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长脑子最快的方式就是多看原理,知识解读。接下来整整两年半,我将带你系统性拆解各种事物背后的原理。今天我们讲海浪发电,但在讲之前,我先问你一个问题, 地球表面百分之七十都是海洋,海浪每天每秒不停地拍打着全球几十万公里的海岸线,从来没有停过这么巨大的能量,为什么人类一直没有把它用起来?先说说海浪的能量到底有多恐怖。巴西拥有将近八千公里的漫长海岸线, 涨潮时巨浪高度能轻松达到四米,一道浪打过来携带的冲击力相当于几十吨重物的撞击。 全球海洋每年释放的波浪能总量保守估计超过两万亿瓦,是目前全人类年用电量的好几倍。 这些能量日复一日,年复一年,毫无保留的砸向海岸,然后消失的无影无踪,就这么白白没了。那人类是怎么开始尝试把它接住的? 巴西人最早的方案是在海岸边放下两个直径约十米的巨大圆形浮标,中间用两根长达二十二米的机械臂刚性连接起来。原理非常简单, 海浪一波一波涌来,浮标随着波浪剧烈起伏,这个上下运动的机械能通过液压泵转化成高压液体的压力能。高压液体在推动涡轮机高速旋转,最终稳定输出电能。 整个过程没有燃烧,没有排放,没有任何污染,唯一的燃料就是永不停歇的海浪本身。如果说巴西的浮标装置是这个领域最直观的入门款,那接下来这个东西才算真正把思路推进了一大步。 外形看起来像一个放大了无数倍的酒瓶,总长十九米,被缆绳牢牢固定在海底。随着海面波浪持续起伏,整个装置跟着上下剧烈摆动,内部的齿轮机构被带动旋转,电就这样一度一度的被生产出来。但这个装置真正聪明的地方不在于它能发电, 而在于它内部安装了一套主动调节系统,能够主动放大装置上下运动的幅度,让每一次波浪的起伏都被最大程度转化为有效能量, 而不是白白浪费掉。它不只是被动地跟着海浪动,而是在主动地把海浪的每一分能量都榨取出来。但目前这个领域走得最远,最值得关注的是一家来自塞浦路斯叫做 c v energy limited 的 公司,他们研发出了一种造型非常独特的装置,叫做波浪线磁铁。 这个装置的外形像极了一条漂浮在海面上的脊椎骨,它由多个相互交接的漂浮平台依次串联组成, 整体结构高度灵活,可以随着波浪的形态自由弯曲变形,就像一条鱼在水里游动时,脊椎骨的运动方式,每一节都在顺着水流的方向灵活扭动。这个设计背后藏着一个非常关键的思路转变。 过去人类设计的大多数海浪发电装置,本质上都是在跟海浪对抗,用坚硬的结构去硬抗冲击力,结果要么效率低下,要么在海浪的长期冲击下迅速损坏,维护成本极高。 而波浪线磁铁的逻辑完全相反,它不对抗,它顺从,像水一样随着波浪的运动方向主动弯曲,在顺从中收集能量,而不是在对抗中消耗能量。这种思路大幅延长了装置的使用寿命,同时显著提升了能量转化效率。 更值得一提的是,这套装置可以用普通塑料和增强型塑料制造,不需要专用生产线,制造成本极低,甚至可以直接使用回收再生的废弃塑料作为原材料。 这意味着它不仅不会像太阳能板或风力涡轮机那样在生产过程中产生大量碳排放,还能把海量的废旧塑料垃圾变废为宝,给它们一次全新的使命。 目前该公司公布的数据显示,单台波浪线磁铁在理想海况下最高可以产生高达一百兆瓦的电力输出,发电成本已经下探到了可以与传统化石燃料正面竞争的水平。这个数字放在几年前没有人敢想。去年,这套装置终于走出实验室, 在塞浦路斯的拉纳卡湾进行了第一次真正意义上的公海实测。结果显示,装置的实际海上生存能力和能量捕获表现比预期更加稳定可靠。但距离大规模商业化部署还有一段路要走。你现在回头看着整件事,会发现 人类在海浪发电这条路上走了将近一个世纪。真正的突破口从来不是技术不够先进,而是思路一直走偏了。当所有人都在想着怎么造出更坚固的结构去硬抗海浪的时候,真正的答案其实是像水一样顺势而为。 地球上最取之不尽、用之不竭的免费能源,就在每一道奔涌而来的海浪里从未消失过,只是等着人类用对方式把它接住。


