风电受到地理条件限定,不是哪里都能开拓的,而且对生态和景不雅观的影响也大,有利于开拓风电的地方,常常在候鸟迁徙路线上。中国好不容易通过再森林化规复了一点生态,假如由于风电大量杀伤鸟类,就不好了。太阳能也受到地理条件限定,而且中国太阳能条件较好的西北和青藏高原阔别用电集中的东南沿海,长途输电的丢失不宜忽略。
但风电和太阳能不必限定在大陆上,海上也可以发展。
丹麦和德国大力发展海上风电,已经取得很大造诣
北海常年大风,丹麦和德国恰好大力发展海上风电,已经很有规模。中国也可以利用漫长的海岸线,发展海上风电。
海上风电的坏处是建造、运作和输电本钱高于陆上风电,但有不占地的好处,鸟撞的问题也大大降落。离岸几公里以外,日常翱翔的海鸟就大大减少。海底铺设的输电缆比陆上要繁芜,维修麻烦,但也有不须要征地和建造输电铁塔的好处。须要对过往渔船的作业有所限定,避免拖带。此外,事情环境倒是很稳定,没有风雨、飞鸟的影响。反正坐在海底,海洋生物攀附的影响可能也较低。
浮动的光电场是另一个向大海要电的路子,这里还是在湖面,但在原则上也可以造到海上
还可以用大型“救生圈”围起来,人工制造一个避风港,圈内的风浪大大小于圈外
海上光电是另一个路子。海上没有树木、山峦、建筑的遮挡问题,也没有尘土、杂物的沉积问题。只要办理了防腐问题,常常冲水、保持清洁没有水源问题。海水的冷却还提高光电板的效率。光电浮板可以连锁起来,既避免飘散,也降落风浪中的稳定性。还可以和海上风电场在一起,栓在风电桩上,并共用输电举动步伐。如果风浪影响太大,可以用大型环状或者矩形浮体把光电板阵围护起来。这像避风港一样,圈内的风浪大大小于圈外,有利于光电板有效事情。
在浅海,也可以把光电阵直接早在海底上,简化光电板的利用和维修
或者把光电板安装在大型浮筏上
如果直接浸泡在海水里的防腐和海洋生物寻衅较大,可以用工程手段把光电板架起来。在浅海,直接从海底造支架就行。在深海,可以用大型浮筏。
光电板的好处是对太阳的方向性哀求不太高,只要大体朝上就可以在日照下发电,缺陷转换效率较低。光热的效率就比较高了,而且可以和海水淡化连接起来。
光热是另一个发展方向
光热将太阳的热量用聚光镜聚焦,加热焦点上的蒸汽发生器,产生高压蒸汽,推动蒸汽轮机发电。这是最大略的单回路,实际光热常用双回路,内回路用熔盐,可以升温更高,提高光热效率。然后循环的炽热熔盐进入蒸汽发生器,产生高压蒸汽,推动蒸汽轮机发电。光热还可以把部分炽热熔盐打入地下保温,在夜间抽取出来作为热源,连续发电。
在大西北,发展光热的最大限定在于水源。热电用循环水不随意马虎。发电后的低温低压蒸汽要靠自然散热而冷凝成水就太费事了,用冷却水则有冷却水的散热问题,跑得了和尚跑不了庙。一样平常热电厂巨大的白色烟柱常被误解为废气污染,实在那只是冷却塔的水蒸气。但在干旱的大西北,这样大量花费宝贵的水资源是很可惜的。
但在海上就没有这个问题了。可以用熔盐的双回路,也可以直接用大略的海水单回路。熔盐的好处是可以储能和调峰发电,但海底存储炽热的熔盐不易。海水单回路大略,而且没有水源和冷却塔问题。高压蒸汽推动发电后,直接通过水下管道边冷却,边作为淡水输往大陆,发电、海水淡化两不误。
海水是淡盐水,蒸发后留下浓盐水。这既可以作为氯碱化工的质料,也可以用部分冷凝水稀释后直接向大海排放。由于排放的盐分本来就来自海水,除了可能形成局部“热点”,排放对海水的盐度影响很小。局部热点的问题可以通过海流研究和长管多点排放办理。
光热须要所有反光板精确指向聚光塔顶的焦点,当代掌握是做得到的。将反光镜阵分成安装在大型浮架上,浮架的尺寸大大超过本地范例波浪波长,可以用波浪的自然起伏抵销很大一部分颠簸影响。浮架相称于大型浅网箱构造,这对中国毫无技能压力。
如果反光镜阵和聚光塔在同一个浮架上,反光镜的掌握和同步就更随意马虎了,但这哀求发电机也分散化,每个浮架配备一套汽轮机-发电机组。但这样,高压蒸汽管路也都是刚性连接,设计和制造上大略得多,便是浮架要足够大,才能有足够的经济性。多个浮架连接成海上光热场,可以供应可不雅观的电力和淡水。
当然,这对机组的全自动可靠事情有很高哀求,常常须要奉养就不好了。
海洋上的风利用起来了,海洋上的阳光利用起来了,但海洋上的波浪不仅是要战胜的困难,本身也是能源。坏景象常日还是大浪天,波浪受昼夜的影响也相对小点,可发电的韶光更长。
波浪发电长期在“打气筒”理念里打转转,这有观点大略的好处,但利用起来挺别扭,须要把往来来往式的直线运动转换成更加适宜发电机的单向旋转运动。更加直接的是用活塞的往来来往运动直接切割筒体磁场的磁力线,直接发电,但须要对电流“梳理干净”,否则相位、频率都很难与电网相同。或许用直流发电、直流输电是一个办理的办法。
