和风能、太阳能等可再生能源相比，对海洋能的开发一直充满坎坷。
然而浩瀚的海洋中蕴藏着取之不尽的能量，迟早有一天，海洋将成为人类新的能源宝库
理论上，海洋完全可以满足地球上所有的能源需求，并且不会对大气造成任何污染。而且与风能或太阳能相比，海洋能是更为可靠的能量来源。此外，它还拥有地理分布上的优势——全球约44%的人口都居住在距海岸线150千米的范围内。
十年前，部分国家就开始用类似大坝的大型结构物挡在入海口处，从潮汐流中获取海洋能，而新的解决方案侵害性更低。尽管目前还在调查海洋可能对环境产生的潜在影响，但很多研究人员都认为，大海可以成为比风力更温和的能量来源。
潮汐能：最大的挑战是资金
洋流涡轮公司的装置采用的是业界最先进的设计 《环球科学》/供图
在英国贝尔法斯特东南部一个小小的入海口，约3.5亿立方米的潮水，通过一条狭长的海峡，以每天2次的频率，流入斯特兰福德湾，之后又退回海中。每一次旅程中，潮水都会流经一对16米长的螺旋桨——它们被安装在一座固定于海床上的塔上。水流产生的驱动力，相当于时速555千米的飓风，推动螺旋桨以每分钟最快15圈的速度转动，产生1.2兆瓦的电能。
除了传统的螺旋桨外，从事潮汐能发电的公司还尝试过一些别出心裁的方案，如螺旋钻、水翼船和水下风筝等。不过，斯特兰福德湾中所用的装置，采用的是业界最先进的设计。这套装置来自英国布里斯托的洋流涡轮公司(Marine Current Turbines)，该公司称，目前业内90%以上的发电量都来自这种设计。
这项成果引起了西门子公司(Siemens)的兴趣，并在2012年收购了这家公司。洋流涡轮公司目前正准备在威尔士沿岸部署第一组发电阵列——由5台2兆瓦发电机组成，每台成本为900万英镑左右(约合1500万美元)，预计完工时间为2016年。公司总裁凯˙克尔梅 (Kai K.lmel)表示，除加大机器的尺寸外，还增加了第三枚叶片，用来减震和延长使用寿命。不过他提醒道，设计上的改进不可能一蹴而就。“有些风险投资家会感到失望，但这的确不是一个适合赚快钱的行业。”他说，“不过，风电行业刚起步时的发展速度也不快。”
美国海洋可再生能源公司(Ocean Renewable Power Company)的总部位于缅因州波特兰市，董事长克里斯托弗˙索尔(Christopher Sauer)表示，即使有西门子这样的大公司参与，海洋能行业面临的最大挑战依然是如何募集到工程开发和建造原型设备所需的资金。索尔的公司已经开发出一部十分独特的装置，并在缅因州近海进行了临时性部署。这种装置看上去有点像联合收割机上的旋转叶片。该公司目前正在开发第二代的设备，最早在2015年就可完成部署。“我们会充分利用手头所有资金，尽量做到最好。”他说。
波浪能：2018年将出现第一个商业项目
波浪蕴藏着广袤的力量，但要开发出能够可靠获取波浪能并能承受环境持续考验的设备，就完全是另一种挑战了。多家公司先后探索过各式各样的设计，既有来回摆动的活板，也有将船体的摇摆转化成圆周运动，进而驱动船载发电机的陀螺装置。这些设计各有所长，但是卡内基波浪能源公司在澳大利亚部署的那些逐波而动的浮标，背后的设计理念却是要避开海面上汹涌的波浪。沉入水下的设计方案拥有一些额外的优势，能让装置不阻碍人们的视线，避免引发美观方面的争议——风电场就曾遭遇过这样的问题。
随着浮标在波浪中起起伏伏，海床上的液压泵会使流体在一个闭环中循环流动，这个闭环全长约3千米，一直延伸到海岸上的发电设施中(见图示“水上工程”)该系统的操作原理类似于风笛，先积蓄压力，再逐渐释放出来，从而产生恒定的电流。这三只浮标各能发出多达240千瓦的电力。
