向大海要電_風聞

中國缺電，缺得厲害。隨着汽車電動化，住宅空調化和電熱化，長期用電需求還將大幅度增長。短期辦法當然是增加燃煤發電，但煤電污染大，長遠來説肯定不是主要發展方向。天然氣和油依賴進口，也不妥。核電除非釷堆技術大發展了，否則由於成本、核廢物處理和安全限制，也不便過度依賴。水電受到資源限制，開發完了也就開發完了，新技術可以發掘低水頭髮電，但還是有生態和景觀限制，不便遍地開花。

風電受到地理條件限制，不是哪裏都能開發的，而且對生態和景觀的影響也大，有利於開發風電的地方，常常在候鳥遷徙路線上。中國好不容易通過再森林化恢復了一點生態，要是因為風電大量殺傷鳥類，就不好了。太陽能也受到地理條件限制，而且中國太陽能條件較好的西北和青藏高原遠離用電集中的東南沿海，長途輸電的損失不宜忽略。

但風電和太陽能不必限制在大陸上，海上也可以發展。

丹麥和德國大力發展海上風電，已經取得很大成就

北海常年大風，丹麥和德國正好大力發展海上風電，已經很有規模。中國也可以利用漫長的海岸線，發展海上風電。

海上風電的壞處是建造、運作和輸電成本高於陸上風電，但有不佔地的好處，鳥撞的問題也大大降低。離岸幾公里以外，日常飛行的海鳥就大大減少。海底鋪設的輸電纜比陸上要複雜，維修麻煩，但也有不需要徵地和建造輸電鐵塔的好處。需要對過往漁船的作業有所限制，避免拖帶。此外，工作環境倒是很穩定，沒有風雨、飛鳥的影響。反正坐在海底不動，海洋生物攀附的影響可能也較低。

浮動的光電場是另一個向大海要電的路子，這裏還是在湖面，但在原則上也可以造到海上

還可以用大型“救生圈”圍起來，人工製造一個避風港，圈內的風浪大大小於圈外

海上光電是另一個路子。海上沒有樹木、山巒、建築的遮擋問題，也沒有塵土、雜物的沉積問題。只要解決了防腐問題，經常沖水、保持清潔沒有水源問題。海水的冷卻還提高光電板的效率。光電浮板可以連鎖起來，既避免飄散，也降低風浪的影響。還可以和海上風電場在一起，栓在風電樁上，共用輸電設施。如果風浪影響太大，可以用大型環狀或者矩形浮體把光電板陣圍護起來。這像避風港一樣，圈內的風浪大大小於圈外，有利於光電板有效工作。

在淺海，也可以把光電陣直接造在海底上，簡化光電板的使用和維修

或者把光電板安裝在大型浮筏上

如果直接浸泡在海水裏的防腐和海洋生物挑戰較大，可以用工程手段把光電板架空起來。在淺海，直接從海底造支架就行。在深海，可以用大型浮筏。

光電板的好處是對太陽的方向性要求不太高，只要大體朝上就可以在日照下發電，缺點轉換效率較低。光熱的效率就比較高了，而且可以和海水淡化連接起來。

光熱是另一個發展方向

光熱將太陽的熱量用聚光鏡聚焦，加熱焦點上的蒸汽發生器，產生高壓蒸汽，推動蒸汽輪機發電。這是最簡單的單迴路，實際光熱常用雙迴路，內迴路用熔鹽，可以升温更高，提高光熱效率。然後循環的熾熱熔鹽進入蒸汽發生器，產生高壓蒸汽，推動蒸汽輪機發電。光熱還可以把部分熾熱熔鹽打入地下保温，在夜間抽取出來作為熱源，繼續發電。

在大西北，發展光熱的最大限制在於水源。熱電用循環水不容易。發電後的低温低壓蒸汽要靠自然散熱或者風冷而冷凝成水就太費事了，用冷卻水換熱冷凝則有冷卻水本身的散熱問題，跑得了和尚跑不了廟。一般熱電廠巨大的白色煙柱常被誤解為廢氣污染，其實那只是冷卻塔的水蒸氣。但在乾旱的大西北，這樣大量消耗寶貴的水資源是很可惜的。

但在海上就沒有這個問題了。可以用熔鹽的雙迴路，也可以直接用簡單的海水單迴路。熔鹽的好處是可以儲能和調峯發電，但海底存儲熾熱的熔鹽不易。海水單迴路簡單，而且沒有水源和冷卻塔問題。高壓蒸汽推動發電後，直接通過水下管道邊冷卻，邊作為淡水輸往大陸，發電、海水淡化兩不誤。

