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筆者在上兩篇文章中，就波力發(fā)電進(jìn)行了介紹，本文將繼續(xù)介紹全球潮汐能發(fā)電相關(guān)事例。潮汐能發(fā)電的技術(shù)開發(fā)比波力發(fā)電進(jìn)步更快，成本也較低，在實(shí)用化方面領(lǐng)先了一步。
可預(yù)測(cè)的穩(wěn)定電源
在月球及太陽(yáng)引力的作用下，地球上的海水會(huì)發(fā)生漲潮和退潮。並且地球還在不斷自轉(zhuǎn)，因而每天要發(fā)生2次漲潮和退潮，潮水的流向每6個(gè)小時(shí)交替變化，每天共計(jì)4次。而且，每個(gè)月有2次，即在滿月及新月之日，在月球引力與太陽(yáng)引力的同時(shí)作用下，會(huì)發(fā)生“大潮”。在大潮時(shí)，滿潮與低潮的水位差變大，海水的流動(dòng)也會(huì)加快。利用這種海水流動(dòng)進(jìn)行的發(fā)電就是潮汐能發(fā)電（Tidal Power）。
資料1．潮汐能發(fā)電的潛能
出處：LEGOS
潮汐能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)電量可預(yù)測(cè)。並且，由於是在水面下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)景觀沒有影響，噪聲影響也較小�？衫贸毕艿暮Ｓ蛳薅ㄔ谕怀龅暮ａ祷蚝{等處，因此與波力發(fā)電及溫度差發(fā)電相比，其潛能較小。即便如此，據(jù)估算，全世界仍有9000萬(wàn)千瓦（kW）的潮汐能發(fā)電資源可進(jìn)行開發(fā)（資料1）。
從技術(shù)方面來看，潮汐能發(fā)電基本上與風(fēng)力發(fā)電相同。發(fā)電量與流體密度、旋轉(zhuǎn)面積（發(fā)動(dòng)機(jī)葉片長(zhǎng)度的2次方）以及流速的3次方成正比。由於水的密度是空氣的830倍，因此，在相同的輸出功率下，可以進(jìn)行小型設(shè)計(jì)（資料2）。另一方面，可耐受高密度流體的葉片長(zhǎng)度有極限，且與3次方成正比的流速很小。據(jù)說，為了確保可與風(fēng)車匹敵的經(jīng)濟(jì)效益，流速必須為每秒2米以上。潮汐能發(fā)電尚處?kù)独杳髌�，可靠性、耐用性、有效性等方面存在很多課題。
資料2．風(fēng)力發(fā)電與潮汐能發(fā)電對(duì)比 出處：Atlantis Resources
本文將列舉計(jì)劃在全球性海洋能源實(shí)証基地進(jìn)行大規(guī)模實(shí)証實(shí)驗(yàn)及商業(yè)化的3家潮汐能發(fā)電企業(yè)。即（1）安德裡茨水電哈默菲斯特公司（Andritz Hydro Hammerfest）、（2）OpenHydro公司、（3）Atlantis Resources公司。這些企業(yè)都在蘇格蘭引以為傲的歐洲海洋能源中心（European Marine Energy Centre，EMEC）進(jìn)行著實(shí)証實(shí)驗(yàn)。
在挪威誕生，在蘇格蘭成長(zhǎng)
安德裡茨水電哈默菲斯特公司是一家具有代表性的潮汐能渦輪機(jī)開發(fā)及制造企業(yè)。該公司是澳大利亞大型成套設(shè)備制造商安德裡茨集團(tuán)將挪威當(dāng)?shù)仉娏ζ髽I(yè)Hammerfest Energy公司設(shè)立的設(shè)備開發(fā)企業(yè)Hammerfest Strom公司收歸旗下后成立的。2010年4月，安德裡茨集團(tuán)將出資比率從33.3％提高到55.4％，從而將Hammerfest Strom收為子公司，並改成了現(xiàn)在公司名稱，然后將總部轉(zhuǎn)移到了蘇格蘭的格拉斯哥（Glasgow）。身為安德裡茨集團(tuán)水力部門的安德裡茨水電公司擁有在170年間銷售了3萬(wàn)套水力渦輪系統(tǒng)（相當(dāng)於4億萬(wàn)千瓦）的業(yè)績(jī)。
