隨著全球對可再生能源需求的增加,漩渦水柱(OWC)作為一種新型的波浪能量轉換設備,逐漸引起了人們的重視。這些設備能有效透過海浪的動作來產生能量,憑藉其潛在的環境益處,越來越多的企業開始著手設計更高效的OWC設備。在眾多的技術中,Wells渦輪與Hanna渦輪的設計及效能特徵引發了人們的廣泛關注。
漩渦水柱以其流動的水體帶動封閉空間中的空氣流動,生成可用的能量。
OWC設備的核心元件包括收集腔和動力轉換系統(PTO)。PTO系統的設計是影響OWC效率的關鍵要素,能將雙向的氣流轉換為所需的能量。
PTO系統在OWC設備中扮演著至關重要的角色。它的設計必須能夠處理收集腔內外的氣流,並將其轉化為電能或其他形式的能量。上世紀70年代,由亞倫·阿瑟·威爾斯設計的Wells渦輪便是此類設備的一項突破性創新。
Wells渦輪采用對稱翼型,這使得它在面對不同方向的氣流時都能保持同一方向的旋轉。這種設計使得Wells渦輪易於維護且成本效益高,然而它在高氣流速時會因翼型的高攻角而產生更大的阻力,影響了效率。
Wells渦輪在低速氣流下具有最佳效率,但其性能會在氣流較快時受到損害。
2009年,由環保活動家約翰·克拉克·哈納所設計的Hanna渦輪則針對Wells渦輪進行了改良。Hanna渦輪設計採用了非對稱翼型的雙轉子,並擁有較低的攻角,這使它在各種運行條件下都能保持較高的效率。
與Wells渦輪相比,Hanna渦輪在操作中抗擾動能力更強,擁有更大的扭矩和更佳性能窗口。
漩渦水柱的概念可以追溯到19世紀的響鈴浮標,這些早期裝置利用收集腔的氣壓來發出聲音,作為海上警告信號。1947年,日本的一位海軍指揮官則首次將漩渦水柱用於發電,為未來OWC技術的進步鋪平了道路。
位於蘇格蘭的LIMPET電廠自2001年開始運行,配備一台2.6米直徑的Wells渦輪,能夠生成500 kW的電力。
2011年啟用的Mutriku電廠擁有16台Wells渦輪,根據良好的環境條件,能夠產生約300 kW的電力。
由OceanEnergy開發的OE Buoy正在進行測試,預計在全尺寸的情況下,會輸出約500 MW的電力。
漩渦水柱技術對海洋生態的大多數影響相對較小,沒有在水中運行的部件可能會為海洋生物創造人工棲息地。不過,噪音污染仍是OWC開發者需要關注的一大問題。
在可再生能源日漸重要的背景下,不同技術出現了多樣化的進步。Wells和Hanna渦輪所展現的設計理念各有優劣,將來的OWC發展究竟會如何改變我們對海洋能的利用方式呢?