海水是淡鹽水，蒸發後留下濃鹽水。這既可以作為氯鹼化工的原料，也可以用部分冷凝水稀釋後直接向大海排放。由於排放的鹽分本來就來自本地海水，排放不破壞本地的鹽平衡，除了可能形成局部“熱點”，排放對海水的鹽度影響很小。局部熱點的問題可以通過海流研究和長管多點排放解決。

光熱需要所有反光板精確指向聚光塔頂的焦點，現代控制是做得到的。將反光鏡陣分成陣列安裝在大型浮架上，浮架的尺寸大大超過本地典型波浪波長，可以用波浪的自然起伏抵銷很大一部分波動影響。浮架相當於大型淺網箱結構，這對中國毫無技術壓力。

如果反光鏡陣和聚光塔在同一個浮架上，反光鏡的控制和同步就更容易了，但這要求發電機也分散化，每個浮架配備一套汽輪機-發電機組。發電都用大型汽輪機，越大越好，效率越高。但製造複雜，成本高。小型汽輪機在設計和製造上沒有難度，海上光熱的能量密度也不支持大型汽輪機。中國的機械製造優勢是可以支持這樣的分佈式海上熱電的。這樣，高壓蒸汽管路也都是剛性連接，設計和製造上簡單得多，就是浮架要足夠大，才能有足夠的經濟性。多個浮架連接成海上光熱場，可以提供可觀的電力和淡水。

當然，這對機組的全自動可靠工作有很高要求，經常需要人工伺候就不好了。

海洋上的風利用起來了，海洋上的陽光利用起來了，但海洋上的波浪不僅是要克服的困難，本身也是能源。壞天氣通常還是大浪天，波浪受晝夜的影響也相對小點，可發電的時間更長。

波浪發電長期在“打氣筒”理念裏打轉轉，這有概念簡單的好處，但使用起來挺彆扭，需要把往復式的直線運動轉換成更加適合發電機的單向旋轉運動。更加直接的是用活塞的往復運動直接切割筒體內磁場的磁力線，直接發電，但需要對電流“梳理乾淨”，否則相位、頻率都很難與電網相同。或許用直流輸電是一個解決的辦法。

“打氣筒”不光可以豎立在海里，還可以橫卧在水面

號稱“海蛇”的發電裝置在兩節浮筒之間是液壓發電裝置，在波浪的上下運動中，交替抽吸液壓油，驅動發電

更加巧妙的是把“打氣筒”橫卧在水面上，成為“海蛇”。這樣把多節浮筒相連的波浪發電裝置的兩端都栓在海底，每兩節浮筒之間是發電裝置，用上下交替的自由轉動的鉸鏈連接。隨着波浪的運動，浮筒隨着波面的起伏，驅動活塞。圖中黑色的就是活塞驅動杆。

油路都帶單向閥，液壓油只能向一個方向流動，通過流路的週期性切換，保證驅動液壓馬達的液壓油只朝一個方向流動，液壓馬達不會週期性正反轉。具體來説，假定連接液壓馬達兩側的管路從右往左流動。這樣，右側油缸的底部管路和左側油缸的頂部管路都只能向上流動，在左活塞推進、右活塞退出時，液壓油在下液壓缸裏壓縮，通過右油缸，向左驅動液壓馬達，再通過左油缸回到上液壓缸存儲待用。右油缸通向上液壓缸和左油缸通向下液壓缸的旁通管路都只能從左上往右下流動，這樣，在右活塞推進、左活塞退出時，液壓油在上液壓缸裏壓縮，“繞道”右油缸，向左驅動液壓馬達，再通過左油缸回到下液壓缸存儲待用。左右油缸都是有彈性的，自然保持壓力，對波浪起伏帶來的液壓油壓力起伏進行平滑，幫助穩定發電。

這是很巧妙的設計，而且是利用波浪的形狀，而不是波浪的升沉。但由於連接鉸鏈只能上下運動，而真實海浪是複合運動，機械磨損很大。為了適應真實海浪，每兩節之間交替用上下轉動的鉸鏈和橫向轉動的鉸鏈，一方面利用橫浪的能量，另一方面降低機械磨損。但“海蛇”的機械磨損還是太大，2004年在蘇格蘭建成併網發電，2008年在葡萄牙建成併網發電，中國在2015年建成“海龍”裝置，在試驗完成後都撤出電網了，技術還需要進一步成熟化。

