这个黄色的漂浮物可以将海洋的力量转化为电力

有一天,船只和浮标可以从水本身获取能量。
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海洋蕴藏着巨大的未开发能量。Pixabay

仅仅几天之后,研究人员就将把一个黄色的平台漂浮到瓦胡岛以北的太平洋水域。它不仅仅是用来随波逐流的。它被称为 SeaRAY,如果一切顺利,它就能将这些波浪转化为电能。

该平台是波浪能的最新范例。尽管它的名字听起来像一种能量饮料,但它是一种真实存在的、非常环保的能源。全球研究人员都在努力利用海浪的能量——这些能量本可用于侵蚀海滩、摇晃船只和摧毁沙堡——并将其转化为电能。

俄勒冈州立大学土木与建筑工程教授 Bryson Robertson 说:“如果你曾在暴风雨天在海滩上散步,你就能体会到。”“存在着大量的破坏性能量,也可能存在建设性能量,我们可以加以利用。”

实现这一目标有多种方法和多种技术。“有很多不同的设计,”在美国国家可再生能源实验室 (NREL) 工作并负责 SeaRAY 研究的 Rebecca Fao 说。“每个开发商都有自己从波浪中提取能量的方法。”

例如,波浪能可以为标记海域的浮标充电。它可以为制造饮用水的海水淡化厂提供动力,可能为最需要它的岛屿等地区提供维持生命的饮用水。它可以帮助水产养殖业更具可持续性。它还可以为海上电动汽车提供动力。

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NREL 的团队成员站在 SeaRAY 前面。NREL/C-Power

对于 Fao 和她在 NREL 的同事来说,最后一个应用是目前最直接的兴趣所在。与 Columbia Power 合作,他们正在努力建造一种波浪能转换器,可以为一种有效的海底电动汽车充电站提供动力。这是一个海底无人机——执行研究海洋生物和绘制海底地图等任务——可以停下来充电的充电站。

NREL 特别致力于该项目的数据方面,创建了一个名为 Modular Ocean Data Acquisition (MODAQ) 的系统。这是一个数据收集系统,将持续测量波浪、洋流、风以及平台在所有这些因素作用下的移动情况。MODAQ 将使 SeaRAY 的科学家们能够了解平台是否按预期工作。

Fao 说:“我们也非常希望能够展示我们的控制器功能。”“所以,我们确实在证明这个 MODAQ 系统可以成为这些波浪能设备的‘大脑’。”

这其中有很好的理由。首先,将设备放置在海上会带来固有的后勤挑战。Robertson 说:“你需要一艘船才能到达那里,而对于风力涡轮机或太阳能来说,你可以随便走过去。”而且,随着时间的推移,海水本身也会对你产生不利影响——海水腐蚀性很强。他说,在 SeaRAY 为期六个月的测试期间,这是其创造者需要仔细监测的事情。

利用波浪的力量是值得的。研究人员估计,地球的海洋拥有超过两太瓦的波浪能,相当于数千座核电站的能量。如果有一种方法可以将所有这些转化为可用电力,那将大大减少碳排放。可以说,波浪是永不停歇的——不像太阳能和风能,当太阳躲起来或天气平静时,它们就不那么可靠了。

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但目前还没有与可再生能源领域中普遍存在的广阔太阳能发电场或大型海上风电开发相媲美的设备。这并不是说波浪能是一个新想法;波浪能的专利已经存在了一个多世纪,并且在 20 世纪 70 年代的能源危机期间曾引起一阵兴趣。

大规模波浪能从未真正普及。后勤挑战一直太大,而且还没有人找到允许我们建造功能性波浪能发电厂的技术。

所以,也许现在考虑宏大的目标并不现实。研究人员一致认为:目前的大部分重点是个体应用,例如 SeaRAY。

但这并不意味着 SeaRAY 不能发展成更大的东西,就像滚雪球一样。“如果你看看太阳能,它们最初是为计算器供电的,”Robertson 说。“我们 80 年代和 90 年代都有那种带有一个微型太阳能电池板的计算器。”

而目前,研究人员希望 SeaRAY 能为我们在海洋中的所有活动铺平道路,让它们能够从海洋本身汲取动力。

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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