导读

日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）教授 Tsumoru Shintake 领导的研究团队研发出一种新型涡轮机，利用海洋中的海浪作为清洁、廉价、可持续的能源。

关键字

能源、海洋

背景

未来能源的发展目标是可持续、低碳、清洁、廉价、易用、高效的。太阳能和风能已经得到了广泛利用。然而，探索和利用海洋中的能源是当今世界能源的又一重要发展方向。海洋中蕴藏着巨大的能量资源，例如：洋流和海浪。

创新

日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）教授 Tsumoru Shintake 的研究目标就是利用海洋中的洋流和海浪，作为清洁、廉价、可持续的能源。

（图片来源：OIST）

技术

最初，Shintake 教授的研究在高能加速器领域，2012年他决定从海洋中寻找一种新型能源。那一年，Shintake 教授和 OIST的量子波显微镜单位（ Quantum Wave Microscopy Unit ）一起创立了“海马”项目，它旨在利用流经台湾东部海域和日本南部地区的黑潮洋流的能量。

这个项目使用通过系泊链固定在海床上的水下涡轮机，将自然且持续的黑潮洋流中的动能转化为可用电能，然后在通过电缆输送到陆地。项目的初始阶段是成功的，现在研究单位正在寻找工业合作伙伴进行下一段的工作。

然而，OIST 的研究人员还希望找到一个更便宜、更易维护的海洋能源。这恰好就是海岸线上的海浪发挥作用的地方。Shintake 教授解释道：

”特别是在日本，如果你沿着海滩走一走会发现很多护堤用的钢骨水泥四脚砌块（tetrapod）。“

tetrapod 是一种混凝土结构，形状有点像金字塔，通常沿着海岸线防止，减少迎面而来的波浪的能量，保护海岸免受侵蚀。

“令人惊讶的是，日本30%的海岸被tetrapod和破浪器覆盖。”

Shintake 解释道，通过“智能”的tetrapod 和破浪器取代它们，附近附着的涡轮机不仅能产生出能量，并且还可以保护海岸。

为了实现这个创意，OIST的研究人员于2013年启动了波能转换装置（WEC）项目。它包括放置在海岸的关键位置附近放置涡轮机，例如在tetrapod 附近或者珊瑚礁中，以生产出能量。每个位置都可以让涡轮机暴露于理想的波浪条件中。

（图片来源：OIST）

（图片来源：OIST）

在严苛的波浪条件或者极端天气条件例如台风情况下，涡轮机本身经得起施加于它们的力量。叶片的设计和材料灵感来自海豚的鳍。它们是柔性的而不是刚性的，可以释放应力，且不会有破裂的风险。支撑结构也是柔性的。Shintake 解释说： “就像一朵花，花的茎干，逆风向后弯曲。”所以，同样地，涡轮机的也会沿着它们的锚定轴弯曲。这种设计也可以保护周围海洋生物的安全，叶片的旋转速度是精心设计的，允许陷入其中的生物逃脱。

（图片来源：OIST）

现在，Shintake 教授和其他研究人员已经完成了这个项目的第一步，正准备安装涡轮机的半尺寸模型，一个具有0.35米直径的涡轮机，这也是他们的首个商业实验。这个项目包括安装两个WEC涡轮机，可用于LED供电的演示。

价值

这些涡轮机不仅能够产生出清洁、可再生的能源，而且也能够帮助海岸抵御侵蚀，同时也可以让那些资金和基础设施有限的人可以负担得起。

Shintake 教授说：

“我想象着两百年后的地球。我希望这些（涡轮机）能够在已经安装它们的海滩上，安静且精致地努力工作。”

“仅仅使用日本本土1%的海岸，就能产生出10吉瓦特的能量，相当于10座核电站，这个能量非常巨大。”

参考资料

【1】
https://www.oist.jp/news-center/news/2017/9/20/sustainable-future-powered-sea