可再生能源的下一个新亮点来自海洋

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作者：Todd Woody 2012-02-10 【福布斯中文网】
但随着西海岸波浪能开发计划在冲浪爱好者、渔民和当地居民的反对声中沉寂下去，从蓝色海洋获取绿色能源的想法很快被证明只不过是一个美好的“加州梦”。

驾船穿越普吉特海湾（Puget Sound）时，瑞因斯特·里斯曼（Reenst Lesemann）认出了一个附满甲壳动物的黄色装置，在西雅图海岸外被风吹动的海水中上下摆动。它被称为SeaRay，是里斯曼的初创企业哥伦比亚电力科技公司（Columbia Power Technologies）一款设备的原型，他们相信这一装置可以帮助波浪能发电从长久以来的一个科学实验转变成下一个可再生能源的源泉。“我从来没有见过这样的一个规模数十亿美元的市场，竟真的让顾客在那里等待技术的成熟。”曾身为风投资本家的里斯曼说。
的确如此。一个政府资助的新研究发现，美国周围海洋中蕴藏的能源足以满足美国一半以上的电力需求。即使考虑到当前的技术限制，科学家们总结道，及时在近海仍有足够多的可利用能源——一年能提供1,170太瓦时（1太瓦=1兆兆瓦）——能保证美国三分之一的电力供应。举个例子，每年撞击在美国西海岸的能量，就超过加利福尼亚一年的用电量。
现在让我们看看当前的现实：5兆瓦。根据彭博新能源财务公司（Bloomberg New Energy Finance），尽管存在着数量过剩的初创企业，还有数百万美元的政府补贴支持，但目前全球波浪能发电能力只有5兆瓦——够给约4,000户美国家庭供电。
这到底为何？在金融崩溃前，巨大的绿色科技热潮催生了一大批初创企业和投机者，它们纷纷在联邦水域跑马圈地，欲建立大规模的波浪能发电场，而欧洲各国政府，包括葡萄牙和苏格兰，在波浪能上做了很大的投入。但随着西海岸波浪能开发计划在冲浪爱好者、渔民和当地居民的反对声中沉寂下去，从蓝色海洋获取绿色能源的想法很快被证明只不过是一个美好的“加州梦”。
甚至连加州的监管机构——批准了太平洋煤电公司（Pacific Gas & Electric）向一座位于太空的地球轨道太阳能发电站购买电力的合同——也拒绝了该电力公司与一家波浪能初创企业的合作，认定该技术风险太大。当欧洲的企业终于开始部署它们的第一批波浪能发电机时，恶劣的海洋条件给他们造成了极大的损失，一些设备被损坏，或未能达到预期效果。“小型的原型设备可能表现良好，可当你将其放大后，它在严酷的海水环境中并不一定有同样好的表现。”为彭博新能源财经追踪波浪能发电动态的安格斯·麦克龙（Angus McCrone）说。
但这场对完美的波浪能发电机的无尽等待可能正接近尾声。得益于软件的进步，像哥伦比亚电力科技这样的新一代创业企业正以低廉的成本，在虚拟海洋中快速测试成百上千的新设计，而业内资深人士也正在完善自己的技术，以求提高能源利用能力并降低发电成本。像洛克希德-马丁（Lockheed Martin）和法国能源巨头阿尔斯通（Alstom）这样的跨国企业已经与初创企业达成合作伙伴关系，将它们的技术商业化。“在我们看来，在未来可再生能源市场中，波浪能发电市场非同小可，”洛克希德-马丁公司海洋能源主管蒂姆·富尔（Tim Fuhr）表示，“本质上讲，我们将海洋视为地球上最大的未开发能源的源头。”
去年9月，洛克希德-马丁公司与海洋动力技术公司（Ocean Power Technologies；下称OPT）合作，这家新泽西公司花了二十年的时间开发一种将波浪动能转化成电能的设备，其间累积起了1.2亿美元的赤字。这家航空航天集团将帮助OPT发展出一条供应链，以帮助其实现PowerBuoy波浪能发电机的工业化生产。目前该设备正在苏格兰进行海上测试，今年将被安置到俄勒冈海岸，在一个设计发电能力1.5兆瓦的波浪能发电场投入使用（洛克希德与爱尔兰波浪能发电公司Wavebob有着类似的伙伴关系）。

