科学家研究了苏格兰的O2潮汐涡轮机，揭示了潮汐流和环境因素如何影响其性能和位置。他们的研究结果强调了需要进行特定地点的评估，并指出了潮汐能的可靠性，尽管在扩大规模和在湍急水域中运营方面存在挑战。

在未来几十年中，英国海岸线附近的潮汐能和其他海上可再生能源设施的数量预计将大幅增加。

然而，在海洋环境通常较为恶劣的条件下部署前沿技术，可能会给潮汐能行业带来一些挑战，尤其是环境影响的不确定性。

为了解决这个问题，科学家团队将无人机技术和基于船只的调查相结合，对世界上最强大的潮汐涡轮机——位于苏格兰奥克尼群岛中心的Orbital Marine Power的O2所遇到的复杂潮汐流进行了测绘。

与传统的潮汐流涡轮机不同，O2漂浮在海面上，通过系泊缆绳固定在海底。该平台长70多米，与欧洲海洋能中心（EMEC）的电网相连，据估计每年可为2000户英国家庭供电。

潮汐流和涡轮机位置的影响

该研究强调了流速超过8节的潮汐流变化如何影响该装置及其性能，但也研究了O2尾流如何影响其他涡轮机的布置以及海洋栖息地。

通过这种方式，科学家们为潮汐流涡轮机的最佳位置提供了新的见解，同时强调了在潜在涡轮机位置进行特定地点评估的重要性，以帮助缩小现实世界测量与计算机模拟之间的差距。

他们还希望他们的方法可以用来解决与自然环境和海洋栖息地相互作用相关的不确定性。

第一作者之前的一项研究发现，涡轮机尾流为附近的海鸟繁殖创造了一个可预测的觅食热点，但如果涡轮机阵列过于密集，可能会限制某些海洋生物的移动。

除了海鸟外，作者们在无人机调查中，还遇到了逆戟鲸从涡轮机旁游过，这显示了解决这一问题的重要性。

合作与技术进步

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，由海洋生物协会 (MBA)、普利茅斯大学和高地与群岛大学 (UHI) 设得兰分校的研究人员开展。

普利茅斯大学商学院研究员利莲·利伯博士是这项研究的主要作者。她说:“在世界最强大的潮汐流之一中进行海洋调查，那里的水流速度可能超过8节，既令人兴奋又充满挑战。然而，在这些湍急的环境中收集数据，对于解决潮汐能行业目前面临的一些复杂问题至关重要。在岛屿环绕的狭窄水道中优化这些涡轮机的位置是一项复杂的工作，但我们新颖的方法为这些湍流和尾流特征提供了有力的见解。”

潮汐能被视为更为可靠的清洁能源之一，因为潮汐不像风和海浪那样，既规律又可预测。

这些涡轮机被设计用于利用近海面的潮汐能，在水下工作的它们与风车类似，能将流动水的动能转化为电能。但水的密度是空气的800多倍，因此它们产生的能量比相同尺寸的风力涡轮机要多。

未来潜力和行业挑战

未来，英国各地预计将建设更多的潮汐能发电站。参与当前研究的人员之前的研究表明，潮汐流能源可以满足英国年度电力需求的 11%。

苏格兰高地与群岛大学（UHI Shetland）的高级科学家及渔业负责人肖恩·弗雷泽补充道：“本研究展示了将科学专业知识和新技术结合起来的益处，从而能够在对动态潮汐环境的理解方面取得显著进展。随着高地和群岛地区海洋可再生能源基础设施的进一步发展，这项工作比以往任何时候都更加符合当地产业和社区的需求。”

尽管潮汐能很有前景，但该行业仍面临诸多重大挑战，包括扩大技术规模的成本、电网连接能力以及确保涡轮机在极端湍急水流中持续运行的问题。

这项新研究旨在通过推进必要的现场测量技术来解决其中的一些挑战，从而为潮汐技术的长期可靠性和可持续发展提供信息。

普利茅斯大学海洋科学与技术教授、该研究的资深作者亚历克斯·尼莫-史密斯表示：“无论是塞尔提克海的漂浮式海上风力发电场，还是苏格兰海岸的潮汐涡轮机，在接下来的几十年里，我们会在英国海岸线周围看到越来越多的海上可再生能源平台被安装。然而，英国周围水域的自然条件极为多样和复杂，这是无法在受控实验室实验或计算机模拟中完全复制的。本研究展示了一种成本效益高的应对方法，如果我们想从清洁能源革命中获得最大利益，那么评估现实世界的环境条件将是至关重要的。”

参考文献：“闲置漂浮潮汐涡轮机的剪切湍流和尾流动力学”，作者：Lilian Lieber、Shaun Fraser、Daniel Coles 和 W. Alex M. Nimmo-Smith，2024 年 9 月 20 日，《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-024-52578-x

这项研究由英国工程和物理科学研究委员会资助。