“这显然不是一个商用项目，不过目前全球还没有一座商用的波浪能设施。”卡内基波浪能源公司的首席运营官格雷格˙艾伦(Greg Allen)说。尽管如此，该项目取得的进步依然是显著的，现在这套设备的发电量，已经是2011年在同一海域接受测试的那套设备的4倍多。艾伦说，第一个商用项目可能会在2018年出现。
英国爱丁堡的海蛇波浪电力公司(Pelamis Wave Power)，则选择了另一条解决途径。该公司将5个漂浮在海面上的浮标连成一组，在海浪的推动下像蛇一样扭动。这条“海蛇”的每一段都能单独移动，而连接处的液压泵则利用这种位移，将流体泵入浮标搭载的发电机中。该公司目前正在奥克尼群岛的试验基地内测试两套发电量各达750千瓦的装置。对其中一套装置的测试，是与苏格兰电力可再生能源公司(Scottish Power Renewables)携手进行的。
这家公司通过采用新部件，已经成功地减少了液压系统的内部磨损，他们还在开发相应的算法，以便对这套装置中的16台液压泵进行独立调节，以确保整套设备可以在随海浪波动的过程中发出最大的电量。
就在去年，德国能源公司意昂集团(E.ON)花费3年，完成了另外一套装置的测试后，便退出了合作，这让海蛇公司倍感艰难。不过，海蛇公司创始人兼董事长理查德˙耶姆(Rid Yemm)依然保持乐观态度，并表示这套装置如今仍在正常工作。但他也承认，公司需要加强与工业能源领域的合作，“我们需要大型工业技术，而这些技术只有大公司才拥有”。
波浪能尚未引发较多商业关注的一大原因在于目前尚未成功打造出成熟产品能夜以继日地承受海洋的恶劣环境。
未来的能源
海洋能产业还面对着审慎的监管者，后者对风力发电机导致鸟类死亡所引发的相关争议尤记在心。在获得批准开始测试之前，洋流涡轮公司必须在涡轮机的顶部部署观察人员，如果有人或动物靠近(不过实际上并没有发生这种情况)，观察人员就会按下紧急制动钮。
美国缅因大学的鱼类学家盖尔˙扎德莱夫斯基(Gayle Zydlewski)表示，对于缅因州海域中，那些潮汐能发电装置对附近鱼类有何影响，她只能获取到非常有限的数据。她的研究团队仍在收集相关的基线数据，目标是改进现有的模型，并且弄清楚需要进行多少实地考察才能确定这种装置的潜在影响。
有些科学家在实验室中忙碌。美国能源部的生物学家曾经尝试，让一些鱼类从涡轮中穿过，或暴露在与输电电缆周围相似的电磁场中。结果表明，这两种情况似乎都没有给鱼类带来什么永久性的伤害。
开发人员、研究人员和环保人士都同意一点：若要充分了解海洋能发电的经济意义和环境影响，就需要部署更多的发电装置。麦克龙表示，在彭博新能源财经的下一期评估中，对波浪能发电的预期可能会有所下调，原因在于业界关注度的下降和一些项目被取消。但他也相信，无论是波浪能，还是潮汐能，都终将走向成熟。
对于海洋能来说，当前的热门地点之一便是加拿大的芬迪湾，这里很快将启动3个项目，其中包括欧鹏海德洛集团将要在此部署的2套4兆瓦发电装置。到2015年，将可满足1000个家庭的用电需求。如果进展顺利，该集团有意将这组设备阵列扩充到300兆瓦的规模。虽然这只相当于一座小型燃煤发电厂的发电量，但对海洋能发电来说，却是一步重大的跨越。“海洋能领域最终必将展翅腾飞。”彭博新能源财经主编安格斯˙麦克龙(Angus McCrone)说，“海洋中蕴藏着大量的能源。”
(本文作者：杰夫˙托尔夫森(Jeff Tollefson)为《自然》杂志撰写能源及环境领域的相关报道。翻译：薄绵。文字及图片均由《科学美国人》中文版授权刊登)
原标题：蓝色能源的商业未来