“我们已经验证了该技术在海洋中的生存能力，现在我们又有了商业化的产品。”OPT首席执行官查尔斯·邓利维（Charles Dunleavy）说。PowerBuoy的发电能力为150千瓦，酷似一个竖立起来的巨大哑铃，一端固定在海底。这个长115英尺的设备顶端浮在海面上，在海浪间来回摆动，推动活塞形成机械能，驱动发电机发电。电力经由电缆输送到陆上电网。
据邓利维称，在改善PowerBuoy的设计及其对恶劣海洋条件的耐受力过程中，软件模拟起到了关键作用。该设备的一台较小版本被美国海军安装在新泽西近海，在去年8月飓风“艾琳”（Irene）侵袭过程中，它经受住了53英尺浪高的冲击。软件控制系统还允许设备根据波浪条件做出调整。
总部设在俄勒冈州科瓦利斯（Corvallis）的哥伦比亚电力科技，目标是只用OPT花费的时间和金钱的一小部分来部署其“实用”版的波浪能发电机。“通过多用‘像素’及少用‘分子’，我们希望尽可能节约创新成本，”47岁的里斯曼表示，“不管出于何种原因，我们的竞争对手往往都会用大型的原型设备来试验，这是一种非常昂贵的做法。”
通过与俄勒冈州立大学（Oregon State University）科学家合作而起家的该公司，采用来自Ansys等公司的超强软件，来评估数百种设计的性能，模拟巨型海浪、地震和海啸可能对波浪能发电机造成的冲击。

“关于波浪能发电机要具备哪些素质来抵御海洋中各种状况，并没有很多史料可查。”Ansys首席执行官吉姆·喀什曼（Jim Cashman）表示，Ansys是一家市值60亿美元的公司，其软件被应用于从喷气客机到海上石油钻井平台的等各种仪器设备的设计，“这些都是非常非常复杂的系统，并涉及巨额资本投资，所以失败的成本非常之高。”
哥伦比亚电力对最新版本的SeaRay设备进行了超过350次的迭代，找到该设备的最佳形状，简化设计，以最小化维护成本以及在离岸数英里处出现故障的频率。“这其中需要大量的数字运算，这在十年前是根本无法实现的。”里斯曼表示。
要是放在十年前，自然也不会有哥伦比亚电力科技从天使投资者处募集的400万美元，还有来自美国能源部（Department of Engergy）和美国海军850万美元的补助。当我们在普吉特海湾围着SeaRay兜圈时，里斯曼介绍说，与环形舱体相连的两个玻璃纤维叶片分别直接连接到一台磁力发电机上。随着这两个翅膀在海浪中起伏，磁铁在发电机线圈旁上下移动，制造磁场，产生电压。
这意味着和大多数使用活塞或水力发电系统发电的设备相比，它少了很多运动部件。“我们认为，不管工程设计多么复杂，设备本身必须非常简洁，”里斯曼说，他表示哥伦比亚电力将有能力用竞争对手三分之一到一半的成本来发电，“我们实际上只用两个运动部件就可以发电了。”
在收集了相当于一年的性能数据之后，哥伦比亚电力公司计划在3月将SeaRay拉出水面，并为2012年的部署建造80英尺长的Manta波浪能发电机。里斯曼预计，投产将需要3,000万美元。
彭博新能源财经的麦克龙说，在大规模的应用开始之前，波浪能源的真正价格将不得而知，而大规模应用这要到2020年以后才可能实现，“我认为机会仍然在那里，”他指出，“不管怎样，这个机会已经被证实比人们以前想象的更大。”