潮汐也能发电吗?大海涨潮又退潮,浪花拍打着海岸,你知道吗?这股巨大的力量竟然也能变成电。潮汐不仅能发电,还是一种干净又环保的新能源呢。潮汐是海水在月亮和太阳 引力作用下形成的涨落现象。人们利用潮水的流动建造特殊的潮汐发电站。涨潮时海水涌入水库,落潮时海水流出,推动水轮机转动, 在带动发电机产生电能。潮汐发电没有污染,不会产生废弃,而且潮汐规律又稳定, 比风能、太阳能更可靠。现在世界上也有许多潮汐电站,我国也建有潮汐发电站,为我们点亮电灯,开动机器。不过他需要建在潮差大的海湾,地点有限制。 但随着技术进步,未来大海会成为我们重要的蓝色能源库,让我们用上更多来自海洋的清洁电力。

画面中的这两个大圆盘可不是闹着玩的,他们每浪一下,都会转化出源源不断的电力资源,听到这是不是觉得潜能非常大呢? 究其奥秘,其实还是在圆盘的机械臂上。当圆盘随着浪花上下摇摆时,机械臂上的液压水泵会形成高压,给涡轮机提供动力,这样一来,旋转起来的涡轮机就会将电力输送到电网中。这种方式也可以说是就地取材了,而且波浪的能量密度是风能的三至四十倍。 有人推算,全球的海浪能功率大概七百亿千瓦,其中可开发利用的约二十五亿千瓦,与潮汐能相继,还不受天气影响。这样可持续的清洁能源会是最佳的发电方式吗?

用海洋的波浪进行发电是一项突破性的绿色能源获取方式。现在瑞典的一家叫做 core power 欧深的初创公司从心脏的运动中汲取灵感,发明了一种叫做 core power c 四的浮动波浪能转化器,可以将波浪的运动转换成清洁的电力。 占地球表面积百分之七十一的海洋,其中蕴藏着一种巨大的能量波浪能,理论上它可以满足全世界的电力需求。几个世纪以来,人们一直在探索如何使用波浪能, 期间他们发明了许多有着奇妙名字的设备,像盐鸭、强力鲸鱼和牡蛎等。截止目前,全世界一共有一千五百多项关于波浪能的发明专利,但能够真正商业化应用的却几乎没有。这是因为 波浪能发电一直存在着效率和生存能力这两个难以克服的问题。而 core power o 身的 c 四波浪能转换器融合了许多的创新元素,它的外壳由轻质且坚韧的复合材料制造而成,这让他能够在恶劣的海洋环境中不被破坏。 这次还采用了一种叫做点吸收器的波浪能量转换器,他被拴在海面,所以波浪上下震荡。他利用线性上下运动将波浪能转化为旋转运动,并通过机连小齿轮带动发电机发电,实现了高效的能量转换。 c 四的一项核心技术创新是波弹簧系统后尔炮尔欧神的创始人之一 c 格兰的贝克博士是一名心脏方面的专家,他发现心脏的一个跳动周期只需要不到一秒的时间, 非常的高效。这其中的部分原因是心脏仅在收缩时使用能量。当心脏收缩时,他推动血液流向全身。而当心脏放松时,他并不消耗能量,而是利用身体其他部位的压力让血液流回心脏。这意味着一次收缩,血液就会向两个方向流动。 于是他利用这种累积压力,通过一次动作使血液向两个方向流动的想法,于一九八四年获得了动态自适应活塞泵的发明专利。就像心脏一样,他是一个具有双重作用的单泵, 并且在几十年后,他和别人一起创立了 powerpower ocean。 和心脏不同的是, c 四使用的是气动系统,当他在波浪中上升时,中央气缸和弹簧储存压力。