[科普中国]-巨蟒发电

巨蟒发电1是利用海洋能来发电的，由于设备装置像一条巨大的蟒蛇，因此叫“巨蟒”发电。在全球能源短缺的今天，科学家也在绞尽脑汁，设想了许多非同寻常的发电招数。 “巨蟒”装置的两端都是密封的，里面装满了水固定在海水表面以下。海浪拍打到管子的一端使之受到挤压，在内部形成“激突波”，即内部压力波。激突波使涡轮启动，于是电能产生。

概况概述一根巨大的橡胶管———因其像蛇一样的外形而得名“巨蟒”，被安放在辽阔的海面上，一个巨浪打来，它被吞没，但过不一会，它又出现了，短暂的起伏瞬间，连接这根管子的特殊装置已经收集到了可观的电能。

“巨蟒”装置的两端都是密封的，里面装满了水。这种设计可以使其固定在海水表面以下，一端朝向海浪袭来的方向。每次海浪拍打到管子的一端使之受到挤压，在内部形成“激突波”，即内部压力波。激突波在管子里面传动，而引起激突波的海浪则在管外以同样的速度流动，这样就对管子形成了越来越大的挤压，于是激突波也会越来越大。随之，激突波使得固定在装置另一端的涡轮启动，于是电能产生，并通过一根电缆传送到海岸上。一直以来，人们知道海浪能制造巨大的能量但苦于没有途径收集，现在，“巨蟒”或许可以解决这个问题2。

系统组成和“海蛇”一样，“巨蟒”也由采集和转换两大系统组成。由于橡胶材料良好的伸缩性，它捕获海浪能的本领更强。再想象一下人体的“脉搏”：心脏有节奏的跳动以“脉冲”的形式传递到动脉血管所及的部位——这是生命的能量，而“巨蟒”的能量转换和这颇为类似。海水的上下挤压在灌满海水的“血管”壁里形成一股“水脉冲”。当海浪强度和速度合适时，“巨蟒”体内外的两股波动便会相互激荡，产生共鸣。当这股强有力的“脉冲”能量传递到另一端的涡轮发电机上时，就产生巨大而稳定的电能。

工作原理它在海里看起来是这样的：

1、将“巨蟒”固定在离岸1.6到3.2 千米外的海底。

2、海浪把“巨蟒”的前端升起，令胶管内的水产生胀波。

3、海浪向前推进和拍击，令胶管内的胀波不断移动。

4、胀波挤入末端的涡轮，将波浪能转化成电力，再经电缆传送到陆上。

经济价值分析1 兆瓦功率“巨蟒”成本仅为10 万元。这种橡胶制成的海浪发电机，解决了海浪对机械装置造成毁灭性破坏的根本问题，并且成为能量巨大的海洋“捕能猎手”。因风而起，也像风一样不可捉摸的海浪会被“巨蟒”驯服吗？

青岛崂山往东，有座不足1 平方千米的大管岛，岛上百来号居民多数以捕鱼和养殖为生。这里不通电话，更别提并入电网了——为这座小岛单独铺设一条海底电缆显然不划算。“九五”期间建起的波浪试验电站曾带来过希望。然而，“两年前开始就不好用了。”岛上唯一一家旅馆的老板廉建正有些失望。由于控制用电，岛上只有晚上6 点到10 点的4 个小时才供电，而且不够稳定，价格也贵，他只好自掏腰包购买了一台4 千瓦的汽油发电机。但是电还是不够。只有自家的太阳能热水器热热水还行，旅馆里的电视基本不用。到了旅游旺季，尤其是夏天，“风扇和冰箱一开起来，电就更不够了”。

解决问题在中国漫长的海岸线上，像这样急需解决居民用电难题的海岛还有不少。大管岛波浪能电站是国家海洋局“海岛可再生能源独立电站”示范项目之一，还未推广。全世界有六十多家公司在建设海浪发电站，有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电能力都比较小。其实，在人所能及的浅海，海浪每秒钟在1 平方千米海面上约能产生20 万千瓦的能量，比风更有力量，能量密度约为风力的800 倍，仅次于核能。如何将不稳定的海浪能转换为稳定输出的电能，避免变幻莫测的海浪对机械装置造成损坏，一直是技术上难以逾越的障碍。

