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波浪和潮汐发电受到了广泛的关注，但是很多人认为这个产业还处于15年前风力发电相同的位置上—处于需要进行一系列大动作来加速产业发展的风口浪尖上。
尽管面对挑战，但是波浪和潮汐发电还是引起了业界浓厚的兴趣。这是为什么呢？答案很简单：仅在英国，根据碳信托基金（The Carbon Trust）的估计，到2050年英国的海洋能源市场将占到全球的四分之一—价值高达760亿英镑，并创造超过68,000个就业机会。根据该分析的深入调查，发现到2050年英国海洋能源总量可达到27.5万千瓦，能够满足相当于目前英国电网五分之一的电力需求。
SSE可再生能源公司（SSE Renewables）和苏格兰可再生能源公司（Scottish Power Renewables）已经签署了租赁协议进行合作开发，这将“具有高达600WM的发电潜能并正在逐步改变整个产业”。潮汐能源有限公司（Tidal Energy Ltd）最近收到了来自欧洲区域发展基金（European Regional Development Fund）640万英镑的资金，用于制造他们1.2WM的DeltaStream潮汐发电系统，并在威尔士地区进行部署。 （图片） 加拿大和美国也在利用潮汐资源方面加大了力度。美国水电项目（US Water Power Program）计划在2012年投资5000万美元，预计到2039年将实现23~38万千瓦的发电量，并得到了生产税收抵免（PTC）系统、海事部门以及流体可再生能源研发的支持。加拿大设置了世界上第一个潮汐项目的上网补贴电价（FIT）为每千瓦时0.78美元。
除了这些个别的项目，对波浪和潮汐发电的战略也发生了转变。一些强有力的措施需要建立巨大、价格昂贵的结构，而现在已经将战略重点转移到了使用更少的水下涡轮机、可以重复利用、可预测、无污染的能源。
其它的技术挑战
在此背景下，仍然有一些具体的技术挑战需要克服。
首先，在这个星球最恶劣的环境中开发和安装大型的机器。这对于那些急于发展发电技术的能源工程师们来说是一个巨大的挑战。
其次还有一个更熟悉的问题，如降低生产设备的成本，更不用说还有产量的最大化。这对公司（甚至政府）来说都是一个极大的挑战。此外，还有新一代可持续能源的利润率。最后当然还要考虑到环境的问题。
这些挑战，大致可以分成三个方面：涡轮机的设计、涡轮机的安置和额外的环境因素。
涡轮机的设计
有许多不同类型的涡轮机设计。水平轴涡轮从水的流动中提取能量，与风力涡轮发电机从空气的流动中提取能量的方式相同。它们也可以被安装在一个垂直的轴上面，采取类似的方式来提取能量。也可以安置在管道内，来汇集经过涡轮机的水流。
另外，振荡水翼使用震动手臂上的水翼。潮汐造成的水流推动两边的水翼，产生向上的力。然后可以驱动液压系统最终转换成电能。
虽然这些系统适应不同的需要，但是它们都面临着相同的问题，即恶劣的水下环境。适用于电力生产的潮汐流必须要快，并且推动叶片，支持结构、支架和传动系统的力量必须是巨大的。因此将会产生较高的损失率和较高的维护费用。
仿真模拟软件—详细的机械和应力仿真模拟分析—可以预测涡轮各部件上的物理应力，包括叶片、变速箱、传动系统和支持结构。然后可以提供其适应性作为选择比较设计的依据。
从长远来考虑，涡轮机必须能够从潮汐流中生产尽可能多的电能。流体动态仿真模拟可以从涡轮机的设计中预测电能的产量，以及涡轮机部件的压力负荷，这也正是应力仿真模拟分析所需要的。
这些仿真模拟是一项关键的技术。它们可以用来指导涡轮机各部件的优化，并评估改变设计的影响—可能从成本的增加和安装的延迟转变到大幅度提高产量及更有灵活性的设备—并帮助增加整个安装项目的投资回报率（ROI）。
涡轮机的安置
涡轮机的安置也是一个关键的因素。水的深度将影响到涡轮机设计的方方面面—虽然只是一个粗略的标准，涡轮机适用于水深约20~50米。假设有一个给定的设计，甚至一个给定的位置，那么怎样安置涡轮机才能够最好地捕获潮汐的能量，降低安装成本，以及尽量减少相互的影响呢？
围绕一个涡轮机的水流会对围绕另一个涡轮机的水流产生相互的影响—因此会潜在地限制同一个区域内涡轮机的数量和布局。此外，涡轮机的支持结构也会影响水流以及电能的产量。
仿真模拟是至关重要的，因为它并不是简单地移动涡轮机，而是选择最佳的位置。对设计本身进行机械和流体动力学（CFD）的评估，仿真模拟可以找出最具有成本效益的安装选项。
该技术可以了解涡轮机在整个安装中的相互影响，并得出一个给定的涡轮机构造或位置的产量估计值。当然，也可以对不同的构造进行比较。重要的是所有的这一切都在投入资金之前完成。
这种应力和流体动力学的组合仿真模拟意味着可以避免建造昂贵的原型，原型一般需要花费百万的资金，并需要几个月的时间进行开发和测试。这也意味着设计的优化，可以在虚拟的环境中进行测试和评估，而不需要花费大量的资金。
仿真模拟是一项关键的技术，能够在早期帮助找到这些问题的答案，并抓住行业所带来的机遇。
仿真模拟可以演示水下结构所承受压力的动态发展，并计算出给定范围内涡轮机的大致电能产量，且突出不同构造之间的相互影响。这个信息对于为波浪和潮汐发电的投资，制定一个现实的、有凝聚力的商业计划来说是非常关键的。
结合可预见的潮汐发电性质，可靠的估计意味着能源公司有一个现实的性能基线，使得他们可以主动进行管理。而风能和太阳能发电在这方面则是散乱的，潮汐发电是可靠并可重复利用的。因此涡轮机期望的投资回报率（ROI）和产量都是可以在事前确定的。
进一步来说，仿真模拟可以使得能源公司对不同涡轮机的构造和安装进行试验，以确保它们与其他公司的产品相比是具有竞争力的。
并且仿真模拟并不仅限于这些商业因素。它也有助于减少对环境的影响—对鱼类的干扰或对海床的冲刷所造成的损害。在英国这个问题比较严重，因为许多的涡轮机都部署在苏格兰地区，而捕鱼业正是当地的一个重要就业来源。
在全球的范围内，已经产生了将涡轮机安置到潮汐流中可能会对地球的温度产生不利影响的质疑。仿真模拟为这些变化提供了一个深入的了解，并可以帮助确保开发一个新的涡轮机发电场而不会破坏现有的经济和就业体系。
因此，为了实现这些目标，必须在设计和开发中进行仿真模拟，这是至关重要的。不仅能够优化涡轮机的操作，而且还能够准确地管理和优化整个安装的过程。
从对每台涡轮机以及到整个涡轮机发电厂设计的仿真模拟，可以开发出一个具有核心力和对产量的全面评估，并计算出与其它可再生能源对比的回报率。可再生能源面临越来越严格的监督，很明显使用正确的工具，潮汐发电仍然是一个不可忽视的力量。
12/17/2012
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