当波浪下降时,储存的压力被使 放并提供返回力,其中中央气缸的拉杆固定在海底的毛上。这种设计可以让 c 四捕获整个活动周期中的能量,而不仅仅是向上过程中的能量,提高了能量转换的效率。 此外,这个启动系统还增强了 c 四的稳定性和生存能力。当风暴天气来的时候,内部压力就会增加,这使他可以在海浪中上下波动而不会轻浮。这种状态也叫湿鞋风暴保护状态,就像风力涡轮机会在强风时将叶片倾斜一样。 并且这次还配备了一套先进的智能控制系统,能够适时调整波弹簧和气缸的工作状态,使设备的运动更适合不同的波浪条件。此外,智能控制系统还可以选择发电机的工作强度,在 更合适的波浪条件下提取能量。为了验证 c 四的性能和生存能力, power ocean 的团队在葡萄牙北部海岸进行了一系列严格的测试,这里的大西洋风暴以猛烈和不可预测而闻名, 然而 c 四却在这样的环境中展现出了惊人的稳定性和生存能力。期间, c 四经历了四次强大的大西洋风暴,其中一次风暴的波浪高度达到了惊人的十八点五米, 但 c 四却毫发无损的存活了下来。这一结果充分证明了 c 四在严酷海洋环境中的生存能力和稳定性。 此外,在葡萄牙进行为期六个月的测试中, c 四还展现出了高效的能量转换能力。与六百千瓦相同额定功率的风力涡轮机相比,它的高度只有风力 涡轮机的一半,宽度是风力涡轮机转子直径的四分之一。而且 c 四的安装部署还要比风力涡轮机更加简单。 c 四被叫做通用机箔锚定和连接套件的张紧锡箔系统,锚定在海里,他能承受极端的力量,并采用高速和低噪音的方法安装,对海洋生物也更加友好。 未来,库尔泊尔欧神计划把大量的 c 四投放到海洋中,形成五兆瓦、十兆瓦、三十兆瓦等不同规模的波浪能发电厂。预计到二零二五年累计安装容量达到六百兆瓦时,平均能源成本将约为每兆瓦时七十五美元。 如果能够安装二十几瓦石的设备,每兆瓦石的价格将低至三十五美元,就能和风能、太阳能相竞争。也许不久之后,我们就能在沿海地区看到许多这样的波浪能发电设备漂浮在海面上。

现在海底的发电站其实是利用海水带动涡轮机转动来发电的,海洋受月球、太阳、地球自转的影响,从而产生涨潮和退潮。 这种能量被称为潮汐能,一般建设在水流湍急的海域,或者涨潮和落潮较大的入海口。 水位较大的入海口能让涡轮机不停转动,带动发电机旋转,从而产生电能。 也希望这种发电方式能早点推广,能实现用电自由。你还想了解哪些电力小知识呢?评论区告诉我!

我一直很好奇,海浪到底是如何发电的?地球表面百分之七十都是海洋,海浪每天不停的拍打着全球几十万公里的海岸线,从来没停过这么巨大的免费能量,人类为什么还是没能彻底把海 浪变成电?其实最早的方案非常直接,工程师在海面上放下两个巨大的圆形浮标,每个直径接近十米,中间再用两根二十二米长的机械臂连接起来。海浪一来,两个浮标就开始上下起伏,机械臂不断被拉扯,内部液压系统随之工作,把这种上下运动转化成高压液体, 在推动涡轮机高速旋转,电就这么发出来了。整个过程没有燃烧,没有排放,唯一的燃料就是海浪本身。听起来是不是很完美,但海浪的力量实在太恐怖了,平静的时候,他像摇篮一样轻轻晃动,可一旦遇到暴风雨, 几十吨上百吨的冲击力会像铁锤一样反复砸在装置上。那些巨大浮标要在海里年日复一日硬扛这种冲击,时间一长,金属疲劳腐蚀、机械磨损,维护成本高的吓人,用不了多久, 修的钱比发的电还贵。于是第二代装置开始出现。这次工程师换了思路,他们造出了一个像巨大酒瓶一样的海上装置,总长十九米,被钢缆牢牢固定在海底。