“打气筒”不只可以直立在海里,还可以横卧在水面
号称“海蛇”的发电装置在两节浮筒之间是液压发电装置,在波浪的高下运动中,交替抽吸液压油,驱动发电
更加奥妙的是把“打气筒”横卧在水面上,成为“海蛇”。这样把多节浮筒相连的波浪发电装置的两端都栓在海底,每两节浮筒之间是发电装置,用高下交错的自由迁徙改变的铰链连接。随着波浪的运动,浮筒随着波面的起伏,驱动活塞。图中玄色的便是活塞驱动杆。
油路都带单向阀,液压油只能向一个方向流动,通过流路的周期性切换,担保驱动液压马达的液压油只朝一个方向流动,液压马达不会周期性正反转。详细来说,假定连接液压马达两侧的管路从右往左流动。这样,右侧油缸的底部管路和左侧油缸的顶部管路都只能向上流动,在左活塞推进、右活塞退出时,液压油不才液压缸里压缩,通过右油缸,向左驱动液压马达,再通过左油缸回到上液压缸存储待用。右油缸通向上液压缸和左油缸通向下液压缸的旁通管路都只能从左上往右下流动,这样,在右活塞推进、左活塞退出时,液压油在上液压缸里压缩,“绕道”右油缸,向左驱动液压马达,再通过左油缸回到下液压缸存储待用。旁边油缸都是有弹性的,自然保持压力,对波浪起伏带来的液压油压力起伏进行平滑,帮助稳定发电。
这是很奥妙的设计,而且是利用波浪的形状,而不是波浪的升沉。但由于连接铰链只能高下运动,而真实海浪是复合运动,机器磨损很大。为了适应真实海浪,每两节之间交替用高下迁徙改变的铰链和横向迁徙改变的铰链,一方面利用横狼的能量,另一方面降落机器磨损。但“海蛇”的机器磨损还是太大,2004年在苏格兰建成并网发电,2008年在葡萄牙建成并网发电,中国在2015年建成“海龙”装置,在试验完成后都撤出电网了,技能还须要进一步成熟化。
Wavestar也是用液压油,但轻微有点不一样。装置是坐在海底的,两侧各一排浮筒驱动的长臂
长臂在高下运动中,驱动液压缸,向中心高压油缸加压,终极驱动发电机
已经建成一个实验性装置,能看到左侧两个浮筒在水中“随波逐浪”
“海蛇”须要在水深超过50米的地方利用,避免涨潮落潮的海平面差影响浮筒的事情。Wavestar则避开了这个问题,装置直接坐落在海底,浮筒随波浪高下运动时,直策应用波浪的升沉,而不再理会波浪的形状。Wavestar像打气筒一样驱动液压缸,产生高压,末了驱动液压马达和发电机。设计比“海蛇”大略、结实、可靠,但装置很弘大,建造本钱较高。
威尔士涡轮机摆脱了“打气筒”的思路,利用波浪在斜坡水道高下运动时压缩空气和抽负压的浸染,使得顶部空腔内的空气流出、流入,驱动空气涡轮
采取对称翼型,当气流从下往上吹动叶片时,气流向右偏上滑走,推动叶片向左迁徙改变;当气流从上往下吹动叶片式,气流向右偏下滑走,同样推动叶片向左迁徙改变
威尔士涡轮机是英国人艾伦·威尔士发明的,利用独特的对称翼型的叶片设计,使得气流从两边吹动时,叶片始终向同一个方向迁徙改变,特殊适宜波浪发电。这时须要在岸边建造一个封顶的斜坡水道构造,顶部在水面以上,内部便是空气,没别的。
波浪往上涌的时候,水面沿坡道升高,推动坡顶空腔内的空气向外流动,驱动空气涡轮。波浪往下退的时候,水面沿坡道降落,对坡顶空腔抽负压,使得环境空气往里流动,反向驱动空气涡轮。但威尔士涡轮机的分外设计使得不管空气朝外流动还是朝里流动,叶片始终往同一个方向迁徙改变,驱动发电机。
波浪滑翔器的桨叶是可在潜航体的升沉中自由迁徙改变的,这个角度使得潜航体在升沉中同时产生推力,彷佛江南小船摇橹一样
但威尔士涡轮机的叶片不固定,而是随气流方向像波兰滑翔器的桨叶一样可自由偏转到一定角度后锁定,可以进一步提高能量回收效率。
威尔士涡轮机也可以在海上用坐底的空心立管实现,空心立管本身便是“水压活塞”的筒体,下半部向海水洞开就行了。阔别海岸还办理了“呼吸”时的噪声问题。
威尔士涡轮机也可用于海上立桩发电,图中还是海岸的,但用大直径空心立管在海上坐底,下半部向海水洞开,可以得到同样的效果
波浪发电很少受景象影响,风浪越大,发电的着力越大,但不像风力发电,可能有叶片被强风破坏的问题。
带可迁徙改变叶片的威尔士涡轮机也可以和“海蛇”结合起来,极大地简化设计,只要高下液压缸来回推动液压油就可以了,不须要担心正流、逆流问题。
海上还可以用洋流发电,那就和陆地上的风力发电差不多了,只是洋流利常稳定一些,较少受到景象和时令的影响。潮汐是另一个可供发电的能源,最大略的办法便是培植潮汐水库,高潮蓄水,低潮放水,像抽水储能一样事情,不过只能间隙性事情,对储能的哀求较高。而且高低潮的水位差可能也太小,不便利用。波浪发电相对稳定一些。
海洋占地球面积70%,向大海要电必定成为无碳电力的紧张部份,紧张技能都已经成形,该当大力发展。首先该当在阔别大陆的岛屿上推广。