发展在英国苏格兰东北角的奥克尼群岛，这里的海域风急浪高。海浪不仅时常折断过往船只的桅杆，甩出的小石块还常将岸上百米高处的居民房里的玻璃击得粉碎。1872 年的一个巨浪，甚至把一块1370吨的混凝土庞然大物移动了15 米之远。在能源专家眼里，这里却正是世界上海浪能强度最高的地区之一。2003 年，全球首座海浪发电试验场就在这里问世。欧洲海洋能源中心让奥克尼成为人类探索近海能量最大的公共实验场1。

“海蛇”发电的试验就在奥克尼进行。这条长达140 米的红色“海蛇”Pelamis 看上去甚为平静。“海蛇”的发明者理查德· 耶姆(Richard Yemm) 是一名终身海员。爱丁堡大学的工程学教授斯蒂芬· 索尔特(Stephen Salter)这样描述“ 海蛇”：“它运转起来非常好看，就像一条友好的大鲸鱼。”

“首先得让设备存活下来。”Pelamis 的商业开发主任马克思· 卡尔卡斯(Max Carcas)说。好在耶姆的天才设计能够避免风暴的摧毁。它由4 节直径为3.5 米的圆柱形不锈钢红色浮筒铰接而成，它的“嘴”垂直于海浪的方向，每当海浪翻滚过来，它的身子就会随着波浪上下起伏，水压通过“嘴”上的阀门传递进去，推动躯体内的液压活塞作往复运动，驱动发电机发电。当大海中出现高强度的海浪时，Pelamis 会像真的海蛇一样，潜入海浪中，穿梭自由，而不会有毫发损伤。

“海蛇”的出现，将当时全球海浪发电的效率发挥到了极致。然而来自南安普敦大学的约翰· 查普林(John Chaplin)教授带来的“巨蟒”却更让人吃惊。它体积更大，长约200 米、直径达7 米，重量却更轻。主要的秘密在于材料，“巨蟒”通身用橡胶制成，从外面看上去和一条长长的橡胶水管没多大区别，而“海蛇”则是不锈钢、混凝土和橡胶的混合。

在奥克尼的试验结果表明，“巨蟒”捕获海浪能量的能力约是“海蛇”的3 倍，平均可达到1 兆瓦的功率。这意味着它1 小时的工作，就可以满足数百个家庭生活用电的需要。

曙光和尴尬曙光“海蛇”甫一问世就吸引了葡萄牙的密切关注。2007 年，该国政府以每根约30 万人民币的价格，向英国海洋能源公司购买了30 台以上的“海蛇”，建成了世界首座商用海浪能发电厂。葡萄牙为此甚至不惜动用国家力量，通过强制执行的上网电价政策推动其推广。海浪发电似乎终于踏上了迈向商业化的征程。

“巨蟒”的发电能力超过“海蛇”，其成本却不及后者的三分之一。据目前橡胶业的行情，一根1兆瓦的“巨蟒”成本只在10 万元左右。也就是说，1000 瓦功率的发电机只需要花上100 块钱。如果按每度电平均5 毛钱计算，就意味着，只需有效工作200 个小时，就可以收回成本，这样算来，甚至会比目前新能源电力市场上占主导的风力发电还要省钱。不仅如此，“巨蟒”更好的抗冲击和抗腐蚀能力使得维修成本也大幅降低。

尴尬然而，“巨蟒”或是“海蛇”悄无声息地在水下造电时，使喜欢在近海游泳和冲浪的人们感到危险。在葡萄牙之前，英国政府也有类似计划, 可还未出台，就在英国国内引发了巨大争议。最大的反对者群体来自有50 万之众的冲浪爱好者。他们担心，建海浪能发电站会破坏他们钟爱的海滩。最后环境部门出面作了评估，结果表明，“最多能制造出一点噪音。转动部分很缓慢的移动，使得海洋动物应该可以很容易地避开它们，但不能干扰飞行和雷达，因此必须避开海中航线，而且必须有明显标记。”行事保守温吞的英国人最终错失了将自己人发明的“海蛇”最先投入商用的良机。

