随着全球对可再生能源需求的增加,漩涡水柱(OWC)作为一种新型的波浪能量转换设备,逐渐引起了人们的重视。这些设备能有效透过海浪的动作来产生能量,凭借其潜在的环境益处,越来越多的企业开始着手设计更高效的OWC设备。在众多的技术中,Wells涡轮与Hanna涡轮的设计及效能特征引发了人们的广泛关注。
漩涡水柱以其流动的水体带动封闭空间中的空气流动,生成可用的能量。
OWC设备的核心元件包括收集腔和动力转换系统(PTO)。 PTO系统的设计是影响OWC效率的关键要素,能将双向的气流转换为所需的能量。
PTO系统在OWC设备中扮演着至关重要的角色。它的设计必须能够处理收集腔内外的气流,并将其转化为电能或其他形式的能量。上世纪70年代,由亚伦·阿瑟·威尔斯设计的Wells涡轮便是此类设备的一项突破性创新。
Wells涡轮采用对称翼型,这使得它在面对不同方向的气流时都能保持同一方向的旋转。这种设计使得Wells涡轮易于维护且成本效益高,然而它在高气流速时会因翼型的高攻角而产生更大的阻力,影响了效率。
Wells涡轮在低速气流下具有最佳效率,但其性能会在气流较快时受到损害。
2009年,由环保活动家约翰·克拉克·哈纳所设计的Hanna涡轮则针对Wells涡轮进行了改良。 Hanna涡轮设计采用了非对称翼型的双转子,并拥有较低的攻角,这使它在各种运行条件下都能保持较高的效率。
与Wells涡轮相比,Hanna涡轮在操作中抗扰动能力更强,拥有更大的扭矩和更佳性能窗口。
漩涡水柱的概念可以追溯到19世纪的响铃浮标,这些早期装置利用收集腔的气压来发出声音,作为海上警告信号。 1947年,日本的一位海军指挥官则首次将漩涡水柱用于发电,为未来OWC技术的进步铺平了道路。
位于苏格兰的LIMPET电厂自2001年开始运行,配备一台2.6米直径的Wells涡轮,能够生成500 kW的电力。
2011年启用的Mutriku电厂拥有16台Wells涡轮,根据良好的环境条件,能够产生约300 kW的电力。
由OceanEnergy开发的OE Buoy正在进行测试,预计在全尺寸的情况下,会输出约500 MW的电力。
漩涡水柱技术对海洋生态的大多数影响相对较小,没有在水中运行的部件可能会为海洋生物创造人工栖息地。不过,噪音污染仍是OWC开发者需要关注的一大问题。
在可再生能源日渐重要的背景下,不同技术出现了多样化的进步。 Wells和Hanna涡轮所展现的设计理念各有优劣,将来的OWC发展究竟会如何改变我们对海洋能的利用方式呢?