澳德研究團隊開發新方法 可將 90%海浪能量轉化為電力

一組來自澳大利亞及德國的研究者開發了一種新方法，該方法能使高達 90% 的進來波浪所攜帶的能量轉換為電力。該項目由德國奧格斯堡大學與澳大利亞阿德萊德大學及墨爾本大學共同進行。研究團隊發現，根據波浪的特性調整每個浮標，可以幫助大型波浪發電場更有效地捕獲能量。研究團隊的模擬基於擁有 50 或 100 個浮標的大型發電場。他們相信，這種方法能在波浪頻率和方向變化時保持高效率的輸出。

奧格斯堡大學數學研究所的博士 Malte Peter 表示：「例如，可以利用固定在海牀上的特殊浮標。這些浮標會隨著波浪上升，然後在波谷中下沉。這種不斷的上下運動驅動一種發電機，產生電力。」根據研究者的說法，某些浮標的大小可達小型房屋，並能產生足夠的能量供應數百戶家庭。然而，將許多浮標連接成單一發電場會改變波浪在整個陣列中的運動。當波浪穿過發電場時，浮標會通過散射和遮擋等效應改變波浪的形狀，因此，位於發電場前端的浮標可能會經歷與後方浮標完全不同的波浪。

浮標的運作原理

彼得強調：「這是一個問題。浮標有一個理想的上下運動節奏，我們稱之為其共振頻率。」現代波浪能量浮標允許在某些範圍內調整這一共振頻率。此外，由浮標驅動的發電機的阻力也可以進行調整。在這項研究中，研究者對每個浮標的這兩個參數進行了優化，這些浮標在一個包含 50 或 100 個浮標的棋盤式排列的發電場中運作。他們還考慮了每個裝置的位置及其與周圍波浪的互動。

模擬結果顯示，這一策略在意外廣泛的波浪頻率範圍內均有效。此外，無論波浪快速還是緩慢到達，系統的性能都相似。進來波浪方向的變化影響也很小。此外，大約 90% 的進來波浪所含能量最終可以轉換為電力。彼得在一份新聞稿中表示：「我們找到了一種策略，能在驚人的廣泛波浪頻率範圍內實現極高的產量。」

波浪對發電場的影響

研究還顯示了波浪本身的影響。根據團隊的說法，波浪在穿過能量收集浮標的行列時逐漸變小。當波浪離開發電場時，水面上只剩下輕微的運動。這種方法可以在未對現有技術進行重大改變的情況下提升未來的波浪發電產量。然而，儘管海洋波浪所含的能量是免費的，建造、安裝和維護收集這種能量所需的設備依然昂貴。根據團隊的說法，大型波浪發電場是否能與已建立的風能和太陽能競爭，將取決於技術發展和成本。

彼得總結道：「我們找到了一種策略，能在驚人的廣泛波浪頻率範圍內實現極高的產量。」該研究已發表於《流體力學期刊》。

波浪發電技術的挑戰與潛力

這項研究顯示了波浪能量轉化為電力的高效潛力，尤其在波浪頻率和方向變化時仍能保持高效能。然而，雖然海洋波浪能量是免費的，相關設備的建造、安裝及維護成本仍然是一大挑戰。未來波浪發電能否與風能和太陽能競爭，將取決於技術的進一步發展及成本的降低。這項技術的成功實施可能對可再生能源的多樣化及可持續發展有重要影響。