中國儲能網訊:海洋中蘊藏著豐富的資源,海洋能具有開發潛力大、可持續利用、綠色清潔、開發難度較大、能量密度不高等特點。我國擁有長達1.8萬千米的大陸海岸線和1.4萬千米的島嶼海岸線,1萬多個大大小小的海島和島礁。開發海洋能資源,發展海洋能發電,為邊遠海島提供充足、穩定的能源具有重要意義。
什麼是海洋能發電?
地球上的海洋面積佔地球總面積約71%,海洋是個巨大的蓄能庫,蘊藏著豐富的資源與能量。海洋能包括潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能和鹽差能,除潮汐能和潮流能是由月球和太陽引潮力的作用產生外,其他種類的海洋能均由太陽輻射產生。
海洋能具有開發潛力大、可持續利用、綠色清潔等優勢。但是,海洋能利用存在開發難度較大、能量密度不高、穩定性較差、分布不均勻等不足。國際上非常重視海洋能的開發利用,將其作為戰略性資源開展技術儲備,但國際海洋能技術研發還面臨著很多風險和不確定性。
潮汐能發電技術一般是通過建築攔潮壩,利用潮水漲落形成的水位差,使具有一定水頭的潮水流過安裝在壩體內的水輪機、帶動發電機發電的技術,原理與水力發電相似。
潮流能的發電原理和風力發電類似,英國是目前世界上潮流能發電技術最先進的國家。
波浪能既不穩定,也無規律。波浪發電是波浪能利用的主要方式,此外,波浪能還可用於抽水、供熱、海水淡化及制氫。目前,全球有16個國家在進行波浪能發電研究,英國、美國、澳大利亞、丹麥和西班牙等國家的波浪能開發技術和應用規模居世界領先地位。
溫差能是海洋表層溫海水與深層冷海水之間的溫差所儲存的熱能。溫差晝夜波動小,比較穩定,可開發量大,可用來發電。除海洋溫差發電外,溫差能還可以用來獲得淡水和深層海水。
鹽差能是海水與淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能,主要存在於河海交界處。鹽差能資源豐富穩定,主要利用方式是鹽度差發電。
目前,國際潮汐能技術已達到商業化運行階段,潮流能技術已進入全比例樣機實海況測試階段,波浪能技術已進入工程樣機實海況測試階段,溫差能技術已進入比例樣機實海況測試階段,鹽差能技術處於實驗室驗證階段。同時,為了充分高效地獲取海洋可再生能源,各種新技術也在不斷湧現。
海洋可再生能源發展趨勢包括:更大規模的環境友好型潮汐能技術成為新的技術研究方向;大型潮流能機組與小型潮流能機組並重,漂浮式技術成為未來發展方向之一;波浪能發電裝置穩定性和生存性穩步提高,探索裝置陣列化應用,布放海域由近岸向深遠海發展;海洋溫差能混合工質高效熱力循環的使用和海水淡化、空調製冷的綜合利用;低成本專用膜的規模化生產是鹽差能技術發展的重點。
中國海洋能發電
我國《海洋可再生能源發展「十三五」規劃》提出,要著力推進海洋能工程化應用,夯實海洋能發展基礎,實現海洋能裝備從「能發電」向「穩定發電」轉變。
目前,中國潮汐能技術與國際先進水平差距不大。國家海洋管理局曾對適宜建設潮汐能電站的壩址進行勘察和統計,全國可開發潮汐能發電最佳壩址有424處,而這些最佳壩址的80%以上是在浙江省、福建省的沿海及島嶼海域中。
新中國成立以來,中國先後建設了100多座小型潮汐電站。後來,由於電站技術水平、地方規劃、運營管理等多種因素,目前在運的潮汐電站只有浙江江廈潮汐試驗電站。江廈潮汐試驗電站裝機容量位居世界第四位。2010年以來,中國先後完成了健跳港、乳山口、八尺門、馬鑾灣、甌飛等多個萬千瓦級潮汐電站工程預可研。
自2017年5月以來,我國在潮流能技術進展方面,共驗收6個潮流能項目,新支持3個潮流能項目,總體技術接近國際先進水平,已成為世界上為數不多的掌握規模化潮流能開發利用技術的國家。在波浪能技術進展方面,共驗收6個波浪能項目,新支持4個波浪能項目,基本接近國際先進水平,並研發了小功率發電裝置,約30臺裝置完成了海試。共驗收2個溫差能項目、1個鹽差能項目。
