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雖然石油經(jīng)常引發(fā)戰(zhàn)爭、沖突，催生消費(fèi)者奴役，石油燃料還會排放大量二氧化碳，但我們還是不得不說，石油對人類起著重大作用，促使人類社會飛速發(fā)展。然而，石油是不可再生資源，它的儲量是有限的，這意味著總有一天地球上的石油將會耗盡。

正因如此，為了尋找新的代替能源，人類絞盡腦汁想出各種千奇百怪的方法，如柳枝稷乙醇、生物柴油、風(fēng)能和太陽能發(fā)電。但是由于它們自身的障礙，這些方法都不能大規(guī)模投產(chǎn)。因此，研究人員仍在繼續(xù)尋找人類星球上更有效的發(fā)電方法。

有些研究人員把目光投向了夜空。結(jié)果證明，夜空中的確有一個(gè)巨大的能源體，那就是月亮，我們可以利用月球引力產(chǎn)生的潮汐發(fā)電。地球同時(shí)受太陽和月亮引力作用，雖然太陽比月亮要大得多，但是月亮離地球更近(月球距地球約24萬英里，而太陽距地球9300萬英里)。因此，月亮對地球的引力作用是太陽對地球引力的兩倍還多，由此造成的潮汐運(yùn)動(dòng)也蘊(yùn)藏著極大能量。

我們可以將地球想象成一顆膠囊，而地球上的水則是膠囊的橡膠殼。當(dāng)月球引力橫向拽拉橡膠殼時(shí)，橡膠殼的側(cè)邊膨脹，這里就會漲潮。而此時(shí)橡膠殼的頂部和底部變的很薄，這里就會出現(xiàn)落潮，反之亦然。月球的引力是恒定的，地球的周期性自轉(zhuǎn)引起了地球上不同位置的周期性漲潮和退潮。因?yàn)檫@種潮汐是規(guī)律性的，所以很多地方的人們已經(jīng)開始利用潮汐動(dòng)力發(fā)電。

1.水下渦輪發(fā)電

月球?qū)λ囊υ斐闪顺毕瑫r(shí)也賦予潮水巨大的動(dòng)能。一切運(yùn)動(dòng)的物體都有動(dòng)能，比如風(fēng)或一個(gè)滾下山的球都具有動(dòng)能。人類已經(jīng)可以通過風(fēng)車捕捉風(fēng)的動(dòng)能，根據(jù)這個(gè)原理，現(xiàn)在研究人員也正在嘗試用類似風(fēng)車的裝置捕捉潮水的動(dòng)能，這個(gè)裝置就是水下渦輪機(jī)。

比起一些高端技術(shù)，水下(或潮汐)渦輪機(jī)的原理比較簡單，實(shí)際上就是安裝在海底或河床上的風(fēng)車，它的葉輪設(shè)計(jì)就像飛機(jī)螺旋槳一樣。渦輪機(jī)的后面連接著齒輪箱，齒輪箱連接著發(fā)電機(jī)。當(dāng)潮汐的力量帶動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)也帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，隨之帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能會通過海底電纜傳送到岸邊，然后匯入電網(wǎng)，送入千家萬戶。

雖然水底渦輪機(jī)和風(fēng)車本質(zhì)上是一樣的，但是相比風(fēng)車，水底渦輪機(jī)還有一些優(yōu)勢。首先，水底渦輪機(jī)不需要占用地面空間，而風(fēng)車農(nóng)場需要占用大量的土地。未來，土地利用問題將會是一個(gè)熱點(diǎn)話題，對于一個(gè)有6億人的地球來說，地面空間尤為寶貴，我們需要將有限的地面空間用來建造住房，種植農(nóng)作物和進(jìn)行其它生產(chǎn)等。水底渦輪機(jī)將空間問題化解于無形。

水底渦輪機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)來自于水的高密度。水的密度比空氣的密度大，這意味著在同樣轉(zhuǎn)速，同樣的受力面積時(shí)，水底渦輪機(jī)生產(chǎn)的電能要比風(fēng)車多。更重要的是，在給定區(qū)域中吹過的風(fēng)量是不可預(yù)知的，而在給定區(qū)域中的潮汐的動(dòng)能卻是可以預(yù)知的。潮起潮落有規(guī)律可循，因此，在特定的潮汐地區(qū)，每個(gè)渦輪機(jī)能夠生產(chǎn)的電量可以準(zhǔn)確計(jì)算。

科學(xué)家一直在測量一個(gè)月周期中潮汐池的能量變化。其中最重要的測量值有兩個(gè)，一個(gè)是平均峰值速度，另一個(gè)是平均谷值速度[來源：Carbon Trust]。這兩個(gè)測量值有助于估算一個(gè)月內(nèi)潮水可能出現(xiàn)的最大速度和最小速度。

