清洁能源
: 助力可持续发展的未来

苏格兰附近海域的世界级巨浪和其背后的深海清洁能源发展机遇。

在2020年2月,一组来自National Oceanography Centre (NOC)的科学家向苏格兰大陆西面175英里的海面航行,以进行与全球气候变暖相关的测评。在航行的途中,他们被飓风袭击,但情形的是,他们带上了浪峰测量设备。

狂风卷起了巨浪,尽管仍未到达飓风级别,但RSS Discovery船体被平均高达6尺的巨浪冲击了5天之久。其中一个巨浪从浪尖到浪谷的高度达到95尺,有十层楼那么个高。至今,这仍是世界上浪峰高度的最高纪录之一。

世界级“巨浪”

一浪更比一浪高,更高的浪峰一直被预测,例如在IVAN 飓风肆虐期间,但并没有被科学的测量。在National Oceanography Centre (NOC)项目船上的Naomi Holliday博士相信,引发如此滔天巨浪的原因是大风与浪速之间产生的共振让能量在海浪中慢慢聚集。

苏格兰幅员并不算辽阔,但却拥有丰富的地貌特征。自古以来就被诗歌所称颂和描绘的苏格兰高地与星罗棋布的小岛是苏格兰的灵魂所在。但长久以来,浪漫主义都与实用精神都在这山川湖海间共存,苏格兰的自然资源一直都是重要的能源资源。目前的可持续能源多以化解眼前的气候危机为出发点,可苏格兰在此间早已启动可持续能源的开发。

水力资源的先锋

1890年,奥古斯都堡圣本尼迪克特修道院的修士们建造了一台18kW的水轮机,为该镇和村庄供电。大约五十年后,在汤姆·约翰斯顿(Tom Johnston)的愿景指导下,雄心勃勃的工程计划将水力发电带到了北方。世界上第一个高扬程可逆式泵站-一个巨大的机械可充电电池-建在苏格兰著名的芒罗斯(Munros)之一的本·克鲁阿坎(Ben Cruachan)内部。

早在1970年代,爱丁堡大学的斯蒂芬·索尔特教授就在名为nodding ‘ducks’的项目中开展了以波浪能利用为核心的开拓性研究。世界上第一台商用波浪发生器“ Limpet”于2000年在艾雷岛(Islay)海岸安装。它是由Wavegen of Inverness公司开发和安装的,它使用振荡水柱来带动空气,从而推动涡轮,并产生高达500kW的电力。

苏格兰拥有惊人的、可创世纪记录的海浪潮汐能供开发使用。

潮汐的拉动力

海洋能源现在是苏格兰工程师和科学家研究可替代当下技术的,可持续的发电方式的重点。随着2004年8月在奥克尼(Orkney)斯特罗姆内斯(Strromness)的欧洲海洋能源中心(EMEC)的启用,这项研究也迎来了重大技术飞跃。

EMEC利用奥克尼群岛周围极佳的地理环境,来为海洋能源开发设备提供独特的试验平台。 其所需的500万英镑的设立成本由政府公共部门机构承担,这也充分体现了苏格兰政府对绿色能源发展的承诺和决心。

EMEC提供的机会是独一无二且极具远见的。测试波功率设备的四个泊位设在奥克尼大陆上的Billia Croo,那里经常会出现不间断的,高度不超过15米的,来自大西洋的波浪。人们认为这里的海浪具有世界上最高的能源发展潜力。测试区附近备有变电站,其相关设备,可将被测设备连接到苏格兰国家电网(奥克尼州是电网的最北端)。

2006年8月,EMEC开设了第二个专门用于潮汐能的测试站点,地点位于Eday岛西南端,Westray峡湾和Stronsay之间。该地点因其强大的潮汐流而被选定——最快达每秒4米(每小时约9英里),堪称“欧洲之”最之一。该站点包含5个深度在25m至50m之间的泊位,并且它们都具有连接国家电网的设施。

这两个测试站点都包括具有实时监测能力的精密控制和数据采集系统,以及对EMEC的第三个站点,数据处理和分析中心,以及位于斯特罗姆内斯(Stromness)总部的实时监控。在记录测试设备的输出效能的同时,他们还可记录实时天气和海洋状况,以便后续研究,对效率和性能进行充分研究。

爱丁堡利斯(Leith)的Pelamis Wave Power(PWP)就使用了位于Billia Croo的测试平台评估了他们的P1离岸潮汐能转换装置。就像一个巨大的“机械蛇”,大小相当于五个火车车厢,Pelamis沿着水面而建。当它转动起来,迎面迎接海浪时,其铰接关节的运动驱使油流过液压发生系统。整个Pelamis“蛇”家族都可以不断地调整以适应实时条件,并通过一根脐带缆将电力发送回岸上。

在奥克尼(Orkney)成功进行测试之后,PWP赢得了一份重要合同,将Pelamis安装在葡萄牙海岸5公里外的商业潮汐发电站。从那时起,他们与公用事业公司E-on签订了英国在海洋能源领域的第一份商业供应合同。 2008年,他们获得了苏格兰电力可再生能源部门的支持,用于2011年推出的P2机器。

EMEC的研究开发还在继续。在设得兰(Shetland)群岛,勒威克公司Delta Marine及其瑞典合作伙伴Seapower Scotland已在Bluemill Sound对其EXIM潮汐涡轮机进行了测试。但苏格兰人并没有因此满足,Edinburgh Designs有限公司正在位于苏格兰首府爱丁堡的工程基地进行着更多开发工作,他们正在设计和制造波浪发生器和控制系统,这些软件都是Pelamis项目不可或缺的一部分。

碳捕捉

这些公司以及苏格兰的众多企业,都正在努力地将水能转化为消费能源。但是水下地质也可以帮助我们以更低破坏性的方式使用化石燃料。 二氧化碳排放是石化燃烧的必然产物,它们对温室效应和全球变暖有直接的影响。但是,这些气体可以在分散到地球大气层之前被控制,而这个过程被称为碳捕集与封存(CCS),而可提取石油或天然气的地质构造则是我们认为适合长期、安全地封存碳的最佳地点。

实际上,这样做有双重好处,不仅能减少大气中的二氧化碳,泵入二氧化碳可以帮助驱逐地质构造中剩余的石油储备。苏格兰的油田具有在CCS中使用的巨大潜力,并且它们之间的距离并不远,可以让处理成本相对降低。发电厂可以从海床中抽取燃料,封存二氧化碳并将其抽回,从而形成良性循环和碳中和的电力供应。 目前,英国石油公司(BP plc)及其合作伙伴已经提出了利用CCS技术在Peterhead建造电站的计划。

海洋远景小组 (The Marine Foresight Panel) 的估算指出,即使将海洋中不到0.1%的可再生能源可以转化为电力,它也将满足当前需求的五倍以上。苏格兰在开发海洋能源上比起其他国家和地区有超强优势,它在利用宝贵的自然资源方面始终处于全球领先地位。

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