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可再生能源|前沿研究丨海洋可再生能源的前景( 六 )


最新的模拟方法涉及波浪能转换器阵列的波浪–电缆模型 ， 该模型整合了波浪流体力学、设备反应、动力输出装置、实时控制和电能生产等 。 这种模拟能预测波动的时间序列、设备反应、活塞动力、累计气压、电源阵列和输出电压大小 。
（五）海洋热能转换和盐度梯度能
海洋是存储热能的巨大仓库 ， 约吸收太阳辐射热量的15% 。 海洋热能转换(OTEC)概念利用了海洋表层和深层至少20℃的温度差 。 该能量转换方法也适用于热带地区水深达1km的海域 。 热能转换装置最重要的部件是热交换器 ， 包括蒸发器和冷凝器；其运行技术方案有闭式循环、开式循环和混合式循环 。
尽管小规模闭式循环和开式循环发电站已经在美国(包括夏威夷)、瑙鲁、印度和日本等国家进行测试 ， 但目前热能转换现场试验的费用仍过于昂贵 。 洛克希德?马丁空间系统公司(Lockheed Martin)估计一座100MW的OTEC发电站的商业成本约为每千瓦10000美元 。 另一种海洋能源来源于海水和淡水融合时由盐度梯度形成的化学势(如河口的盐水楔) 。 利用盐度梯度发电的技术包括压力延迟渗透(PRO)和反向电渗析(RED) 。 2009年 ， 科研人员在挪威托夫特建立了一个利用PRO法产生渗透压的5kW试验工厂 ， 但是后来由于膜污染而停止运行 。 2014年 ， 利用了RED技术的中试规模的发电站在荷兰阿夫鲁戴克拦海大坝投入运营 。 在完全实现RED技术的应用之前还需要解决以下技术问题：水中天然杂质对膜的破坏、粒子的过滤、生物污损、多价离子对系统性能的影响、大量抽水过程对海洋生物的影响和内阻最小化 。
（六）海洋生物能
海藻类植物(如海藻)是MRE的潜在来源 。 这类海洋生物可以通过发酵产生甲烷和氢气 。 循环经济概念主要是指：使用MRE维持近海的水产养殖系统；在养鱼场周围种植海藻以控制富营养化；夏季结束时能够收获海藻；经青贮预处理的海藻可以全年为沼气池提供原料；剩余的MRE可与沼气一起制备氢气 ， 并通过进一步反应实现从沼气到生物甲烷的升级(4H2+CO2=CH4+2H2O) ， 使甲烷产量翻倍；可作为绿色能源气并入天然气供应网 。 从本质上讲 ， 绿色能源气是MRE和海藻中生物能分布的能源载体 。 可再生热能、天然气汽车中的可再生交通能源和站外可再生电力都可能成为现成的能源载体 。 海藻类植物的使用为利用陆地生物体可持续地生产生物柴油和生物乙醇的争论提供了一种解决方法 ， 避免了生产食物、燃料和其他土地利用方式之间矛盾 。 海藻的生长速度非常快 ， 可以作为能源储备库 ， 也可以固碳 。 因此 ， 为了建立藻类生物燃料的工业化生产 ， 进一步研究和开发是必要的 。
三、存储、先进材料、机器人和信息技术
海洋能源输出很不稳定 。 由于产生于天气系统 ， 风和海浪本质上具有随机性、季节性 ， 而且服从一定的年际变化特征 。 潮汐具有周期性循环往复的特点 ， 并受到多个振荡因素的影响 ， 包括半日、全日和大小潮 ， 这都是由地球与太阳和月亮的相对位置引起的 。 时间尺度从几个小时到几年不等 。 因此 ， 能量存储至关重要 ， 它可以调整海洋能量的输出 。
目前正在研究的大容量存储技术包括抽水蓄能装置、电解储氢装置、压缩空气储能装置和代用天然气 。 例如 ， 电力转气体(power-to-gas)的技术通过电解制氢 ， 然后转化为甲烷再并入天然气供应网中 。 这种规划远景为材料科学、技术和制造业提供了复杂的可以融合的机会 。 海洋气候恶劣多变 ， 海水具有腐蚀性 ， 因此科研人员设计了许多不同的海洋设备 。 例如 ， 在轴流式涡轮机中 ， 悬臂转子的叶片必须具有极强的抗海水腐蚀性 ， 从而催生出强度更高、抗疲劳性更好和防腐性能更强的新材料 。 先进的复合材料 ， 如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料和玄武岩纤维增强复合材料 ， 成为低成本和高耐久性的理想替代材料 。 图8(a)显示了250kW涡轮机上长为13m的单片式风力涡轮机叶片 ， 该部件由éireComposites使用玻璃/碳纤维和环氧树脂粉末通过电热陶瓷复合材料加工制成 ， 如图8(b)所示 。


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