安德裡茨水電不僅是制造及銷售渦輪機(jī)，還開發(fā)出了全套潮汐能發(fā)電陣列（Tidal Array）設(shè)備，並以“隻要轉(zhuǎn)動(dòng)一下鑰匙就能馬上使用”的總承包方式提供這種設(shè)備。制造、組裝、試驗(yàn)、設(shè)置作業(yè)都外包給合作伙伴企業(yè)。與各行業(yè)企業(yè)組成供應(yīng)鏈，承擔(dān)項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)，並將從中得到的信息反映到產(chǎn)品的研究開發(fā)中。該公司擁有所有產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）。
安德裡茨水電的首臺(tái)設(shè)備HS300（額定輸出功率為300千瓦）的實(shí)証試驗(yàn)，是在流速及水深等環(huán)境條件具備、可避開風(fēng)浪的挪威克瓦爾鬆（Kvalsund）進(jìn)行的。將設(shè)備設(shè)置在水下50米左右深處后，對(duì)性能進(jìn)行了確認(rèn)。從2003年到2009年，運(yùn)轉(zhuǎn)了1.7萬(wàn)小時(shí)，創(chuàng)下運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到98％的最高紀(jì)錄等，獲得了良好成果。2004年以后，在全球率先實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模設(shè)備並網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)。這些成果都反映在了第二代設(shè)備HS1000上（資料3）。
資料3．安德裡茨水電哈默菲斯特的HS1000
出處：Andritz Hydro Hammerfest
作為HS1000的實(shí)証場(chǎng)所，安德裡茨水電哈默菲斯特選擇了歐洲海洋能源中心。在這裡，能夠在水流很快的嚴(yán)酷環(huán)境下測(cè)試對(duì)渦輪機(jī)的沖擊。2011年11月在水深48米處設(shè)置了設(shè)備，2012年2月並網(wǎng)，同年5月達(dá)到了1兆瓦（MW）的額定輸出功率。
此項(xiàng)實(shí)証業(yè)務(wù)從英國(guó)碳信托公司（Carbon Trust）得到了390萬(wàn)歐元補(bǔ)貼，從挪威的基金公司得到了70萬(wàn)歐元補(bǔ)貼。業(yè)務(wù)主體是安德裡茨水電哈默菲斯特的合作伙伴Scottish Power Renewables公司（SPR）。順便提一下，SPR的母公司是西班牙最大的能源及公共服務(wù)商伊維爾德羅拉公司（Iberdrola），其旗下?lián)碛惺澜缱畲蟮娘L(fēng)力發(fā)電企業(yè)。
SPR將利用歐洲海洋能源中心正在進(jìn)行實(shí)証實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，在蘇格蘭的艾拉（Islay）海峽設(shè)置世界首座潮汐能發(fā)電陣列。由於處在雖然流速很大，但卻與海風(fēng)及波浪隔絕開來的絕好環(huán)境中，因此，並網(wǎng)十分容易�？�?cè)萘繛?0兆瓦，於2011年3月獲得了蘇格蘭政府批準(zhǔn)。計(jì)劃在2013年年底動(dòng)工，已經(jīng)完成資源量調(diào)查及海底檢查，並提交了環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告。
SPR計(jì)劃進(jìn)一步在彭特蘭海峽（Pentland）的鄧肯斯比角（Duncansby-Head）鋪設(shè)95兆瓦潮汐能發(fā)電陣列。將設(shè)置95臺(tái)HS1000。該業(yè)務(wù)已成為蘇格蘭政府授予最佳海洋能源業(yè)務(wù)的聖安德魯十字獎(jiǎng)（Saltire Prize）的候選項(xiàng)目。SPR力爭(zhēng)在2016年投入試運(yùn)轉(zhuǎn)，2017年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)。
在愛爾蘭誕生的世界性技術(shù)
