测试潮汐流生成技术

在新兴的海洋可再生能源领域，潮汐流技术在应用于公海之前需要经过严格的测试。该行业已经确定了一种类似于陆上风力发电场结构的设计;在实验室测试它们效率的是卢克·迈尔斯。他是南安普顿大学海洋能源和微型可再生能源的副教授，哈里·刘易斯拜访了他……

卢克:所以当我在酒吧里有人问我，你是做什么的时候，我的常规回答是?我说，水下风力涡轮机。这是因为潮汐产业很快就把范围缩小到一个海上版本的风力涡轮机上。之前，我们有一些更新颖的设计。我们有垂直轴，历史上我们有这样的风力涡轮机。我们还遇到过一些像割草机一样旋转的机器，你知道，它们的刀片在前面。我们也有导管。基本上就是引导气流通过叶片。最后，我们有一些拍打的水翼看起来有点像海豚的尾巴。

哈利-这么多原型。为什么整个行业似乎都选择了水下风力涡轮机?

卢克:我想因为在风能和潮汐能之间有很多技术转移，比如动力系统、电子设备和系统的所有后端，基本上它们在机械上是相同的。

哈利——那么继续吧，我们面前有什么?

卢克:所以我们有一些东西和你在互联网上看到的很多设备大致相似。现在它是一个三叶片的逆风或上游潮汐涡轮机。直径是可重新配置的，所以我们可以在上面放不同大小的叶片。这取决于模型所能承受的力以及我们产生的电量。

哈利——你拔出了另一把刀刃，最令人吃惊的是它是亮金色的。看起来很棒。而且翼尖也略有不同。这和我们面前的原型有什么关系?

卢克-好吧。所以它是金的原因是铝被阳极化以防止腐蚀。

哈利-所以这是故意的。这不仅仅是一种风格选择。

卢克-不。对于叶片，我们必须保持非常精确的形状。因此，如果由于腐蚀或任何形式的生物污染而改变形状，它就会破坏性能。叶片末端的隆起是你在大多数商用客机上看到的，它们被称为小翼。他们的想法是，他们阻止湍流，从机翼边缘掉下来，这样做的是，它为飞机创造阻力。所以它降低了性能。它对潮汐或风力涡轮机也有类似的作用。当你用玻璃或碳纤维制造叶片时，在叶片上增加小翼的成本真的很便宜。所以，它只是需要一个不同的模具。然后材料成本相对较小。 And we found an increase in the rotor power, almost 10%, which is huge.

哈里:当你发现这件事的时候，你把它寄给了一家与你合作的商业公司，作为研究机构。工业和大学或其他教育机构的研究之间的关系是怎样的?

Luke -我们正试图与一个竞争激烈的行业联系和合作，因为它正处于萌芽阶段。所以有时候对我们来说，与多家公司合作是相当困难的。所以不管是在同一个项目上还是在连续的项目上，如果他们拥有行业优势，他们想要保持这种优势是完全可以理解的。所以当我们从设计小翼中发现升力和性能时，我意识到我们需要尽快得到结果。所以，我通过网络形式联系了一家大型制造商，说，我有这个惊人的研究，我很高兴马上给你。有三个人回复了我的邮件，听起来很兴奋。结果他们根本不知道我们做了这些工作，不知道我们拥有所有的设备和能力。所以这就说明了这类公司是多么的孤立和忙碌。他们没有足够的资源来检查我们在做什么。所以除非我们在一起直接做一个研究项目，否则他们可能永远不会知道我们做了什么。

哈利-他们可能不知道，就像你说的你们这里的所有设施。如果楼下有人的话，我们可以看看我忘了这个房间叫什么了。

Luke:在南安普顿，我们有英国最大的拖曳水箱，它实际上是一个非常大的游泳池，一端有一个造浪器，还有一个上下缩放的机动马车。我们来看看。

这看起来有点像军情五处或军情六处底层Q测试实验室里的东西。

卢克-很明显，你也能得到很棒的回声。

哈里:那么，当你把你的原型放在水里的时候，这个过程是什么呢?这个设施对你有什么帮助?

卢克-这是一片静水。它有138米长。它宽6米，深3.5米。我们在这里可以做的是，我们可以拖着模型船，船只和潮汐涡轮机穿过这片水域。从一端到另一端也有0.3毫米的差异来解释地球的曲率，因为水箱的长度。我们的一端有一个6.5米宽的车厢，它通过架空的电缆在坦克上下左右牵引，速度大约是12mp，如果你在船上的话，速度快得吓人。

哦，所以你的涡轮机，在这种情况下，他们没有坐在池底。它们实际上是被拖过去给人一种电流的感觉吗?

卢克-原理和风洞差不多。你可以有一辆一级方程式赛车绕着一条赛道跑你可以测量它所受的力。或者你可以让它静止在风洞里，让空气通过它。这就是我们在工程中经常做的事情。这种方法的优点是我们不用移动水，那样会消耗很多能量。

哈里:当涉及到你生产的原型和市场上的产品时。这些水下风力涡轮机的效率有多高?

卢克:所以我们模型的相对效率已经可以和全尺寸的风力涡轮机相媲美了。所以我们得到了，所谓的系数性能。我们的小模型大约是0.42，最大的风力涡轮机大约是0.5左右。所以，对于系数性能来说，当你变大时，效率会变得更好。

哈利——那是什么意思?

卢克:那是可用能量的一部分，你可以把它转化为电能。举个例子，如果你以燃煤发电站为例，它有一个相似的系数，大约是35%。所以每燃烧三个单位的煤，一个单位转化为电能，另外两个单位转化为热能和其他损失。

哈利:那么你认为技术会变得更好，能够承受更多的电流产生的能量吗?

卢克-是的。所以有些水流非常快，特别是在西海岸和苏格兰北部。大约是5mp ?这是10节。作为参考，一立方米水的重量相当于一辆家用汽车。所以每平方米的面积，也就是每秒有5辆家用汽车撞到你。这是一个巨大的工程术语，巨大的动能。

哈利——与风相比，它承受的压力几乎没有风那么大，因为东西必须移动得更快，但同时密度要小得多。

卢克-是的。所以潮汐涡轮机，单位面积上的推力。所以单位面积上击中你的物质的数量要高几个数量级。它要大得多。所以潮汐涡轮机会更紧凑，更小。我们永远不会看到直径80米的潮汐涡轮机，因为水下的力量太大了。所以它们会更紧凑，更小，隐藏在水下

Harry -再一次，与风力涡轮机相比，我们能从单个潮汐涡轮机中获取多少能量?

卢克:我认为这最终取决于潮汐涡轮机有多大。目前，由于强大的力量和你需要努力抵抗这些力量，所以你的刀片不会折断。目前的想法是，潮汐涡轮机的最大直径约为20米。现在的输出功率取决于水流的速度，但是我认为单个涡轮机的功率大概在1到2兆瓦之间。