对于“巨蟒”是否可以避免海浪对机械装置造成的毁灭性破坏，中国的科学家表示了谨慎的怀疑。“如果不能在真正的海浪环境下保证一至两年持续而稳定的供电，就谈不上商业推广。”中科院广州能源所海洋室主任游亚戈说。据他介绍，中国在海浪发电站开发过程中就有类似的问题。在“九五”和“十五”期间，广州能源所在广东汕尾市的遮浪半岛也建造了波浪能试验电站，分别测试了两种不同的波浪能转换装置。关键技术已经突破，但一根重要的轴在入水工作若干小时后就不幸折断，后来在轴的断裂处竟然发现了焊点。在强有力的海浪面前，发电装置出不得丝毫差错。

另一个考验来自电价。据中国国家电监会发布的年度报告显示，去年风电的平均上网电价为每千度电618 元，而火电仅为346 元，价格相差一半以上。目前中国若是把海浪发电并入电网，电价格将会更贵，能否吸引普通用户的青睐是个未知数。看起来，尽管国际市场需求暗潮涌动、创新技术曙光初显，但在中国，谈论海浪发电的产业化似乎仍然为时过早。在边远海岛、钻井平台、深海采矿等场所建设海岛独立电站仍然是当前的重点。

海洋能海洋占地球表面积的71%，面积达3.61亿平方千米。以海平面计算，海洋的平均深度却为380 米，整个海水的容积多达1.37X109 立方千米。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。全球海洋能的可再生量很大，上述5 种海洋能理论上可再生的总量为766 亿千瓦。

波浪能量有多大？

海浪通过风的推力形成，却比风的能量要密集得多。科学家发现，海浪能量的大小，与波浪的周期成正比，与波高的平方成正比。假如波高为2 米、周期6 秒，1 米长的海岸线受到的波能功率就是24 千瓦。若取平均波高1米进行估算，全球可开发利用的海浪能总量约在20 亿千瓦左右，是目前世界电产量的2 倍，在海洋能量形式里，仅次于潮汐能。如能全部收集起来，至少相当于建100座三峡电站。

海浪发电历史演化1.1898 年, 法国人弗勒特切尔从给自行车打气的打气筒受到启发，设计了一个带着圆柱筒的浮体,，海浪上下运动，压缩圆柱筒内的空气，去吹响一只哨笛。这就是海上“警笛浮标”，用来给过往船只提供预警。这是人们直接利用海浪能的初级形式。后来，人们想到利用它来驱动汽轮机发电。

2.第一座真正实用的装置直到1964 年才由日本人研制出来。这是一盏航标灯，功率只有60 瓦。虽然60 瓦机器的电力只够点亮一盏灯，它却成为了人类海浪发电史上的里程碑。之后，各种奇思妙想被不断运用到这个领域，越来越多的国家也开始加入开发海浪发电的大军。最早由英国科学家弗朗西斯· 法利和罗德· 雷尼共同提出的这个创意就是其中的一个。

3.1995 年，英国Wavegen公司在苏格兰附近海域建造起2 兆瓦容量的“鱼鹰”号海浪发电装置，还没等到正式发电，就被强风暴所摧毁。恶劣的气候和强大的风暴等自然因素还推迟了欧盟的海浪发电站建造计划。在苏格兰西海岸的艾斯雷岛上，Wavegen 公司建造的500 千瓦的“帽贝”海浪发电机已经向电网供电，这是当时世界上最成功的海浪发电装置，然而它却是安装在海岸上的。

4. 全球已有六十多家公司在建设海浪发电站，已有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电能力都比较小。而相应的设计方案更多达上千种。仅是采集系统的形式就有振荡水柱式、振荡浮子式、摆动式、鸭子式、浮筏式、蚌式等等，不胜枚举。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学