OpenHydro公司是2004年成立的愛爾蘭潮流渦輪機(jī)開發(fā)企業(yè)，已實(shí)現(xiàn)了多個(gè)“世界第一”。包括：在歐洲海洋能源中心設(shè)置潮流渦輪機(jī)、發(fā)電設(shè)備接入英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)、在海底實(shí)地設(shè)置及打撈設(shè)備、設(shè)置商業(yè)規(guī)模渦輪機(jī)（1兆瓦、2.2兆瓦）等。潮汐能發(fā)電的最近動(dòng)向與該公司的業(yè)績(jī)有著密切關(guān)系，這樣說也毫不為過。
OpenHydro的潮汐能技術(shù)特點(diǎn)在於“中心開口”（Open Center）結(jié)構(gòu)（資料4），這也是其公司名稱的由來。16枚葉片被固定成圓盤狀，內(nèi)圈（中心）的內(nèi)側(cè)是一個(gè)空洞（開口）。由安裝在外圈的永久磁鐵進(jìn)行發(fā)電。這是一種簡(jiǎn)單而又堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，即使在嚴(yán)酷的環(huán)境中，耐久性也很出色。OpenHydro稱，這種技術(shù)目前具有可與海洋風(fēng)力發(fā)電比肩的經(jīng)濟(jì)效益，將來會(huì)具有可與陸上風(fēng)力發(fā)電比肩的經(jīng)濟(jì)效益。
資料4．OpenHydro的潮流渦輪機(jī)
出處：OpenHydro
上述結(jié)構(gòu)採(cǎi)用了生物風(fēng)險(xiǎn)性較小、充分考慮到環(huán)境的設(shè)計(jì)。魚可以從空洞的中心穿過。葉片不僅以一定的緩慢速度旋轉(zhuǎn)，還參考流體力學(xué)進(jìn)行了形狀設(shè)計(jì)，形成了魚類不會(huì)卷入葉片的結(jié)構(gòu)。並且不使用潤(rùn)滑油，因而不會(huì)造成海洋污染。機(jī)械噪聲低的特點(diǎn)也已得到了証實(shí)。中心開口技術(shù)在1990年代開始進(jìn)行開發(fā)，在海中已進(jìn)行了10年以上實(shí)驗(yàn)。
2006年，OpenHydro在歐洲海洋能源中心最先開始進(jìn)行潮汐能發(fā)電設(shè)備的實(shí)証實(shí)驗(yàn)。採(cǎi)用從兩側(cè)支撐250千瓦渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，發(fā)電單元在海中上下運(yùn)動(dòng)，能夠以最小成本完成多種實(shí)証實(shí)驗(yàn)。商業(yè)設(shè)備將設(shè)置在海底。除了歐洲海洋能源中心外，該公司還在世界各地進(jìn)行實(shí)証實(shí)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)商業(yè)化而努力。
OpenHydro與法國(guó)的關(guān)系十分深厚。法國(guó)船舶制造商法國(guó)潛艇建造局（Direction des Constructions Navales Services，DCNS）於2011年1月獲得了OpenHydro 的8％股份，2013年1月22日又將出資比率從11％提高到59.7％，將其收為子公司。此舉是為了與法國(guó)電力公司（EDF）合作開展業(yè)務(wù)。收購(gòu)時(shí)，OpenHydro與DCNS約定保持OpenHydr的品牌及團(tuán)隊(duì)。
DCNS對(duì)潮汐能發(fā)電的發(fā)展前景給予了很高評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)全球至少有9000萬(wàn)千瓦的開發(fā)潛能。這相當(dāng)於60座法國(guó)新一代反應(yīng)堆———?dú)W洲壓水反應(yīng)堆（EPR）的裝機(jī)容量。DCNS預(yù)計(jì)，在2025年之前潮汐能發(fā)電至少能實(shí)現(xiàn)10億歐元的銷售額。
DCNS的主業(yè)是建造海軍艦艇。一直在進(jìn)行潛水艇和海防兵器設(shè)計(jì)、建造及技術(shù)支持，以及相關(guān)系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施等的開發(fā)，並為海軍基地及港灣地區(qū)提供服務(wù)。其能源部門則致力於核能和海洋能源的開發(fā)，計(jì)劃開發(fā)浮體式風(fēng)力、溫度差發(fā)電、波力及潮汐能等所有海洋能源。
