建立全球浮动电站网络的计划
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2021-01-12 13:32
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火星译客

许多热能被困在海洋中。前美国国家航空航天局的研究人员已经弄清楚了它如何为水上机器人产生无限的清洁能源。

去年初,就在大流行使美国的生命陷入停顿前的几周,易超和一个小组的研究人员将一根细长的金属管扔到了夏威夷海岸的太平洋上。在NASA喷气推进实验室担任海洋学家近二十年后,Chao离开了航天局,将可以利用世界海洋中无限量热能的航海发电机商业化。他的公司Seatrec坐落在他位于帕萨迪纳(Pasadena)的美国国家航空航天局(NASA)踩地的老路上,但是Chao经常前往夏威夷,在大岛周围宁静的蔚蓝的海水中测试硬件。在这次旅行中,Chao和他的团队计划将他们的发明推向前所未有的高度。

从外部看,Seatrec的海洋热能发电机看起来并不多。 SL1的高度与一个人一样高,宽6英寸,并具有光滑,几乎没有特征的黑色和灰色外观。但这才是最重要的。圆筒的底部装有特殊设计的蜡,蜡会根据温度改变其相。当SL1下降到深海的寒冷深度时,蜡会凝固。然后,当管重新表面时,相对温暖的水使其蜡状内脏液化。在从固态到液态的相变过程中,蜡的体积会增加,并会增加管内的压力,从而迫使流体通过发电机并发电。该设备需要进行的补充工作是将其倒入较冷的水中以重新固化蜡。它可以通过释放系绳或放气内部气囊来做到这一点。

在去年二月的三个星期的过程中,Chao和他的团队几次将公司的两台发电机发送到水面以下3,000英尺的潜水处,并连接到仿形浮标上。这只是第三次将SL1部署在海洋中,而潜水发电机的深度比以前的潜水要深数百英尺。然而,他们仍然设法产生足够的能量来为海洋学家部署的多种类型的研究工具提供动力。这是毫无疑问的成功。

去年在夏威夷进行的一次测试中,来自Seatrec的两台SL1发电机在轮廓浮标的侧面。

由Seatrec提供

Chao说:“我们相信它会起作用,但后来我们证明了这一点。” “展示两个SL1改变了游戏规则,因为它是100%能量中立的。本质上,我们解决了水下浮标的能量限制。”

SL1旨在连接到带有潜水传感器的潜水研究机器人上,该机器人称为轮廓浮标。这些设备可以在短途旅行中收集数据,直到表面以下一英里。当它们从深处出现时,它们会将这些信息传送到卫星。如今,作为名为Argo的国际计划的一部分,成千上万条漂浮在地球海洋中的仿形浮标。它们仍然是科学家远程研究上层海洋的最佳工具,但是它们的寿命和数据收集受到其电源的严重限制。

Argo船队中的所有浮标均由锂离子电池供电,通常只能使用大约五年或几百次潜水。他们对电池的依赖限制了他们潜水的频率;典型的浮动广告仅每10天执行一次。在电池没电后,通常会丢弃浮子,因为收集浮子的成本高于设备本身的成本。不过,花车的价格可能会和新车一样高,这使它们变得昂贵。

伍兹霍尔海洋研究所的资深科学家史蒂夫·杰恩说:“我们放进海洋的任何东西都受到电池的限制。”他与西特雷克无关。 “如果您拥有无限的可用能量,则可能每天(而不是每10天)进行一次配置。”

Seatrec的海洋发生器不会产生大量能量,每个充电周期仅用一块AA碱性电池的能量就可以充满它的能量,但这足以满足通常在轮廓浮标上发现的低功率传感器的需求。 Chao说,对于需要更多功率的应用,可以增加发生器的大小,也可以将较小的发生器简单地菊花链连接在一起。这些浮标还可以在任何海洋环境中工作,无论它们是被困在北极浮冰中还是在热带鲨鱼中潜水。使它们适应不同区域所需的全部工作是调整其蜡状肠的化学性质,以便它们在正确的温度下固化和熔化。

Chao希望Seatrec的海洋发生器能够实现由著名海洋学家Douglas Webb和Henry Stommel于1980年代首次概念化的承诺。他们设想了一个遍布全球的导弹状水下研究机器人舰队,称为Slocum滑翔机,它将以我们期望的相同灵巧性,自治性和长寿性探索海洋,美国宇航局派遣该机器人来探索其他行星。像Seatrec的SL1一样,这些滑翔机将由水下温差驱动。

伍兹霍尔海洋学研究所海洋观测计划的项目工程师Matt Palanza说,尽管Webb,Stommel及其合作者在使全球范围的Slocums生存方面取得了进展,但他们的愿景仍在进行中。 。 Palanza在海洋天文台的团队监督着世界上最大的Slocum滑翔机民用舰队(总共50架),他说,世界上没有数千人巡逻,是因为缺乏资金。他说:“技术在那里并且正在不断发展。”

Chao和Seatrec的团队认为,使用无限的清洁能源来延长车辆的使用寿命可能会大大增加海洋研究船队的规模。但是该公司并不是第一个致力于这项技术的公司。 2003年,韦伯制造了一个原型热滑翔机,该滑翔机利用温度差来控制其在海洋中的上升和下降,但仍依靠电池来生产电子设备。 2008年,由伍兹霍尔(Woods Hole)研究人员领导的团队成功地在加勒比海部署了另一架滑翔机原型机,该原型机利用海洋温度差为电动推进系统提供动力。次年,Chao和来自NASA和斯克里普斯海洋学研究所的研究人员团队推出了Solo-Trec,这是世界上第一个完全由温度差异产生的电力驱动的仿形浮标。

“我们站在这个社区的巨人的肩膀上,” Chao说。 “韦伯尽早解决了一半问题,以控制浮力,但我们希望解决整个问题并保持能量中立。我们的创新是利用机械膨胀来发电。”

Chao认为他的发电技术的研究应用仅仅是个开始。如果他有办法,Seatrec将有一天成为海上特斯拉的代名词。 Seatrec已经在研发可与任何水下滑翔机集成的SL1发电系统的改进版本,Chao表示,该公司希望在短短几个月内首次部署。他说,后来公司计划将滑翔机送往史提克太平洋,仅由西特雷克的发电机驱动,这是空前的独行旅程。

该公司还吸引了国防部门的关注。去年, Seatrec与诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)合作研究了使用Seatrec的发电机为无人水下航行器创建基于海洋的充电和数据中继站网络的可行性。 8月份,该想法获得了能源部和美国国家海洋与大气管理局的竞争性奖项,以开发新的海洋观测技术,并为进一步发展开了绿灯

Chao说,这项技术还可以帮助满足其他新兴海洋应用的需求。例如,水产养殖是一种养鱼,养蟹,紫菜和其他海洋食品的方法,以满足对海鲜日益增长的需求。但是今天,许多此类水产养殖场都由柴油发电机提供动力,这破坏了它们的可持续性。如果将这些发电机换成使用可再生能源的发电机,它可以扩大水产养殖的发展,而不会增加碳足迹,也可以降低能源成本。

利用海洋的自然温度差异来产生清洁能源是有希望的,但是西得乐在其技术被广泛用于商业用途之前还有很多工作要做。正如Jayne所指出的那样,海洋学家通常不愿采用新技术,除非对它们进行彻底的测试。科学家想要做的最后一件事就是部署一组研究工具,只是要让它们在执行任务中失败一年。但是曹超有信心海洋热能是未来。

他说:“我的愿景是海上有数百万个机器人。” “到本世纪末,我认为我们将实时获取三维海洋数据,并将为蓝色经济提供动力。”

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