從日本鳴門海峽，到歐洲的英吉利海峽，多臺水下渦輪機正在部署。這種可以撬動洋流能源的新技術，正在成為推動海洋能源發展的新方向。水下渦輪機是一種海洋洋流渦輪機，旨在充分利用洋流力量并將其轉化為電能，工作原理與傳統風力渦輪機類似，只不過是在水下運行，水流過渦輪葉片使其旋轉，從而驅動發電機發電。過去5年，全球多個國家都開始嘗試部署水下渦輪機示范項目并推動技術研發，盡管業內普遍持樂觀態度，但考慮到洋流力量巨大且海洋存在諸多未知挑戰，水下渦輪機技術實現規模化應用仍然任重道遠。
上半年兩個示范項目啟動
今年2月，英國潮汐能公司Proteus Marine Renewables在日本鳴門海峽啟動水下潮汐渦輪機項目AR1100，裝機量為1.1兆瓦，采用三葉片水平軸轉子設計，配備機電式俯仰控制機構和液壓驅動偏航系統，以優化發電效率，安裝在重力基礎上并通過海底電纜連接至電網。
AR1100不同于傳統金屬結構，葉片和核心組件全部采用定制化碳纖維復合材料，可以應對嚴苛的海洋環境，包括每秒超3米的強洋流沖擊、鹽霧腐蝕、生物附著等。同時，葉片內嵌傳感器網絡實時監測水流速度與方向，通過機器學習算法驅動輪轂內的機電變槳系統，使每個葉片可以獨立調節角度，讓AR1100在復雜潮汐中始終保持最佳攻角，從而獲得最佳效率。
3月，法國潮汐能開發商Normandie Hydroliennes開始在英吉利海峽開發NH1商業規模潮汐能試點項目，該項目設計安裝4臺水下渦輪機，總裝機容量250兆瓦，預計2028年開始每年向法國電網輸送34吉瓦時電力，相當于1.5萬戶家庭電力需求，可年減排近6萬噸二氧化碳。
Normandie Hydroliennes公司總監Katia Gautier表示，4臺水下渦輪機安裝在水下38米深處，專為海洋環境精心打造。NH1項目不僅具備技術競爭力，同樣具備成本競爭力。據悉，NH1項目已獲得歐盟3130萬歐元資金支持，被《歐洲能源創新》雜志譽為“21世紀最具革命性的可再生能源突破之一”。此外，法國還在推進一個Flowatt項目，該項目計劃安裝7臺水下渦輪機，總裝機容量17.5兆瓦，可為約2萬居民供電。
在英國，蘇格蘭可再生能源公司SAE Renewables在彭特蘭灣部署MeyGen項目，安裝了4臺水下渦輪機，于2018 年投運。該項目運營與維護經理Fraser Johnson表示，MeyGen項目證明了水下渦輪機的有效性。
技術研發聚焦成本和效率
水下渦輪機作為一種利用水流轉化為電能的設備，工作原理類似于風力渦輪發電機，但同樣速度下能產生更大能量，且對尺寸要求相對更小，尤其適用于水流動力較大海域。同時，水下渦輪機不依賴風向和天氣變化，更穩定可靠，因為潮汐規律可以準確預測。
針對水下渦輪機的設計和制造，主要圍繞具有成本效益且更具效率的方式展開，業內對該技術持樂觀態度。目前，水下渦輪機主要有兩種類型，分別是需要快速水流的潮流系統和捕獲潮流勢能差的潮差系統。
2022年，美國能源部宣布，加碼探索水下渦輪機技術潛力，啟動海底水動力和河流千兆瓦系統（SHARKS）項目，旨在加大研究水下渦輪機與水下環境相互作用情況，從而盡可能降低應用成本。SHARKS項目獲得美國能源部下屬機構3800萬美元的資助，主要圍繞兩種水下渦輪機類型展開研發，目標是開發成本低于每千瓦時0.05美元的海洋發電技術。
對海洋生態影響有待觀察
水下渦輪機技術目前仍處于起步階段，但近年來涌入資金源源不斷，加之政策對創新技術的諸多支持，都為技術大規模商業應用奠定基礎，其有望成為海洋清潔能源經濟重要一環。美國能源部指出，水下渦輪機具有綠色、可再生等優點，可謂探究海洋能源利用的新思路。
不過，高昂的初始成本、對海洋生態系統的潛在影響、可部署區域有限仍是阻礙水下渦輪機商業化的關鍵挑戰。政策鼓勵和市場機制將成為推動水下渦輪機等新興技術加速商業化的關鍵。長期以來，流體動力渦輪機的高成本阻礙了商業推廣。目前，潮汐能發電成本約為0.15至0.2歐元/千瓦時，高于陸上風電。美國華盛頓大學機械工程系教授布萊恩表示，針對海洋能源開發，如果失去市場支持機制，新興技術很難實現經濟可行。
水下渦輪機采用特殊設計，有固定在海床上和浮動兩種類型。材料經過特殊處理，能有效抵抗海水腐蝕，包括使用高強度鋼或復合材料，并通過實時監測系統檢測結構狀況。以NH1為例，其渦輪機基座實際上相當于一塊“人工礁石”，為海洋生物提供新的棲息地，魚類和其他海洋生物可以回到項目區域，并以渦輪機為“家”。對漁業而言，“人工礁石”效應可能增加魚類數量，因此需要合理規劃航道和捕魚區域。不過，多數社區支持此類項目，認為能創造更多就業并降低能源使用成本。
需要注意的是，海洋環境維護困難，如水下渦輪機產生的噪音和振動對海洋生態影響，需要深度研究。有分析認為，水下渦輪機可能干擾河口區域野生動物的活動模式，迫使海洋哺乳動物離開曾經棲息的地方。
英國國家海洋學中心的物理海洋學家Michela De Dominicis指出，在海洋中部署渦輪機可能會對生態系統產生難以預料的連鎖反應。“如果只部署一臺，即便有影響，也會相對有限。但如果是數千臺，很有可能會以潛在方式對海洋環境造成更深層次的干擾。”
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