原标题:日本解锁终极能源?日本将巨型涡轮机投入海,从洋流获取无穷能量

当我们习惯了城市的喧嚣,可能会下意识地忽略了原始的自然力量。因为在幽暗的海洋深处,潜伏着一个拥有滔天伟力的“怪物”。几千年来,它一直没有受到影响和干扰。但现在日本科学家想利用这种力量拯救日本。别担心,我说的不是哥斯拉,尽管它可能躺在海底的某个地方。相反,我说的是深海涡轮机,因为日本是第一个尝试利用洋流力量的国家。

然而,日本为什么要转向海上寻求能量呢?有什么好处?有什么风险?这会是一场能源革命吗?

从地质学上讲,由于日本位于环太平洋火山带,是多个板块的交汇处。而板块运动使得日本拥有广阔的山脉、地热泉、火山、断层线和近岸深海海沟。但这些令人难以置信的景观使得太阳能发电场和海上风力涡轮机具有挑战性,因为在可以获取能源的地方附近没有可用空间或合适的海床,这也是日本城市如此拥挤的原因之一。

因此,当日本开始从化石燃料转向可再生能源时,他们主要转向核能。然而,自福岛核事故(核能在2011年前提供了日本30%的能源需求)发生以来,他们一直在努力寻找替代品——洋流。

洋流携带了多少能量?

我们知道,地球表面的 70% 以上被水覆盖,其中地球上 96% 以上的水都在海洋中。这种巨大的液体质量不是静止的,它受到月球引力的影响而移动,这导致地球的水以潮汐的形式有规律地移动。而由地球自转、恒定风和温差引起的海水大循环就是洋流。

其中海洋中最大的洋流之一的“黑潮”就经过日本东海岸。科学研究表明,黑潮的宽度大约是110到150公里,深度大约为700米到1000米。每天的水流速度为120公里,携带的水量相当于 6000 条大河

而且黑潮属于温盐环流,由温度和盐度驱动——在两极,海水结冰,由于冰中不含盐分,两极周围的水变得更咸,因此密度更大,使其沉入海底。随着更多的水在两极下沉,热带周围的风系统导致上升流,这些水随后被推/拉向赤道。一旦到达地表,随着更多的冷水下沉,水就会被吸回两极,导致现在温暖的水涌入代替它的位置,这过程称为温盐循环。

所以黑潮以稳定的能量流动,使其成为理想的能源。更重要的是,由于海洋生态系统的性质,我们可以在水流中建造结构而不会造成栖息地丧失。事实上,这些结构将充当人工鱼礁,并具有增加海洋生物量和生物多样性的能力。

因此,理论上,洋流发电可能是完美的生态能源。与太阳能和风能不同,它不需要昂贵的巨型电网级巨型电池来保持输出稳定,从而减少了碳足迹和对破坏环境的采矿需求。它也不会像太阳能那样导致栖息地丧失,也不会像风电场那样阻碍船舶,因为洋流的能量在地表以下 100 m。此外,据估计,黑潮电流可提供高达205 吉瓦的电力,与日本目前的总发电量相当。

这就是日本重型机械制造商 IHI的用武之地。

十年磨一剑?330吨重的巨型涡轮机!

日本IHI在10多年前就开始研发一种利用深海洋流能量的海底涡轮机,并在不久前完成了一款330 吨重、名为“Kairyu”的大型原型水下涡轮机的为期3.5年测试。

如图中所见, Kairyu是一个“浮动”电流涡轮机。这意味着它锚定在海底,其身体的翼状形状可以控制它“漂浮”的深度。这使它更类似于海底风筝。这里的优点是它可以被操纵成最快的电流流动以获得最佳功率(通常在 100m 深度左右),并且可以很容易地浮出水面进行维护。每个翼尖上都有一个涡轮机,能够以 1.5 m/s 的额定流速产生 100 kW 的稳定电力

据IHI公布,他们已经测试并验证了这一概念,现在正在寻求升级为接近生产的全面原型(2030年)。但实际的涡轮机远远大于开发中的涡轮机。他们的涡轮机将有 40 m 宽,单个单元(“浮动”平台上的两个涡轮机)将产生 2 兆瓦的功率,使其比 Kairyu 原型的功率高 2000 倍。一旦建成,IHI 想要建造一个拥有 100 台此类设备的发电厂,以生产高达200 兆瓦的电力,足以为 3000 户日本家庭供电。

如此看来,日本在几年后就能拥有完美的能源了?其实说起来容易做起来难,与陆上设施相比,在水下安装系统要复杂得多。

实际上,这项技术还存在三个需要解决的问题:噪音、涡轮机撞击、洋流减速和气候变化

虽然海洋中的人造结构往往不会打扰野生动物,但人们担心动物会被刀片击中并被杀死或伤害。但这些涡轮机的移动速度比风力涡轮机慢得多,如果需要的话,可以设计得更慢,所以这可能不是什么值得担心的事情。

另一方面,噪音是一个问题。我们已经知道,海洋哺乳动物在过度的海洋噪音中真的很挣扎,这实际上会导致它们自己搁浅、改变行为并扰乱进食。因此,IHI 将不得不做大量工作以确保他们的涡轮机尽可能安静,否则它们可能会产生巨大的副作用。

还有人担心,过于广泛地使用这项技术可能会减缓这些洋流。这将是一个重大问题,因为这些洋流为大片海洋提供营养。如果你放慢它们的速度,它可能会导致大量海洋生物死亡和海洋生态系统崩溃。就此问题,日本科学家表示只有当我们在单一电流中使用数万个此类涡轮机时,才会发生这种情况。所以,这不是一个直接的问题,但它确实限制了我们可以使用多少海底涡轮机。

最后一个问题是气候变化。由于气候变化扰乱了温盐机制,随着全球变暖,这些洋流会减慢。虽然它们现在可以产生令人难以置信的电力,但这些涡轮机有可能在几十年内变得毫无用处,因为气候变化真正开始产生影响并减缓洋流。因此,我们需要阻止气候变化,才能让这项技术长期发挥作用。

可以肯定的是,如果日本成功建造了这种新型发电机,它将向清洁、绿色和安全的能源生产迈出一大步。但随着风能和太阳能以及电池存储成本的下降,洋流发电的成本还需具有竞争力才行,所以它还有很长的路要走……返回搜狐,查看更多

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