海洋工程

中国海洋能发电技术总体接近国际先进水平,在

 

开发海洋能资源,发展海洋能发电和海水淡化等综合利用,为边远海岛提供充足、稳定的能源和淡水供给,是中国海岛经济建设和开发的迫切需要。

在现阶段,我国在利用海洋可再生能源技术方面有哪些进展?与国际领先水平相比存在哪些差距?

自然资源部第一海洋研究所的刘伟民研究员等对此进行了总结,建议在研发关键获能技术的同时,开展海洋能装备共性技术的研发,以提高海洋能装置运行的可靠性和安全性。同时,积极开展海洋能绿色技术和海洋能综合利用的研究,促进海洋能关键技术的转化,推进海洋能装备的产业化进程。

海洋可再生能源通常是指海洋特有的、依附于海水的潮汐能、潮流能、波浪能、温差能和盐差能,除潮汐能和潮流能由月球和太阳引潮力的作用产生以外,其他均产生于太阳辐射。

中国拥有长达1.8万km的大陆海岸线、1.4万km的岛屿海岸线,1万多个大小不同的海岛和岛礁,海洋能开发利用意义重大。

但海洋能开发利用存在

开发难度较大、能量密度不高、稳定性较差、分布不均匀等难题

,海洋能技术研发还面临着诸多风险和不确定性。

中国海洋可再生能源发电装置技术发展现状

潮汐能开发利用与技术现状

20世纪六七十年代,中国先后建设了100多座小型潮汐电站,在多种因素影响下,目前在运行的只有浙江江厦潮汐试验电站和浙江海山电站(正在实施改造)。

江厦潮汐电站及6台机组

江厦电站采用

单库双向方式运行

(一个水库,涨潮落潮都能发电);海山潮汐电站采用

双库单向工作方式

(一个上水库和一个下水库,分别采用涨潮、落潮时发电)。发电机组型式主要采用

贯流式水轮机

,贯流式水轮机分为全贯流式和半贯流式(分为灯泡式、轴伸式和竖井式)等型式。中国潮汐能电站大多采用灯泡贯流式。

江厦潮汐电站是中国运行时间最长、装机容量最大的潮汐能电站,总装机容量4.1MW,位居世界第四。

2009~2015年,中国先后开展了多个

万千瓦级潮汐电站工程

的预可研设计,测算的平均出厂电价与其他国家潮汐能电站发电价格相当,但相较于其他可再生能源仍处于较高水平。

新型潮汐能发电技术,主要开展了

利用海湾内外潮波相位差发电

(即利用海湾内外潮波相位差进行潮汐能发电)和

动态潮汐能技术研究

(即通过建造一个垂直于海岸且长度不低于30km的“T”型水坝,干扰沿大陆架海岸平行传播的潮汐波,从而在大坝两侧引起潮汐的相位差,并产生水位差来推动坝体内的双向涡轮机进行发电)等。

潮流能开发利用与技术现状

据不完全统计,

中国现有潮流能装置39个

(32个完成了海试):100kW以下装置21个(17个装置完成了海试);100kW以上装置18个(15个装置完成海试)。

装置大部分处于

比例样机海试阶段

,存在海试运行时间短、发电效率不高、易损坏等问题,中国潮流能装置

在实海况下运行的可靠性、稳定性等相关技术有待突破

中国潮流能装置主要分为

垂直轴

(研发起步较早,但装置较少)和

水平轴

(研发起步较晚,但发展迅速)两种形式,还有部分装置对叶轮形式和形状进行了创新改造。

水平轴式机组与风机原理类似

,机组在水中必须按水流方向放置,叶片可以是固定桨距,也可以变桨,

比较适合在水深较深的海域应用

。中国目前已开发了20多个水平轴潮流能机组,最大单机装机容量650kW,最小单机容量1kW。代表世界潮流能先进水平的英国SeaGen发电装置与浙大半直驱潮流能机组的主要参数对比如下表。

垂直轴机组

是指转轴在垂向上与水流方向保持正交,或者在水平方向与水流方向保持正交,在浅水区或者狭窄且深的水道中有更大应用优势。中国目前已开发了8个垂直轴式潮流能机组,最大单机装机容量300kW,最小单机容量15kW。意大利Kobold潮流能装置与哈尔滨工程大学“海能III”号机组主要参数如下表。

2016年LHD林东模块化垂直轴设计装机容量为3.4MW,实际装机容量1MW的大型潮流能发电机组在舟山岱山正式安装下海,后经扩容现机组容量为1.7MW。