海浪蘊(yùn)含著巨大能量
如果你試圖在一艘船在波濤洶涌的海上搖晃時走過甲板，或在海浪迎面拍來時掙扎著要從沙灘上站起來，那么你一定感受過海洋的威力。
看來大海中也蘊(yùn)含著巨大能量，因此從海浪中獲得能源聽上去是真有可能的。對于BBC全球服務(wù)（World Service）聽眾Michael McFarlane而言，多年來有一個問題始終縈繞在心。
“我住在牙買加，無論在哪里都不會離海很遠(yuǎn)……但這里的能源主要還是來自化石燃料。”他說。
因此，為什么Michael的家鄉(xiāng)還沒有用上來自海洋的能量？
全球服務(wù)的大眾科學(xué)（Crowdscience）節(jié)目要解決這個問題，首先要解決一個語言上的問題。
英國普利茅斯大學(xué)COAST實(shí)驗(yàn)室主任、海洋工程教授Deborah Greaves解釋到：“我們傾向于使用‘海洋可再生能源’（marine renewable energy）來作為海浪能和潮汐能的統(tǒng)稱，這是一種可以從海洋環(huán)境下的海洋運(yùn)動中提取出來的能源。”
大型潮汐能發(fā)電機(jī)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)的多個特定地點(diǎn)運(yùn)行——例如，位于法國布列塔尼（Brittany）的La Rance河入�？诔毕馨l(fā)電廠從1966年就開始運(yùn)行；目前世界最大的潮汐能發(fā)電站位于韓國京畿道（Gyeonggi Province）西娃湖（Sihwa Lake），耗資2.63億美元。
成本是目前制約潮汐能發(fā)電站在世界各地發(fā)展的一個因素。環(huán)境影響是另外一個因素，潮汐能尤為強(qiáng)大的地方往往也是生態(tài)敏感區(qū)，如河流入�？凇�
還有一個細(xì)節(jié)與BBC聽眾Michael尤其相關(guān)：如果足夠有幸在牙買加海灘停留些許時日，你就會發(fā)現(xiàn)，那里的潮汐進(jìn)退距離差并不大，只有幾厘米，而世界上有些地方的潮汐距離差可達(dá)數(shù)米。
剛剛起步
對于我們的項(xiàng)目而言，這意味著我們要轉(zhuǎn)向海浪能，Greaves告訴我們，這方面的研究才剛剛起步。“獲得海浪能意味著要用一個裝置從海浪的運(yùn)動中提取能量，目前要做到這一點(diǎn)有許多種方案。”
在大海中，波浪的運(yùn)動不像潮汐那樣容易預(yù)測。海浪是由風(fēng)激起的，無處不在，向所有方向擴(kuò)散。正是這種不規(guī)律性和差異性，決定了海浪能可以用多種方式收集，圍繞這些收集方法已經(jīng)注冊了成千上萬項(xiàng)專利。
Falmouth灣區(qū)的一個試驗(yàn)場正幫助海浪能設(shè)備開發(fā)者改進(jìn)他們的模型
你可以從這些設(shè)備五花八門的名字中受到一些啟發(fā)：青貝（the Limpet）、青蛙（the Frog）、巨鯨（Mighty Whale）、卷浪機(jī)（Wave Roller）、龍騰巨浪（Wave Dragon）、蠔（the Oyster）、企鵝（the Penguin）。“企鵝”在海里上下?lián)潋v，就像真正的企鵝那樣，盡管它長得像卡通片里的奶酪塊——有一些設(shè)備和它們的名字不那么相符。
但不考慮五花八門的或動聽的名字，到底什么樣的裝置才能讓海浪能或潮汐能發(fā)電的潛力發(fā)揮到極致？“從來源上說，海浪能的潛力更大，因?yàn)槌毕馨l(fā)電站只能固定在海岸線的某些位置上。”
“因此，海浪能的實(shí)際潛力更大，但目前談?wù)摵＠四艿纳虡I(yè)化開發(fā)為時尚早。”Deborah Greaves說。
在英國普利茅斯大學(xué)近岸海洋與沉積物遷移實(shí)驗(yàn)室，Greaves教授監(jiān)視著新型海浪能設(shè)備在他們巨大的海浪盆（Ocean Wave Basin）中進(jìn)行測試。這是一個35米長、15米寬、3米深的裝滿水的大池子，能停放100輛汽車。
海洋模擬實(shí)驗(yàn)室
在池子的一端有24個可以分別獨(dú)立控制的槳狀物，能產(chǎn)生接近1米高的浪。這意味著能產(chǎn)生多種形態(tài)的浪——從你可能在海邊見過的那種浪，到由不同方向、振幅和相位波浪合成的復(fù)雜得多的波浪面（COAST團(tuán)隊(duì)稱之為海洋狀態(tài)，sea state），都能產(chǎn)生。
但無論如何，這只是在實(shí)驗(yàn)室尺度上的——這不是開放海域的一部分，但這是海浪能轉(zhuǎn)化裝置起步的地方。Deborah解釋到：“我們在這里只能到達(dá)某個尺度…因此為了真正了解你的裝置在海里會有什么樣的表現(xiàn)，在安裝時會遇到什么意想不到的挑戰(zhàn)，以及如何使其在真正的海洋環(huán)境中不會出現(xiàn)故障，在我們的實(shí)驗(yàn)室是做不到的，但在海洋中更大尺度的試驗(yàn)場可以進(jìn)行測試。”