海浪经过时,他整个身体会跟着波浪一起上下摆动,内部齿轮开始连续旋转发电。但这个装置真正聪明的地方还 不是发电本身,而是它内部多了一套主动调节系统,它能实时感应海浪的节奏,主动放大自己上下摆动的幅度,把每一次波浪的能量都尽可能榨干净,而不是被动的随波逐流。发电的问题解决了,那海上的电又怎么送回陆地呢?这些装置往往距离海岸非常远,海 海底电缆不但昂贵,还会被海水腐蚀,被暗流拉扯,甚至被船毛刮断。很多时候,电还没送回岸上,成本就已经高的离谱。这也是为什么海浪发电研究了快一百年,却始终难以大规模普及。 但就在很多人快放弃的时候,一家公司的工程师突然意识到,为什么人类一直想着对抗海浪,为什么不能像鱼一样顺着海浪运动?于是他们研发出了一种完全不同的柔性海浪发电装置。这个装置看起来就像一条漂浮在海面上的巨大脊椎骨, 它有很多节漂浮模块连接组成,每一节都能自由弯曲。海浪过来的时候,它不会硬扛,而是像蛇像鱼一样顺着波浪不断扭动。也正因为这种以柔克刚的思路,设备寿命被大幅延长,能量转化效率也明显提升。更关键的是, 它很多部件甚至可以直接用普通塑料或者回收废旧塑料制造,不需要复杂生产线,制造成本被压到了极。 第一,目前公布的数据是,单台波浪线磁铁在理想海况下最高能输出一百兆瓦电力,发电成本已经开始接近传统化石能源。 就在去年,这套装置第一次在塞浦路斯拉纳卡湾进行了真正的公海测试,稳定性甚至比预期还高。当然,除了波浪发电,人类还在朝西发电,这条线上也在同步推进。海浪是风吹出来的, 而潮汐是月亮的引力拉出来的,它最大的优势就是稳定,每天什么时候涨潮,什么时候退潮,几乎精确到分钟。而潮汐发电的逻辑更像一座海上水坝,在海湾出口修建大坝,涨潮时海水涌进来推动涡轮,退潮时海水流出去,再推动一次, 海水一进一出全都是电。法国的朗斯潮汐电站已经稳定运行了将近六十年,到今天依旧是全球最成功的潮汐电站之一。你现在往回看这整件事,会发现人类在海浪发电这条路上困了将近一百年。 真正的问题从来不是能量不够,而是人类一直想着怎么去征服海浪。直到后来才慢慢发现,面对大海最聪明的方式,也许从来都不是硬碰硬,而是像水一样顺势而为。那你觉得,如果未来整片海洋都铺满这种柔性发电装置,人类还会缺电吗?

海浪也能发电了!今年七月,中国投产了世界上第一座照瓦机漂浮式发电装置南昆号。南昆号重达六千吨,投入运行以后,一天可以生产两万四千度电,足够给三千五百户家庭使用。说它是海上巨型充电宝都不为过,因为一块最先进的太阳能电池板 功率也才不到一千瓦,而南昆浩的功率已经相当于一千块太阳能电池板,只要有海浪他就能发电,比太阳能都方便。他怎么做到的呢?所谓波浪的能量,即海水表面的那一层机械能,而南昆浩通过三级能量转换装置,把波浪变成电能。 首先,南昆号每个边上都有五块漂浮板,有波浪过来了,漂浮板就会跟着波浪上下浮动,从而撬动内部的液压杆,把波浪的能量存储到液压油里面,再由高压状态的液压油驱动发电机,就能实现发电了。目前,南昆号的转换效率达到百分之二十二,也就是说一百瓦的波浪能量,它能产生二十二瓦 的电量,这和太阳能电池版的光电转化效率相当。要知道,就连汽车发动机的热效率也不过百分之四十,可见南昆浩的发电效率已经达到了使用标准。相信在未来,南昆浩必然是一个海上半潜式综合平台, 发电规模大了之后,进行海水淡化、海上至氢、提取海洋贵金属、为海上航天发射基地提供能源等,都是它可以实现的商业化价值。再现实一些,发展渔业养殖和生态旅游也未尝不可,你说对吗?

迎面而来的海浪,完美并肩,原本海面上只有一米高的微笑浪尖,那不?

