新型渦輪機利用海浪發電：清潔、廉價、可持續！

導讀

日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）教授 Tsumoru Shintake 領導的研究團隊研發出一種新型渦輪機，利用海洋中的海浪作為清潔、廉價、可持續的能源。

關鍵字

能源、海洋

背景

未來能源的發展目標是可持續、低碳、清潔、廉價、易用、高效的。太陽能和風能已經得到了廣泛利用。然而，探索和利用海洋中的能源是當今世界能源的又一重要發展方向。海洋中蘊藏著巨大的能量資源，例如：洋流和海浪。

創新

日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）教授 Tsumoru Shintake 的研究目標就是利用海洋中的洋流和海浪，作為清潔、廉價、可持續的能源。

（圖片來源：OIST）

技術

最初，Shintake 教授的研究在高能加速器領域，2012年他決定從海洋中尋找一種新型能源。那一年，Shintake 教授和 OIST的量子波顯微鏡單位（ Quantum Wave Microscopy Unit ）一起創立了「海馬」項目，它旨在利用流經台灣東部海域和日本南部地區的黑潮洋流的能量。

這個項目使用通過系泊鏈固定在海床上的水下渦輪機，將自然且持續的黑潮洋流中的動能轉化為可用電能，然後在通過電纜輸送到陸地。項目的初始階段是成功的，現在研究單位正在尋找工業合作夥伴進行下一段的工作。

然而，OIST 的研究人員還希望找到一個更便宜、更易維護的海洋能源。這恰好就是海岸線上的海浪發揮作用的地方。Shintake 教授解釋道：

」特別是在日本，如果你沿著海灘走一走會發現很多護堤用的鋼骨水泥四腳砌塊（tetrapod）。「

tetrapod 是一種混凝土結構，形狀有點像金字塔，通常沿著海岸線防止，減少迎面而來的波浪的能量，保護海岸免受侵蝕。

「令人驚訝的是，日本30%的海岸被tetrapod和破浪器覆蓋。」

Shintake 解釋道，通過「智能」的tetrapod 和破浪器取代它們，附近附著的渦輪機不僅能產生出能量，並且還可以保護海岸。

為了實現這個創意，OIST的研究人員於2013年啟動了波能轉換裝置（WEC）項目。它包括放置在海岸的關鍵位置附近放置渦輪機，例如在tetrapod 附近或者珊瑚礁中，以生產出能量。每個位置都可以讓渦輪機暴露於理想的波浪條件中。

（圖片來源：OIST）

（圖片來源：OIST）

在嚴苛的波浪條件或者極端天氣條件例如颱風情況下，渦輪機本身經得起施加於它們的力量。葉片的設計和材料靈感來自海豚的鰭。它們是柔性的而不是剛性的，可以釋放應力，且不會有破裂的風險。支撐結構也是柔性的。Shintake 解釋說： 「就像一朵花，花的莖幹，逆風向後彎曲。」所以，同樣地，渦輪機的也會沿著它們的錨定軸彎曲。這種設計也可以保護周圍海洋生物的安全，葉片的旋轉速度是精心設計的，允許陷入其中的生物逃脫。

（圖片來源：OIST）

現在，Shintake 教授和其他研究人員已經完成了這個項目的第一步，正準備安裝渦輪機的半尺寸模型，一個具有0.35米直徑的渦輪機，這也是他們的首個商業實驗。這個項目包括安裝兩個WEC渦輪機，可用於LED供電的演示。

價值

這些渦輪機不僅能夠產生出清潔、可再生的能源，而且也能夠幫助海岸抵禦侵蝕，同時也可以讓那些資金和基礎設施有限的人可以負擔得起。

Shintake 教授說：

「我想像著兩百年後的地球。我希望這些（渦輪機）能夠在已經安裝它們的海灘上，安靜且精緻地努力工作。」

「僅僅使用日本本土1%的海岸，就能產生出10吉瓦特的能量，相當於10座核電站，這個能量非常巨大。」

參考資料

【1】https://www.oist.jp/news-center/news/2017/9/20/sustainable-future-powered-sea

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