海洋能發電:種類眾多 精彩紛呈

2021-01-20 CESA儲能項目及大數據

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)

相關焦點

  • CICC科普欄目:海洋能發電技術
    海洋能通常是指海洋中蘊藏的可再生能源,主要包括波浪能、潮汐能、風能、海流能、溫差能、鹽差能等,還有人提出洋流、內波發電。
  • 海洋論壇▏淺析波浪能發電前景與國內外發電裝置
    可再生能源佔發電比重增加最多的是發達國家,達到37%,發展中國家可再生能源發電量增長兩倍多,以中國、印度、拉丁美洲和非洲地區為代表。為了解決能源問題,越來越多的國家把目光投向佔地球表面積71%的海洋。海洋能一般是指存在於海水中的可再生能源,包括波浪能、潮汐能、海流能、溫差能、鹽差能等。波浪能是海洋表層海水在風裡的作用下波動所蘊藏的能量。全球海洋能理論可再生功率達76600GW。
  • 波浪發電設備促進海洋能產業發展
    ——宋少如設計聚能型浪湧水流發電裝置□  潘鋒/文    海洋能指海洋中所蘊藏的可再生自然能源,主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水溫差能和海水鹽差能。廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。
  • 海洋溫差發電 夢想不會太遙遠
    「就人類信仰而言,全世界最大的能量是光與愛;而就無限能源而言,非『海洋能』莫屬!」1870年,科幻小說家儒勒·凡爾納在《海底兩萬裡》中有這樣一段充滿想像力的描述,為人類探索海洋能源利用開啟了一扇智慧的大門,也許未來的某一天,廣闊的海洋中能夠給全世界提供源源不斷的能量。
  • 海洋論壇▏海洋能發電技術發展現狀及發展路線圖
    波浪能能量分布的特點決定了其適合於密集大規模開發,國際上也逐步加強對負荷較大地區波浪能發電技術的研究,尤其是英國、丹麥、挪威等國家,並取得了一定的成果,但距離波浪能發電商業化應用仍需一段時間。潮流能發電裝置結構較為簡單,但渦輪機通常位於海水中,存在易受海水腐蝕、投資成本高、安裝維護困難等問題。大型潮流發電設備的商業化和產業化逐漸成為海洋能利用發展新思路, 英國、加拿大、韓國、紐西蘭等國家都在著手興建大型潮流發電站。世界上首個實現商業化併網試驗運行的潮流能發電系統為北愛爾蘭「SeaGen」,位於斯特蘭福特灣,裝機容量1.2MW,通過第一代產品「Seaflow」演化而來。
  • 海洋能源 深水網箱還能靠波浪能發電?
    海洋能源 深水網箱還能靠波浪能發電?如何將海洋波浪對網箱的破壞力,轉化為深水養殖生產急需的電力,這一技術難題或許在不久的將來被攻破。&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp目前,由浙江海洋學院研發的自升式平臺「海院1號」是波浪發電裝置利用海浪發電,攻克了多項重大關鍵技術,被專家認為是目前最穩定、實用的波浪能發電裝置。
  • 月亮的禮物——潮汐能發電
    然而,這種建築大壩發電的方法遭到眾多人的反對。環保主義者認為,利用大壩將水儲蓄在海灣或河口內,阻止了海水流過平原和泥灘,使原來退潮後大量的海洋生物滯留海灘的情景消失了,許多原本靠這些海洋生物為生的動物不得不進行遷徙。此外,大壩還可能造成更加深遠的影響,例如,芬迪灣的計算機模型顯示大壩將影響到南面500千米處波士頓的潮汐。
  • 中國海洋大學研製出新型海洋波浪能發電裝置
    本報綜合消息 近日,由中國海洋大學主持研製的「10千瓦級組合型振蕩浮子波能發電裝置」在青島市黃島區齋堂島海域成功投放並進入試運行,這標誌著我國在波浪能陣列化開發與工程應用領域取得了實質性突破。 據介紹,這套裝置的研製得到了國家海洋局海洋可再生能源專項資金資助,擁有自主智慧財產權。
  • 英國發明海洋潮汐能發電裝置
    新華網倫敦3月23日電 英國《獨立報》網站23日報導,為開發海洋能源,英國的一位工程師發明出從海洋潮汐能量中獲取電力的裝置。  據報導,世界首臺潮汐能發電機24日將在英國斯特蘭福德灣安裝就位。
  • 我國LHD海洋能發電項目全球領先