中國潮流能開發利用技術研究開始於20世紀80年代,近年來,在國家相關科技計劃和專項資金等的支持下,中國潮流能技術得到快速發展。我國的潮流能開發和利用的最佳海域以浙江和福建為主,尤其是浙江省的舟山市擁有大小1339個島嶼,加之地處長江和錢塘江的入海口,是我國潮流能擁有量最大的海域片區。
2014年,LHD海洋潮流能發電項目開始施工,2016年7月,該項目首期1兆瓦機組(由2臺300千瓦和2臺200千瓦機組組成)在舟山順利下海發電。2017年,浙江大學完成了650千瓦潮流能機組試運行,目前,裝置大部分處於比例樣機海試階段。
中國科學院廣州能源所研製了漂浮式波浪能發電裝置——鷹式波浪能裝置,容量為10千瓦。2012年12月,裝置進行了一年半的海試。運行期間,裝置單次無故障連續運行超過6個月。在該技術基礎上,2014年工作人員開始研製100千瓦鷹式波浪能發電裝置工程樣機,截至2015年12月,裝置(萬山號)已完成布放,正在進行海試並成功發電。
中國溫差能發電技術研究起步較晚,裝置的裝機容量較小;鹽差能利用技術還處於原理研究階段,
截至2018年年底,我國海洋能電站總裝機達7.4兆瓦,累計發電量超過2.34億千瓦時;潮汐能電站裝機4.35兆瓦,累計發電量超過2.32億千瓦時;潮流能電站總裝機2.86兆瓦,累計發電量超過350萬千瓦時;波浪能電站總裝機0.2兆瓦,累計發電量超過15萬千瓦時。
LHD海洋潮流能發電
2014年5月,LHD海洋潮流能發電項目在浙江岱山縣秀山島的東南海域開始施工。2016年7月27日,該項目首期1兆瓦機組(由2臺300千瓦和2臺200千瓦機組組成)在舟山順利下海發電,8月成功併入國家電網。2017年5月25日開始,該1兆瓦機組實現全天候發電併網運行。截至2018年年底,該項目第二代、第三代機組相繼順利下海發電。截至2019年7月20日,LHD海洋潮流能發電項目累計上網電量為995720千瓦時。
截至2019年8月26日,LHD海洋潮流能發電機組實現連續發電併網運行27個月,穩定運行時間打破世界紀錄。在此前,世界上最先進的潮流能機組由GE、勞斯萊斯、阿爾斯通三家國際巨頭聯合研發,該機組最長發電併網時間未超過4個月。
2019年8月,LHD海洋潮流能發電項目與浙江岱山縣供電公司正式籤訂了購售電合同,並進行了已併網發電量的首次結算。
LHD海洋潮流能發電技術已獲批國際、國內專利50多項,著重解決了抗颱風、防海洋鹽腐、貝類及海藻附生、主軸冷卻、維修保養、洋流自適應控制等關鍵性技術。
江廈潮汐電站
江廈潮汐電站位於浙江溫嶺市樂清灣江廈港,總裝機容量為4.1兆瓦,年發電量720萬千瓦時。電站共6臺機組,前5臺在1980年~1985年投入運行,第6臺機組於2007年投入運行。江廈港潮汐為半日潮,平均潮差5.08米,最大潮差8.39米,最小潮差1.53米。
電站樞紐由堤壩、洩水閘、廠房和開關站等建築物組成。電站採用單庫雙向發電方式。
世界上裝機排名前3位的潮汐電站依次為:韓國始華湖潮汐電站裝機254兆瓦,法國朗斯潮汐電站裝機240兆瓦,加拿大安納波利斯潮汐電站裝機20兆瓦。江廈潮汐電站裝機位居世界第4位。江廈潮汐電站水輪機的轉輪直徑、額定水頭、額定流量、額定功率及總裝機功率較小,額定效率與國外電站大體相同。
江廈潮汐電站自建成以來運行良好,積累了豐富的電站運行數據。2007年,電站6號機組進行了技術改造。2012年,1號機組開始擴容增效改造,2015年8月完成改造,機組在工況複雜程度、機組效率等方面達到世界先進水平。
除發電外,工程人員還在電站開展潮汐能的特點、海工建築物技術、潮汐機組研製、防汙防腐技術及綜合利用等科學實驗。
版面內容來源於《中國海洋能2019年度進展報告》《海洋可再生能源發展「十三五」規劃》《海洋科學進展》《中國電力百科全書》、浙江岱山縣供電公司等。湯志成、張圓、王杏芸對本文有貢獻。特別感謝:劉偉民(文章來源:亮報)