Falmouth灣區(qū)的FaB試驗(yàn)場就是這樣的場地。坐著科研船向海洋深處行進(jìn)約1英里，就能看到這個試驗(yàn)場，海浪能轉(zhuǎn)化設(shè)備的開發(fā)者正利用這塊場地改進(jìn)他們的設(shè)備。
海浪模擬實(shí)驗(yàn)室
“這塊場地讓我們確保不會把設(shè)備弄丟；與此同時，還提供了非常惡劣和極端的條件。我們見過接近10米的巨浪。”Exeter大學(xué)教授Lars Johanning說著，在不經(jīng)意地一條腿站著的情況下身體依然保持穩(wěn)定，令人印象深刻；而與此同時大眾科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員們卻緊緊抓住船上扶手，以及他們的手機(jī)。
“在現(xiàn)實(shí)世界的條件下，正如你剛剛經(jīng)歷的那樣，有來自不同方向的海浪，有洋流，有風(fēng)，還有鹽水——因此設(shè)備會受腐蝕。”Johanning教授解釋說。
“很不幸的是，只要有一個小問題常常出錯，你就得停下來；當(dāng)然，除非你自己能解決它。”
Johanning教授告訴我們，對海浪能轉(zhuǎn)化設(shè)備最大的挑戰(zhàn)是如何在極端條件下避免故障。“在實(shí)驗(yàn)室里你可能制造出來自一個方向的、很好看的浪，非常平緩而有規(guī)律。但那不是真正的海洋條件。很不幸的是，真正的海洋有一些不一樣，因此你得克服這些困難。我們可以為應(yīng)付這些條件而改變設(shè)計，但是還得確保這在經(jīng)濟(jì)上是可行的。”
從船上安全下來、回到車?yán)镏�，我們離開了海洋試驗(yàn)場，前往我們親切稱為海浪能裝備“大學(xué)校”的地方。站在這里風(fēng)景秀麗而多風(fēng)的海灘上，我們遇到了海浪能收集者有限公司（Wave Hub Ltd.）商業(yè)總監(jiān)Stuart Herbert。
延伸入海的發(fā)電廠
“你可以把Wave Hub視為延伸入海的發(fā)電廠。我們有一條25千米長、非常粗的電纜，它就在我們所處的沙灘下，并延伸到海中，最遠(yuǎn)處距離St Ives鎮(zhèn)10英里。”Stuart說。
在多風(fēng)和冬季的寒冷條件下，這是我們目前能讓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的最近距離。Herbert先生告訴我們：“最近幾年的海浪最高可達(dá)15米。從某種意義上說，浪越大越好，但是這些設(shè)備不能因此而報廢了。這個地方蘊(yùn)含的海浪能非常高，而且可以連上國家電網(wǎng)。在澳大利亞、愛爾蘭西部、葡萄牙、法國和西班牙，也有海浪能蘊(yùn)藏豐富的地方。”
那么他是怎么考慮我們聽眾Michael McFarlane的問題的：大海能不能為我們提供所有的電能？
“真是一個引人入勝的問題！牙買加的海浪能非常豐富。”這是一個不錯的起點(diǎn)，但是具體計劃的時間表如何？能不能真正實(shí)現(xiàn)？
“據(jù)估計，海浪能的總蘊(yùn)藏量是全世界目前能源消費(fèi)量的兩倍多。然而，獲取海浪能這種狂野而不可預(yù)測的能量，是一種極大的挑戰(zhàn)。這些裝備要進(jìn)入商業(yè)化階段、在全世界廣泛應(yīng)用，仍需時日。”
“我們會不會到一個全世界都靠海浪能提供能源的階段？我不得不誠實(shí)地說，這是不可能的。有人做過估算稱，英國使用海浪能的比例可以達(dá)到15-20%。”
因此，不可能所有電能都來自海浪能。但海島地區(qū)的人將來仍然可以在一定程度上利用海浪能，尤其是因?yàn)�，如Herbert先生所說，“海島地區(qū)目前要么沒有能源，要么能源來自很貴的地方，如用柴油發(fā)電機(jī)。”
Michael認(rèn)為大�？梢蕴峁┐罅棵赓M(fèi)能源的想法遠(yuǎn)不能說是錯的。然而挑戰(zhàn)在于，以經(jīng)濟(jì)上可行的方式，制造出能從不可預(yù)測的海浪中獲取最多能源的裝置，并且在海浪不停沖刷和拍打的條件下持續(xù)運(yùn)行。
正如Stuart Herbert總結(jié)的：“風(fēng)力發(fā)電廠從設(shè)計到商業(yè)化運(yùn)行，用了至少20年時間。海浪能最少落后10年。因此，我認(rèn)為可以預(yù)期的是，10年后我們將會看到海浪能裝置商業(yè)化運(yùn)行，所產(chǎn)生能量的數(shù)量級達(dá)到真正實(shí)用的程度。”
責(zé)編：科普知識網(wǎng)