海洋变化:EMEC的海洋动力推动净零

虽然风能和太阳能无疑是可再生能源最成功的故事，但持续的天然气危机突显出，这种成功也让英国暴露在变幻莫测的天气中。北海20多年来最糟糕的风力条件，再加上一系列其他因素，推动欧洲能源价格升至历史最高水平，让人对英国的短期和长期能源战略产生怀疑。实现净零将意味着在未来几十年向电网增加十亿瓦的可再生能源，但我们如何在保持电力供应的同时做到这一点呢?

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核能几乎肯定会发挥作用，它提供了低碳基负荷，为可再生能源的蓬勃发展提供了空间。为此，英国还拥有一些世界上最大的海洋能源资源，潮汐和波浪能比风能和太阳能可靠得多，而且实际上尚未开发。

2003年在奥克尼郡成立，欧洲海洋能源中心一直在努力改变这种状况，测试和验证波浪和潮汐发电机，这不仅为英国开辟了一条途径，也旨在打开潜在的巨大全球出口市场。经过近20年的运行，许多技术已经趋于成熟，现在是开始交付的时候了。

EMEC董事总经理尼尔·克莫德(Neil Kermode)告诉《工程师》杂志:“我们已经从概念和聪明的想法变成了现实，数百人参与了建设、安装和实现这些东西。”

氧气就是一个很好的例子，据说它是世界上最强大的潮汐涡轮机。O2位于奥克尼沃内斯瀑布快速移动的潮汐水域中，是轨道海洋动力公司在EMEC部署的最新浮动潮汐发电机，该公司于2002年在奥克尼成立。它有一个72米长的上层建筑(图左)和两个直径20米的1MW涡轮机。O2在很多方面都是EMEC的一个缩影，它体现了该中心如何从边缘研究基地发展成为世界领先的海洋测试中心，即将使商业潮汐能成为现实，并为英国公司打开巨大的机会。

“它是在奥克尼构思的，”克莫德说，“部分是在奥克尼设计的，部分是在爱丁堡设计的，它是在邓迪的一个船厂建造的，这个船厂已经有40年没有下水了，桨片来自南安普顿，锚来自威尔士，船体的钢材是在苏格兰轧的……它是用当地船只拖上来的，安装在我们的工地上，并正在向英国国家电网发电。”它有80%的本地内容，英国内容。如果这还不是明显的产业战略，我不知道什么才是。”

尽管有这么多的希望和出口潜力，但围绕海洋能源及其成本的大问题仍然存在。潮汐发电的价格大约是风能的两倍，相比其他可再生能源，潮汐发电无疑处于领先地位。为了竞争，海洋能源需要支持来缩小差距。

克莫德认为，需要的是一个明确的市场信号，而历届英国政府都未能解决这一问题。当上网电价被取消时，它向更广泛的可再生能源行业传递了一个信息:政府的支持是靠不住的。虽然太阳能和风能已经建立得足够好，足以安然度过这场风暴，但海洋发电仍处于非常初级的阶段，因此受到的冲击比大多数情况都要大。

“当保守党在联合政府之后上台时，他们基本上取消了对很多可再生能源的所有支持。不幸的是，我们被困在了交火中。”

“这意味着市场信号被消除了……目前信号还不清楚。所以我们一直在努力重建人们对政府的信心，认识到需要什么。

“目前，我们没有看到清晰的信号，因为我认为人们没有意识到这里存在的经济机会的规模。”

EMEC敦促政府实现的一个中期目标是，到21世纪30年代，在英国海岸周围部署1千兆瓦的海洋能源。目前已经部署了近250吉瓦的风力发电，1吉瓦可能看起来不多，但它可能为本世纪晚些时候海洋能源的扩张提供基础，因为英国将接近2050年净零排放的截止日期。

“千兆瓦基本上是我们现有容量的九倍，”克莫德说。“所以在未来15-20年里，我们所做的是9倍?”是的，这感觉是可行的。”

简单地说，达到十亿瓦的目标将意味着让更多的机器下水，这样就可以学到更多的经验，收集更多的数据，加快技术的发展。与此同时，当技术更加成熟时，英国的潮汐能(甚至潮汐能)将得到最好的利用。

“我们知道潮汐在哪里，”克莫德说。“这不会是一个很大的惊喜。它会在怀特岛附近，在安格尔西岛附近，在彭布罗克郡附近，在西部群岛和设得兰群岛附近，在奥克尼岛附近。

“我们现在就需要开始建设这些电网连接。或者如果我们要在这个地区建立电网连接，要有足够的容量供以后使用。不要只是把它建得足够大，以适应该地区的岸上风，要考虑一下，计划和准备一下，你将如何应对稍后到来的潮汐。”

EMEC的Billia Croo基地的波浪能技术可能不能像潮汐发电机那样产生精确的涨落，但它仍然可以在未来能源结构中发挥作用，而多样性将是关键。波浪能量在很大程度上依赖于风，前者在风吹过数小时甚至数天后才到达。因此，海浪的能量模式往往与风的能量模式相呼应，与风的表亲相比，它更容易在短期内进行预测。

克莫德解释说:“海浪的可预见性比风高，当然还有潮汐，它的可预见性是绝对的。”“这种可预见性使系统规划者可以安排他们如何处理你放入的其他植物。如果你有可预见性，它就会减少你需要的存储规模。”

说到在奥克尼的本地储存，EMEC一直在寻找氢气。在撰写本文时，该中心正在等待一种新的1.8MWh钒流电池(VFB)即将交付，这将有助于缓解EMEC潮汐能的波峰和波谷。VFB由英国的英维内斯能源系统公司建造，它将使EMEC的670千瓦氢气电解槽更有效地运行，每天承受多次繁重的充放电循环，而不会像锂离子电池那样退化。

克莫德说:“我们对氢气的生产还没有足够的可靠性。“随着潮汐的变化，它的开关真的很痛苦，所以如果我们能在潮汐下降的时候让它保持运转，我们就能提高氢电厂的可靠性。”

第二套电解槽也计划在明年推出，以嵌入更强的弹性，并消除现有机器的单点故障。今后，EMEC在Scapa Flow的新深水设施将在苏格兰的海上风能扩张中发挥关键作用。这座巨大的天然海港——两次世界大战期间是皇家海军的基地——计划作为拟议中的2千兆瓦西奥克尼风电场的中转站。该项目只是更广泛的ScotWind项目的一部分，该项目将在新的一年宣布高达10吉瓦的新海上风力发电。

克莫德说:“我们相信还有进一步发展的空间，因为这只是第一批领域。”“我们可能会看到，在20、30年代甚至更久的时间里，有几千万瓦的海上风力将被释放出来，其中一些将是漂浮的。”

风能、海浪、潮汐、氢气:对克莫德来说，这都只是英国为了实现净零目标而必须追求的多样化、综合能源战略的一部分。通过利用英国数千英里海岸线所提供的巨大能源资源，英国可以同时为其他国家——尤其是其他岛屿——制定出一份蓝图。

“我们认为自己是一个航海国家，”克莫德说。“全英国都有救生艇协会。我的天哪，考文垂就有一个!”

“我们需要认识到，这是一项国家努力……我们过去向世界各地出口技术。我们现在可以做一个变化。我们可以证明我们知道如何利用海洋能源，并把它带到世界上其他国家和其他岛屿。”