我一直很好奇,利用海浪的冲击力发电这种发电方式到底行不行的通,面对这种不稳定的能量,工程师简直把机械转动玩到了极致。今天就带你一次性硬核拆解目前最主流的四种波浪发电装置。 首先看这种浮标式的发电装置,外形就和我们钓鱼用的鱼漂差不多,系统整体锚定在海床上,水面浮标内部那根带齿的船动主轴会把直上直下的推拉力直接灌进旁边的增速齿轮组里, 把网副震荡转换成稳定的旋转动力,进而驱动发电机发电。如果遇到台风巨浪时,系统会自动调整内不气动弹簧的预警力, 主动让自身振动频率和海浪节奏错开,这就避免了产生共振。而在常规海况下,设备还会主动去适配海浪的节奏, 同步放大起伏幅度,这就把运动效能放大了三倍,大幅提升了发电量。整个安装过程也很简单,设备会先在码头完成整机组装,再由拖船托运至海上安装点位,就位后将毛体通过缆绳下放,由水面作业人员完成对接锁定,固定在海床基座上。最 后把设备供电与通信线路接入海底电缆管网,就可以并网运行了。除了这种海上漂浮的点吸收装置,还有一种应用很早的海岸发电方式,它是利用海水当活塞来压缩空气的,它的结构本质上就是一个建在海岸悬崖上的空心混凝土,气势下半部分直接开口通向大海。当海浪涌入 气室内,水位随之上升,就像注射器推杆一样,将内部空气向上剧烈挤压,当海浪退去,水位下降,产生的负压又会将外部空 气死死吸毁。那么在这一升一降的循环中,海浪一涨一落,反复涌动,就能把空气来回挤压抽吸在顶不出风口,形成来回高速流动的气流。但这会带来一个致命的机械难题,双向交替吹出来的风,怎么才能让发电机保持单向旋转呢?这里的关键就在于顶部的这台涡轮机,它 它的叶片采用了特殊的对称一型设计,这种气动布局,无论你空气是向上吹还是向下吸,涡轮都只会朝着同一个方向持续旋转。靠着这种设计,哪怕是微小的涌浪,也能不间断的输出电力。前面两种方式都是在捕捉海面的上下起伏。 第三种则盯上了水面之下更具爆发力的暗流推力。这就是震荡波涌板。它的核心原理是这样的,整个结构完全铆定在水下,利用波浪产生的水平方向,水流推动板状结构摆动,摆动产生的巨大机械力 会直接挤压底部的液压缸,将动能泵送出去。这里为了压榨更高的转换效率,工程师们还演化出了两种优化方案。一种是横向串联的思路, 将多块像鱼鳍一样的垂直白板串联在中央管道上,整体浸没在水下五到十五米处。海浪经过时,每一块白板交替发力,产生的高压流体通过中央管道汇集, 统一驱动岸边的涡轮机发电。另一种则是纵向拆分的百叶窗设计,它将单块重型白板拆解成了多层独立的水平叶片,这种结构能更细腻地捕捉不同深度的水流推力。前三种都在与海浪硬碰硬,最后一种则另辟新 用。柔性形态跟随海浪同步运动,远看就像一条浮在海面的传送带,它能够完全贴合波浪的形态起伏游走。 整座装置用的是轻质高分子塑料,再由一根柔性脊柱串联起来。当海浪涌过时,装置会完美贴合水面的起伏形态。当波浪从一端缓缓经过,整体也随之形成规整的正弦波形。每 每一块浮体单元的上下运动,都能被中央脊柱内部集成的直线发电机直接捕捉转化。这种设计就省去了所有易损坏的液压构建和刚性连接关节,不仅大幅提升了能量转换效率,就算遇到极端海况也能随波逐流,几乎不会受到海浪冲击破坏。

