2026 年 11 月 11 日
来源：爱丁堡大学
《自然》杂志最新发表的一项研究指出，采用具备弹性变形能力的叶片可显著降低潮汐能发电成本。该方案通过简化机械结构并提升设备坚固性，实现了更高效、更经济的能源获取。
研究人员表示，在强水流环境下能够改变形状的柔性叶片，其发电量可与当前最先进的设计相媲美，同时无需依赖那些难以在恶劣海洋环境中长期生存的复杂机械部件。
实验数据显示，这种叶片能够自然弯曲以释放多余载荷。团队认为，这一方法有望消除潮汐轮机中最为昂贵且故障率最高的组件。
英国计划到 2035 年实现 1 吉瓦的潮汐能装机容量，而国际预测显示，全球潮汐发电量将在 2050 年突破 300 吉瓦。
然而，高流速的潮汐通道被认为是地球上最具挑战性的机器部署环境之一。持续的水流、波浪及湍流会导致传统轮机叶片不断波动，引发材料疲劳，缩短使用寿命，并造成高昂的非计划停机损失。
自适应变形的叶片设计
为应对极端海况，目前最大的潮汐轮机通常依赖由电机、传感器和轴承组成的复杂控制系统。这些系统不仅造价高昂，且在水下维护困难，是主要的故障源头。
爱丁堡大学与米其林公司的工程师合作，设计并测试了一种新型解决方案。
受自然界启发——鱼类和树木通过弯曲来适应强水和风流——团队开发了由柔性材料制成的叶片，其内部嵌有一根从根部延伸至尖端的硬质钢梁。
当水流增强时，叶片剖面发生弯曲，自动调整形状以释放过量负载，这一过程无需链条、轴承或执行器参与。
团队在爱丁堡大学的 FloWave 海洋能源研究中心对一台直径 1.26 米（4.1 英尺）的模型轮机进行了测试。水下摄像机记录了叶片在旋转过程中的变形情况。
降低应变的同时保持输出效率
研究人员将实测数据与完整潮汐周期的模拟结果相结合，发现该柔性轮机在相同条件下产生的能量与传统刚性轮机相当。
与此同时，柔性叶片有效减少了导致疲劳损伤的快速负载波动。由于橡胶材料的密度与水相近，叶片可维持中性浮力，从而进一步抑制负载波动。
若新设计在更大规模验证中取得成功，将允许使用更轻质的叶片和支撑结构、功率更强的发电机以及更低成本的维护方案，进而整体降低潮汐电力成本。此外，这也可能使目前被认为不适合安装潮汐轮机的高能量、动荡海域成为新的开发目标。
商业化前景仍需验证
针对直径 20 米（66 英尺）轮机的计算机模拟表明，叶片在商业规模上同样具备有效性。初步计算显示，全尺寸叶片的使用寿命可能超过现有轮机常见的 20 年标准。
团队强调，该技术目前仍处于研究阶段，在潜在工业应用或商业化之前，还需进行进一步的开发与测试。
爱丁堡大学在潮汐能源领域处于领先地位，并拥有相关专利。
该研究的联合负责人、爱丁堡大学工程学院教授伊格纳齐奥·玛丽亚·维奥拉（Ignazio Maria Viola）表示：“潮汐能是我们最可预测的可再生资源之一。”
“我们的叶片可以自主完成调节工作。通过简单的弯曲动作，它们能够减轻多余负载、缓解有害波动，同时保持相同的能量产出。移除昂贵且易发生故障的部件，可使潮汐发电成为安全、净零排放能源系统中具有成本竞争力的支柱。”
第一作者、爱丁堡大学工程学院博士生张哲宏（Zhehong Zhang）指出：“核心理念在于让叶片适应流动，而非依赖复杂的机械系统来承受强烈海流。研究表明，柔性叶片能在不损害能量捕获的前提下，减少破坏性负载。”
米其林复合材料研发副总裁 Bertrand Daval 作为共同负责人补充道：“米其林的专业优势在于理解重型材料在极端负荷下的表现。这项研究展示了如何将我们在轮胎领域的知识和经验应用于解决可再生能源领域最艰难的挑战之一：开发能够承受严苛海洋条件的轮机，并有望降低成本。”
参考文献：Ignazio Maria Viola et al, Flexible blades for tidal turbines, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11278-w
