雖然潛水式水平軸風力發電機是常用的潮汐流發電方式,但旋轉機械在水下有可能會遭到破壞,有些設計者已經提出了替代方案。其中一種方案就是安裝水平的搖擺水翼。每個翼片的角度可以任意傾斜,從而抵抗洶涌的水流引起的外部壓力,翼片則被推上或推下。在擺幅最大時,葉片的傾斜度完全轉向,然后在相反的方向上達到最大擺幅。這種縱向搖擺運動通過徑向連接臂轉移到一個需要能量來激活的機械中,然后利用這種能量來驅動發電機。
由于該系統依賴于水平翼片而不是轉子,所以提高功率無需增加高度,而只需將葉片加長。因此延長是在水平方向上,而不是豎直的,因此該系統適用于較淺的水域。因而,安裝地點就可以選擇靠近海岸的區域,連接設備也就更短也更經濟。
Pulse Tidal公司提倡采用水翼,最近他們在英國Immingham郡附近安裝了一臺額定功率為100 kW的型號為Pulse Stream的潮汐流發電機原型。Pulse Tidal是由漢普郡的IT Power公司領導的一個項目,該公司申請并獲得了開展該項目的資金支持。IT Power公司海洋能部門的Jamie O-Nians說,下一階段他們將開發并在現場安裝一臺完整規模的1.2 MW的發電機,該機器將帶有兩個35米長的翼片,目前設備上安裝的是水力能啟動裝置,而不是機械啟動裝置。
翼片由項目參與者Independent復合材料有限公司和Designcraft公司制造。Designcraft公司的Nick Barlow說,Pulse Stream的葉片具有特殊的錐形輪廓,最寬處大約為1.3米,而最窄處僅為700-800毫米。
復合材料以外的其他材料很難滿足流體力學的要求。在該設備中,每個葉片都帶有一個堅固的箱式碳纖維增強環氧樹脂加強筋,用于承受主要的彎曲載荷。該加強筋粘結在以玻纖增強環氧樹脂為外殼的PVC夾心結構泡沫上。標準模量的單向碳纖維用于制造加強筋。目前為止,還一直在陽模上進行人工手糊,在將來的批量生產中,將采用更高效的纖維纏繞和樹脂灌注工藝。
另一種搖擺方案是用海浪滾筒獲取海浪能,這是芬蘭的AW能源公司特別開發的。在該設備中,大型平臺較低的邊緣與較淺海域內的海床連在一起,隨著海浪的旋流前后搖擺。這種搖擺運動被一臺能量啟動(PTO)設備轉化成可以驅動發電機的能量。帶有一定漂浮性能的復合材料是制造這種平臺的理想材料。
另一種開發這種近海能源的方法是采用水平轉子。牛津大學的研究者們提出了一種Darreius縱軸風力渦輪機的概念,并將其用于水環境中,但轉子上的葉片增多了。轉子安裝在兩個軸承上,每端各一個。用于潮汐流中的Darreius渦輪機有一個優點,即轉子永遠沿著一個方向旋轉,不論水流方向如何。
開發者之一Martin Oldfield教授強調,水平轉子的可測量性讓他們可以預測到轉子最長可達60米。三角形葉片和桁架結構的引入可以滿足長葉片所需的強度和剛度。復合材料也將成為實現這一概念的主要推動力。
“葉片將由玻纖和碳纖復合材料的混合物制成,結構可能具有一定的浮動性,便于操縱。” Oldfield說。
牛津大學的技術轉讓公司Isis Innovation正在繼續這一概念的研究。他們計劃在歐洲的海洋能源中心進行一次完整規模原型的試驗。開發者相信,1 km長的橫軸水輪機葉片組合最多能產生60 MW的能量,其制造成本比現有的潮汐能設備低60%,而維護成本低40%。
奇思妙想
在水力開發的早期,有許多奇思妙想競相爭取得到關注和開發基金的支持。復合材料在許多理念中都是潛在的材料選擇。
挪威的Tidal Sails公司使用水下“翼板”獲取水流中的能量。翼板連接在一個連續的金屬環上,金屬環橫跨一條河或流水的一段。翼板可以轉動,抵抗水流的壓力,并在金屬線上施加側壓。金屬線可以在每個翼展的末端繞著滑輪自由旋轉,因此整個系統可以不斷移動,就像個傳送機。在滑輪上獲得的能量用于驅動發電機發電。