大海里藏着用不完的波浪能量,却一直没能大规模开发。今天一次性讲透六种主流波浪能发电技术的原理以及优缺点。 一种福字斜阵是波浪发电海面大型圆形福字随海浪上下起伏,把波浪的上下动能转换成内部机械旋转,再带动发电机发电。核心黑科技是向外调斜控制,平常海况下主动和海浪节奏斜阵同步, 一米浪高能被放大到三米,大幅拉高补能效率,遇到台风风暴立刻施舍隐身,让福字对海浪变透明,硬抗强浪,不损毁设备。单台福字直径九米,高十九米,额定功率三百千瓦, 套张锦继博家潮汐调节器固定在海床,多台组网形成海上发电厂,轻松做到百兆瓦级别。优点,斜阵放大效率高,自带风暴自保。缺点,单体造价高,深海运维难度大。第二种,脊柱模块化波浪发电,外形像仿生脊柱,由多段浮动平台绞接串联而成, 顺着海浪柔性摆动,像人体脊柱一样跟随浪涌弯曲泄力,使用寿命更长,抗浪性极强。最大亮点是低成本易量产,可用增强塑料、再生塑料打造,无需专用生产线制造部署、维修成本都极低, 合适海况下单组最高可达一百兆瓦发电成本,甚至能对标传统化石能源。优点,柔性抗风暴造价低。缺点,依赖特定浪型,平静海域发电量一般。 第三种,震荡水柱加威尔斯涡轮,这是最经典应用最成熟的波浪能方案。在岸边或海上建密闭气室,海浪长落,像活塞一样推着气室内空气来回吞吐。 核心部件威尔斯涡轮堪称神器,叶片对称设计,无论气流正吹反吹,涡轮永远同向旋转,不用换向结构和复杂齿轮,可实现持续稳定发电。而且涡轮全程不泡在水里,运动部件极少维护简单 发电效率可达百分之四十至百分之七十,唯一小短板需要外力启动,没法靠气流自启动。 优点,结构简单,故障率低,运维省心。缺点,依赖固定式基建,只能布局海岸和特定海域。第四种,柔性摆体是波浪发电,细长柔性浮体漂浮海面,随浪做弯曲摆动, 通过弹簧皮带转动,把动能传递给水下。发电机走轻量化独立服式设计,不用大规模海岸基建,可根据海况自由调整尺寸,适配不同浪高海域水利机械效率远超传统方案,适合在高能海域多台阵列布局, 做多照瓦级发电厂。优点,适配性强,不用固定基建,效率高。缺点,柔性结构对材料疲劳要求高。第五种,自浮转子是波浪发电,核心是平衡压舱,自浮转子压舱重量超转子一半,靠自重平衡跟随海浪旋转,风直补能效率接近百分之一百, 设计非常聪明,转子不管怎么晃动都能通过单向转动稳定同向带动发电机转速区间和路上风力发电机通用,可直接共用。成熟发电设备 自带自适应调角,抗风暴,海况好自动展开,增大补浪面积,台风巨浪自动收拢闭合,大幅降低结构受力,不用额外加固也能抗风暴。更实用的一点, 设备后方会形成平静水域,运为船只,可以随时靠近检修,不受天气限制。优点,效率极高,自适应海况运。为方便可规模化。缺点,机械结构精密,对制造工艺要求高。 第六种,六边形浮标阵列发电,由一个个六边形浮标拼接成海上网格,浮标中间留检修通道,下方悬挂涡轮机组,利用海浪垂直起伏,把上下运动转成旋转动力发电。 水下采用经典塞沃尼乌斯背式转轮,无论浪从哪个方向来,转轮都同向持续旋转,搭配吉轮缆绳,转动互不干涉,独立做工。 固定方式极简。混凝土毛快加链条绳索不用复杂。深海基建结构越简单,故障率越低,越适合大面积铺网。最大优势, 二十四小时全天候补能,不受昼夜阴晴影响,比光伏发电更稳定。优点,结构极简,组网灵活,全天后发电,造价亲民。缺点,单台单机功率小,靠阵列堆总量。总结下来,波浪能不缺能量,缺的是低成本抗风暴、异运维的成熟技术。 浮子斜阵适合大功率场站脊柱模块,主打低成本震荡水柱最省心耐用。柔性白体,适配性强,自浮转子效率。天花板六边形浮标,适合大面积组网。未来一旦技术成本突破,海上波浪能极有可能成为风电、光伏之后又一个主力清洁能源。