    作為公認的清潔能源,海洋能發展潛力不可限量,我國近海潮流能屬於世界上功率密度最大地區之一。林東說,「全世界那麼多國家都在做潮流能研究,這是個全球科研團隊角力的新擂臺。那時世界上還沒有一個國家能真正實現潮流能全天候併網發電,這個領域有著巨大想像空間。」
  • 青島實現潮流能發電將迎來海洋能開發新局面
    近日,由中國海洋大學研製的我國首臺100千瓦潮流能發電裝置被成功投放到了黃島區齋堂島海域,據了解,這臺裝置突破了潮流能開發方面的關鍵技術,使得發電裝置能夠不再受海水流速限制,能夠適應不同海域。這標誌著我市在潮流能開發領域邁出了關鍵的一步,同時,也意味我國在海洋能開發領域將打開新局面。
  • 日照看好海洋新能源開發 或建波浪能發電
    在日照市貫徹落實《山東半島藍色經濟區發展規劃》的實施方案討論稿中提到,作為「十大基礎設施建設」的重要項目之一,日照市或將規劃建設波浪能發電。  海洋能源是最理想替代能源之一  談到波浪能發電,日照市科技局的相關負責人告訴記者,波浪發電是海洋能源其中一種。
  • 專題解讀 | 國內海洋能發電領域技術分析(中)
    (F03B、F04B)的技術發展外,我國海洋能發電裝置領域的技術創新主要集中以下幾個方面:① 海洋能和風力、重力以及光伏等聯合發電領域(F03D、F03G、H02S);② 發電機本體、供配及電能存儲系統領域(H02K、H02N、H02J);③ 船基、岸基海洋能發電領域(B63B、E02B)
  • 海洋發電 突破「瓶頸」天地寬(海西時評)
    在福建廈門觀音山,一臺100千瓦的海洋波浪能發電機正在做下水前的最後準備。這臺發電機是由當地一民營科技企業自主研發設計的。當下中國正在大力發展海洋發電,福建也已加入到這場競賽中來。無論是波浪能、潮汐能、溫度差能還是海流能,清潔環保的海洋能的開發,對能源需求越來越強的福建來說都有重要的示範意義。
  • 我國海洋能發電珠海投放 技術取得新突破
    中國科學院廣州能源研究所近日宣布,由該所研製的「鷹式一號」漂浮式波浪能發電裝置,日前在位於珠江口的珠海市萬山群島海域正式投放,並成功發電。這標誌著我國海洋能發電技術取得了新突破。  據悉,該新型發電裝置採用外形經過特殊設計的輕質波浪能吸收浮體,使得浮體的運動軌跡能與波浪運動軌跡相匹配,可最大程度吸收入射波而最小程度減少透射和興波。  此次投放的該發電裝置安裝有兩套不同的能量轉換系統,總裝機20千瓦。其中,液壓發電系統裝機10千瓦,直驅電機系統裝機10千瓦,兩套系統均成功發電。
  • 廣州能源所海洋波浪能發電技術取得突破
    最近在海洋波浪能發電關鍵技術上取得重大突破,使研製的波能裝置能將海洋的隨機波浪能轉換為用戶可以直接使用的、穩定的電力。從而為大規模地利用海洋能開闢了新的途徑。    21世紀是海洋的世紀。陸地上資源的日漸枯竭使人類的眼光轉向了大海。然而,開發海洋,需要適當的條件和環境,其中最基本的條件就是要擁有能源和淡水,這是人類生產、生活的基本要素。
  • 「藍」能可貴的海洋能
    潮汐能發電裝置示意圖潮汐能:潮汐能是指潮水受月球和太陽對地球產生的引潮力的作用而周期性漲落所儲存的勢能。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,通過水輪機轉動帶動發電機發電的技術,原理與水力發電相似。
  • 海洋溫差發電前景廣闊
    潮起潮落,日復一日,年復一年,海洋蘊藏的巨大能量吸引著人們去探索、去開發。潮汐發電作為海洋能利用中技術最成熟、規模最大的一種,已為許多人所熟知。而說起海洋溫差發電,知道的人恐怕要少得多。   海洋溫差發電主要採用開式和閉式兩種循環系統。
  • 波浪也可以發電?它浮起來是一條船,沉下水就是一個發電裝置
    隨著我國的發展,我們已經不再單純依靠化石能源燃燒、大江築壩等傳統發電形式。運用各種新能源技術獲取電力,太陽能和風能發電是目前比較成熟的技術,在很多國家和地區得到廣泛應用。我國內蒙古和新疆利用自然優勢,建立了大片的太陽能和風力發電廠,為社會提供清潔的可再生能源。海洋不但蘊藏了豐富的生物和礦產資源,也蘊藏著巨大的能量。
  • 聯合動力海洋潮流能發電裝備獲重大技術突破
    3月31日,國家能源集團所屬聯合動力公司自主研發的應用270°電動變槳技術和水下視頻技術的300kW海洋潮流能發電機組成功下海,並順利併網發電運行。 這是世界首臺應用270°變槳技術,實現了雙向海流能量高效捕獲的潮流能發電機組。