海浪能和潮汐能――復(fù)合材料的新興市場(chǎng)

    據(jù)Tidal Sails的技術(shù)總監(jiān)Terje Onerheim介紹，小規(guī)模原型上的翼板將采用GRP夾心結(jié)構(gòu)。“翼板尺寸將與水流的速度成正比。”他說(shuō)，“翼板大致是正方形的，在完整尺寸的設(shè)備中面積可達(dá)20 m2。由于翼板有很多個(gè)，其總的有效面積非常大。”
    英國(guó)劍橋的Lola復(fù)合材料公司與威爾士的Tidal Energy公司有合作，他們的設(shè)想是在海床上的三角形框架頂點(diǎn)上安裝三臺(tái)水平軸潮汐渦輪機(jī)，利用其自身的重量保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。這些發(fā)電機(jī)繞著樞軸旋轉(zhuǎn)，各自與水流方向保持一致，因此當(dāng)潮汐轉(zhuǎn)向時(shí)，葉片的斜度不必反轉(zhuǎn)。整個(gè)設(shè)備可以從海底提起放到岸上進(jìn)行維修。
    幾個(gè)推薦場(chǎng)所上的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是依靠隨海浪上下運(yùn)動(dòng)的浮標(biāo)來(lái)發(fā)電的，這種縱向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)內(nèi)部的振蕩水柱轉(zhuǎn)化成電能。在另一種類型的發(fā)電機(jī)中，能量來(lái)自于相鄰的浮動(dòng)元件的差動(dòng)，這些元件通過(guò)帶有能量啟動(dòng)系統(tǒng)的接頭相連接。
    在浮動(dòng)性能方面，復(fù)合材料本身比金屬具有優(yōu)勢(shì)。利用葉片、半球形浮臺(tái)或浮標(biāo)獲取海浪能的設(shè)備就利用了這一優(yōu)點(diǎn)。
    AWS海洋能公司的“阿基米德Wave Swing”系統(tǒng)使用Kevlar/橡膠復(fù)合材料，制成了一種潛水型的類似浮標(biāo)的元件。在海洋表面上，當(dāng)元件上方的海浪流動(dòng)時(shí)，其體積就會(huì)隨著壓力的變化而變化，從而上下浮動(dòng)。這種縱向的運(yùn)動(dòng)即被轉(zhuǎn)化成電能。
    立式轉(zhuǎn)子系統(tǒng)現(xiàn)在有了一些新的進(jìn)展。荷蘭EcoFys公司的Wave Rotor會(huì)隨著海浪引起的水的縱向運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。英國(guó)康沃爾郡的Freeflow 69公司說(shuō)，他們的Osprey立式渦輪潮汐流發(fā)電機(jī)可以獲取水平的水流能量，其轉(zhuǎn)子永遠(yuǎn)沿著相同的方向旋轉(zhuǎn)，無(wú)論潮汐流方向如何。管道式轉(zhuǎn)子是另一種新型系統(tǒng)，利用文丘里效應(yīng)提高能量獲取效率。復(fù)合材料在這種管道中將有所應(yīng)用。
    挪威Wave Energy公司的媒體關(guān)系經(jīng)理Monika Bakke說(shuō)，他們正考慮將增強(qiáng)塑料用于那些常會(huì)受到海水和水中顆粒侵蝕的轉(zhuǎn)動(dòng)部件中，例如閥門部件和該公司活動(dòng)擋水板中能量獲取元件的轉(zhuǎn)子。
    FO3海浪能轉(zhuǎn)換器是一個(gè)漂浮的平臺(tái)，裝備有立式振動(dòng)點(diǎn)吸收器。復(fù)合材料浮動(dòng)吸收器安裝在平臺(tái)下面，隨著波浪的流動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)，從而將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。總部位于比利時(shí)的3B玻纖公司將為浮動(dòng)吸收器提供特殊的玻纖產(chǎn)品。高性能的材料將提供必要的耐久性和力學(xué)性能，以應(yīng)對(duì)惡劣的海洋環(huán)境。
    FO3的開發(fā)團(tuán)隊(duì)包括 ：設(shè)備所有者和運(yùn)營(yíng)商挪威奧斯陸的Fred Olsen公司、部件制造商比利時(shí)的Spiromatic公司、Ghent大學(xué)負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)和材料的測(cè)試。該項(xiàng)目是由歐盟支持的“可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)高效海浪能轉(zhuǎn)換器（SEEWEC）”項(xiàng)目的一部分，也是英國(guó)Wave Hub項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目將對(duì)2010年開始商業(yè)化運(yùn)行的海浪場(chǎng)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。復(fù)合材料憑借高強(qiáng)度及其在海水中的耐腐蝕性和耐久性被選作浮動(dòng)吸收器的制造材料。3B公司的AdvantexTM玻纖和HiPer-texTM高性能玻纖將用于框架的制造。據(jù)3B公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Philippe Nellissen介紹，兩種產(chǎn)品都符合性能要求，但目前還不確定最終將選用哪一種或兩者的組合。Advantex是一種耐腐蝕的E玻纖，耐腐蝕性和其他性能均高于標(biāo)準(zhǔn)玻纖。高品質(zhì)的HiPer-tex產(chǎn)品比E玻纖的強(qiáng)度高30%，硬度高17%，耐疲勞性高10倍，耐高溫性和耐腐蝕性也較高，線性熱膨脹系數(shù)則低30%。
    Nellisse預(yù)測(cè)，GRP將在未來(lái)的海浪能和潮汐能捕集設(shè)備中扮演重要角色。
    “我相信復(fù)合材料在海洋環(huán)境中具有巨大的優(yōu)勢(shì)，玻纖將成為主要的增強(qiáng)材料。”他說(shuō)，“即使在某些需要碳纖增加強(qiáng)度或剛度的部件中，也需要覆蓋一層玻纖來(lái)抵抗腐蝕。”