水下涡轮机撬动海洋能源未来

访客 2025-06-15 14:34:34 21050

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摘要： 水下涡轮机，正在成为推动海洋能源发展的新方向。从日本鸣门海峡，到欧洲的英吉利海峡，多台水下涡轮机正在部署。这种可以撬动洋...

水下涡轮机，正在成为推动海洋能源发展的新方向。

从日本鸣门海峡，到欧洲的英吉利海峡，多台水下涡轮机正在部署。这种可以撬动洋流能源的新技术，正在成为推动海洋能源发展的新方向。水下涡轮机是一种海洋洋流涡轮机，旨在充分利用洋流力量并将其转化为电能，工作原理与传统风力涡轮机类似，只不过是在水下运行，水流过涡轮叶片使其旋转，从而驱动发电机发电。过去5年，全球多个国家都开始尝试部署水下涡轮机示范项目并推动技术研发，尽管业内普遍持乐观态度，但考虑到洋流力量巨大且海洋存在诸多未知挑战，水下涡轮机技术实现规模化应用仍然任重道远。

上半年两个示范项目启动

今年2月，英国潮汐能公司Proteus Marine Renewables在日本鸣门海峡启动水下潮汐涡轮机项目AR1100，装机量为1.1兆瓦，采用三叶片水平轴转子设计，配备机电式俯仰控制机构和液压驱动偏航系统，以优化发电效率，安装在重力基础上并通过海底电缆连接至电网。

AR1100不同于传统金属结构，叶片和核心组件全部采用定制化碳纤维复合材料，可以应对严苛的海洋环境，包括每秒超3米的强洋流冲击、盐雾腐蚀、生物附着等。同时，叶片内嵌传感器网络实时监测水流速度与方向，通过机器学习算法驱动轮毂内的机电变桨系统，使每个叶片可以独立调节角度，让AR1100在复杂潮汐中始终保持最佳攻角，从而获得最佳效率。

3月，法国潮汐能开发商Normandie Hydroliennes开始在英吉利海峡开发NH1商业规模潮汐能试点项目，该项目设计安装4台水下涡轮机，总装机容量250兆瓦，预计2028年开始每年向法国电网输送34吉瓦时电力，相当于1.5万户家庭电力需求，可年减排近6万吨二氧化碳。

Normandie Hydroliennes公司总监Katia Gautier表示，4台水下涡轮机安装在水下38米深处，专为海洋环境精心打造。NH1项目不仅具备技术竞争力，同样具备成本竞争力。据悉，NH1项目已获得欧盟3130万欧元资金支持，被《欧洲能源创新》杂志誉为“21世纪最具革命性的可再生能源突破之一”。此外，法国还在推进一个Flowatt项目，该项目计划安装7台水下涡轮机，总装机容量17.5兆瓦，可为约2万居民供电。

在英国，苏格兰可再生能源公司SAE Renewables在彭特兰湾部署MeyGen项目，安装了4台水下涡轮机，于2018 年投运。该项目运营与维护经理Fraser Johnson表示，MeyGen项目证明了水下涡轮机的有效性。

技术研发聚焦成本和效率

水下涡轮机作为一种利用水流转化为电能的设备，工作原理类似于风力涡轮发电机，但同样速度下能产生更大能量，且对尺寸要求相对更小，尤其适用于水流动力较大海域。同时，水下涡轮机不依赖风向和天气变化，更稳定可靠，因为潮汐规律可以准确预测。

针对水下涡轮机的设计和制造，主要围绕具有成本效益且更具效率的方式展开，业内对该技术持乐观态度。目前，水下涡轮机主要有两种类型，分别是需要快速水流的潮流系统和捕获潮流势能差的潮差系统。

2022年，美国能源部宣布，加码探索水下涡轮机技术潜力，启动海底水动力和河流千兆瓦系统（SHARKS）项目，旨在加大研究水下涡轮机与水下环境相互作用情况，从而尽可能降低应用成本。SHARKS项目获得美国能源部下属机构3800万美元的资助，主要围绕两种水下涡轮机类型展开研发，目标是开发成本低于每千瓦时0.05美元的海洋发电技术。

对海洋生态影响有待观察

水下涡轮机技术目前仍处于起步阶段，但近年来涌入资金源源不断，加之政策对创新技术的诸多支持，都为技术大规模商业应用奠定基础，其有望成为海洋清洁能源经济重要一环。美国能源部指出，水下涡轮机具有绿色、可再生等优点，可谓探究海洋能源利用的新思路。

不过，高昂的初始成本、对海洋生态系统的潜在影响、可部署区域有限仍是阻碍水下涡轮机商业化的关键挑战。政策鼓励和市场机制将成为推动水下涡轮机等新兴技术加速商业化的关键。长期以来，流体动力涡轮机的高成本阻碍了商业推广。目前，潮汐能发电成本约为0.15至0.2欧元/千瓦时，高于陆上风电。美国华盛顿大学机械工程系教授布莱恩表示，针对海洋能源开发，如果失去市场支持机制，新兴技术很难实现经济可行。

水下涡轮机采用特殊设计，有固定在海床上和浮动两种类型。材料经过特殊处理，能有效抵抗海水腐蚀，包括使用高强度钢或复合材料，并通过实时监测系统检测结构状况。以NH1为例，其涡轮机基座实际上相当于一块“人工礁石”，为海洋生物提供新的栖息地，鱼类和其他海洋生物可以回到项目区域，并以涡轮机为“家”。对渔业而言，“人工礁石”效应可能增加鱼类数量，因此需要合理规划航道和捕鱼区域。不过，多数社区支持此类项目，认为能创造更多就业并降低能源使用成本。

需要注意的是，海洋环境维护困难，如水下涡轮机产生的噪音和振动对海洋生态影响，需要深度研究。有分析认为，水下涡轮机可能干扰河口区域野生动物的活动模式，迫使海洋哺乳动物离开曾经栖息的地方。

英国国家海洋学中心的物理海洋学家Michela De Dominicis指出，在海洋中部署涡轮机可能会对生态系统产生难以预料的连锁反应。“如果只部署一台，即便有影响，也会相对有限。但如果是数千台，很有可能会以潜在方式对海洋环境造成更深层次的干扰。”