除了地球引力之外，還有一些其它的因素會影響水流速度。例如，周邊地形是巖石地貌還是泥沙地貌決定了水流的運(yùn)動(dòng)方式。另外，潮汐區(qū)域的寬度也會影響水流速度，狹窄地帶的水流速度更快一些。[NextPage]

在計(jì)算水流速度時(shí)，潮水運(yùn)動(dòng)和水體特質(zhì)等因素都可以在紙面體現(xiàn)出來，而渦輪機(jī)本身對水流的影響卻只能在進(jìn)行了實(shí)際測量后才能知道。

2.安裝潮汐渦輪機(jī)之前是否需要測試？

水利研究人員們非常了解潮汐地帶的水流運(yùn)動(dòng)，但是仍有很多未知因素。因此，一些研究人員認(rèn)為人類不應(yīng)該過早地把渦輪機(jī)投入水下，而應(yīng)該首先充分地研究渦輪機(jī)可能產(chǎn)生的影響。當(dāng)大量的渦輪機(jī)集中投入到一個(gè)潮汐區(qū)域后，會產(chǎn)生什么影響呢？我們知道，能量不能創(chuàng)造也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另外一種可以被我們利用的形式，例如從動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能。但是，水流動(dòng)能也許還以某種我們并不是十分了解的方式影響著水底生態(tài)環(huán)境。

很多人擔(dān)心過早把渦輪機(jī)投入水下的一個(gè)原因是，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)在是太吸引人了。水底渦輪機(jī)不會排放二氧化碳，而且相對于其它發(fā)電方法來說，還是良性的：渦輪機(jī)的能源生產(chǎn)是被動(dòng)的，只是捕捉一些潮汐運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能。

水底渦輪機(jī)對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響幾乎無從考證，不過一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉片很可能將小魚卷進(jìn)來。不過，令愛魚人士感到寬慰的是，潮汐渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很慢，大概每分鐘10到20轉(zhuǎn)。一秒鐘只移動(dòng)幾英尺的渦輪機(jī)的確不會對魚造成多大的威脅，但是如果下一代渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速加快了呢？

當(dāng)然，渦輪機(jī)與水底生態(tài)環(huán)境的作用是相互的，我們還要考慮水底環(huán)境會對渦輪機(jī)產(chǎn)生什么影響。例如，像藤壺一樣的甲殼動(dòng)物會不會附著在渦輪機(jī)的葉片和發(fā)動(dòng)機(jī)上，使它們轉(zhuǎn)速減慢甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)？

為了搞清楚這些問題，世界上很多地方都建立了水下渦輪試點(diǎn)項(xiàng)目。第一個(gè)投入生產(chǎn)的潮汐渦輪機(jī)位于挪威克瓦爾松（Kvalsund）海峽底部。這個(gè)渦輪機(jī)高20米，葉片長10米，速率是每分鐘7轉(zhuǎn)。2003年9月，該渦輪發(fā)電機(jī)接入當(dāng)?shù)匾粋€(gè)村莊——哈默菲斯特的電網(wǎng)，每年能發(fā)電70萬度，相當(dāng)于該地35戶人家的年用電量。

另外一個(gè)小組則正在評估渦輪機(jī)對水底生物的影響。美國弗敦電力公司在水底安裝了5個(gè)35千瓦的渦輪機(jī)，并安裝了專門裝備以監(jiān)測周圍的海洋生物。這些設(shè)備會檢測、跟蹤并記錄距離渦輪機(jī)54英尺（18米)以內(nèi)魚兒們的情況。到目前為止，還沒有魚被卷入渦輪機(jī)。

弗敦電力公司還參與了紐約東河的一個(gè)項(xiàng)目。他們在水流速度為4海里/小時(shí)(大約46英里每小時(shí))的河底安裝了6個(gè)35千瓦的潮汐渦輪機(jī)，這六個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)目前為周圍的雜貨店和停車場供電。弗敦公司還打算在河底安裝更多的渦輪機(jī)，計(jì)劃能夠?yàn)?000戶家庭供電。

英國也在研究水下渦輪發(fā)電。英國海洋電力公司已經(jīng)在水里安裝了兩個(gè)大型的渦輪機(jī)，它們的每個(gè)葉片長18米，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生一百二十萬瓦功率的電能。這兩個(gè)渦輪機(jī)產(chǎn)生的電流都匯入到距愛爾蘭海岸線不遠(yuǎn)處的矗立于北海底部的一根電線桿上。