱼以及其他依靠声音通讯的动物造成影响。
开发者、研究者和环保主义者都认可的一点是：为了更好地了解相关产业的经济效益和环境影响，需要在海上布置更多机器。彭博社的McCrone认为，由于缺乏商业利益以及一些项目的终止，波浪能可能无法在下一次的评估中占有一席之地。但他也相信，相关产业必将在经济效应和环境保护两个方面获得双丰收。（段歆涔）
《中国科学报》 (2014-04-22 第3版 国际)