Wavestar也是用液壓油，但稍微有點不一樣。裝置是坐在海底的，兩側各一排浮筒驅動的長臂

長臂在上下運動中，驅動液壓缸，向中央高壓油缸加壓，最終驅動發電機

已經建成一個實驗性裝置，能看到左側兩個浮筒在水中“隨波逐浪”

“海蛇”需要在水深超過50米的地方使用，避免漲潮落潮的海平面差影響浮筒的工作。Wavestar則避開了這個問題，裝置直接坐落在海底，浮筒自然下垂到海面，隨波浪上下運動時，直接利用波浪的升沉，而不再理會波浪的形狀，也對海浪的方向不敏感，不管橫浪縱浪，只要浮筒能感受到波峯波谷就行。Wavestar像打氣筒一樣驅動液壓缸，產生高壓，最後驅動液壓馬達和發電機。設計比“海蛇”簡單、結實、可靠，但裝置很龐大，建造成本較高。

威爾士渦輪機擺脱了“打氣筒”的思路，利用波浪在斜坡水道上下運動時壓縮空氣和抽負壓的作用，使得頂部空腔內的空氣流出、流入，驅動空氣渦輪

經典威爾士渦輪機採用對稱翼型，當氣流從下往上吹動葉片時，氣流向右偏上滑走，推動葉片向左轉動；當氣流從上往下吹動葉片式，氣流向右偏下滑走，同樣推動葉片向左轉動

威爾士渦輪機是英國人艾倫·威爾士發明的，利用獨特的對稱翼型的葉片設計，使得氣流從兩邊交替吹動時，葉片始終向同一個方向轉動，特別適合波浪發電。這時需要在岸邊建造一個封頂的斜坡水道結構，頂部在水面以上，內部就是空腔，充滿空氣，沒別的。

波浪往上湧的時候，水面沿坡道升高，推動坡頂空腔內的空氣向外流動，驅動空氣渦輪。波浪往下退的時候，水面沿坡道降低，對坡頂空腔抽負壓，使得環境空氣往裏流動，反向驅動空氣渦輪。但威爾士渦輪機的特殊設計使得不管空氣朝外流動還是朝裏流動，葉片始終往同一個方向轉動，驅動發電機。

波浪滑翔器的槳葉是可在潛航體的升沉中自由轉動的，這個角度使得潛航體在升沉中同時產生推力，好像江南小船搖櫓一樣

但把威爾士渦輪機改進一下，葉片不固定，而是像波浪滑翔器的槳葉一樣，可以隨氣流方向自由偏轉到一定角度後鎖定，可以進一步提高能量回收效率。

威爾士渦輪機也可以在海上用坐底的空心立管實現，空心立管本身就是“水壓活塞”的筒體，下半部向海水敞開就行了。遠離海岸還解決了“呼吸”時的噪聲問題。

威爾士渦輪機用水面升沉直接形成空腔內空氣的抽壓，機械上極大簡化，造價低，可靠性高，是很有希望的思路。

威爾士渦輪機也可用於海上立樁發電，圖中還是海岸的，但用大直徑空心立管在海上坐底，下半部向海水敞開，可以得到同樣的效果

波浪發電很少受天氣影響，風浪越大，發電的出力越大，但不像風力發電，可能有葉片被強風損壞的問題。遇到極端天氣的話，還可以下潛個十來米，就波瀾不興了，躲一躲。這不需要像潛艇那麼複雜，在台風前派船派人綁一點配重，過後再解除，就完事了。反正不是經常的事。

帶可轉動葉片的威爾士渦輪機也可以和“海蛇”結合起來，極大地簡化設計，只要上下液壓缸來回推動液壓油就可以了，不需要擔心正流、逆流問題，可以取消旁通迴路和單向閥，大大提高可靠性。甚至可以利用簡化的設計，增加左右液壓缸，採用萬向節連接，在波浪中自由地上下左右扭動，增加對複雜海浪的能量利用，也降低機械磨損。

海上還可以用洋流發電，那就和陸地上的風力發電差不多了，只是洋流通常穩定一些，較少受到天氣和季節的影響。潮汐是另一個可供發電的能源，最簡單的辦法就是建設潮汐水庫，高潮蓄水，低潮放水。與陸地水庫不一樣，潮汐水庫有可能從海上用長堤圍出來，比如利用灘塗，沒有佔地的問題。還可以與海水養殖相結合，甚至充當抽水儲能。當然，高低潮的水位差較小，需要解決超低水頭雙向流發電的問題，可能再次需要威爾士渦輪機。

海洋佔地球面積70%，向大海要電必定成為無碳電力的主要部份，主要技術都已經成形，應該大力發展。首先應該在遠離大陸的島嶼上推廣。