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“蓝能”可贵 商业化之路未来可期

来源:中国科学报   作者:韩扬眉   时间:2020-04-24 09:38

前不久,欧洲海洋能组织(OEE)发布了《2019年度海洋能发展趋势与统计》报告(以下简称《报告》)。《报告》预测,2020年将是海洋能的丰收年。

无独有偶,2020年也是我国《海洋可再生能源发展“十三五”规划》(以下简称《规划》)的最后一年,按照目标,我国海洋可再生能源装备将实现从“能发电”向“稳定发电”转变,海洋能开发利用水平步入国际先进行列。

蔚蓝的海洋中蕴藏着巨大能量,今年是否迎来爆发与转折?

战略资源 全球竞赛

万有引力、太阳辐射对海洋“施加”各种影响,使得海洋发生潮汐、潮(海)流、波浪、温差、盐差等多种形式的变化,这些变化形式可化作能量存在于海洋之中,它们有个统一的名字“海洋能”。

海洋能在全球海洋总储量巨大,资源分布极为广泛。被认为是“取之不尽,用之不竭”的能源。

在全球化石能源不断枯竭、生态环境恶化的今天,海洋能作为可再生的清洁能源,被认为是潜力巨大的海洋设备环境能源或辅助能源,其开发利用已受到世界各国的重视,发展海洋能成为了国际竞争的战略制高点。

今年以来,欧美海洋可再生能源技术发展水平较高的国家和地区持续加大了研发应用的支持,建立更完善的政策体系。美国推出清洁可再生能源债券等用于海洋可再生能源开发的市场激励,英国多个规模化研究项目和商业化项目正在实施,欧盟H2020计划将持续支持潮流能示范、波浪能发电及海水淡化综合利用等海洋能发展。

“近年来,我国高度重视海洋可再生能源的开发利用,发展前景十分广阔。”中国科学院广州能源研究所海洋能研究室研究员吴必军告诉记者。

我国设立了海洋可再生能源专项,发布了《海洋可再生能源发展“十三五”规划》《全国海洋经济发展“十三五”规划》等政策,推动形成了一批技术试点,吸引了社会资金和大量人才投入该领域的发展,产业链条逐步形成,产业规模也在发展。自然资源部国家海洋技术中心发布《中国海洋能2019年度进展报告》显示,截至2018年底,我国海洋能电站总装机达7.4兆瓦,累计发电量超2.34亿千瓦时。

“海洋能资源特点与海域环境有关,不同纬度、气候带、岸线、水深,有不同的资源。我国主要的特点是分布广泛,类型多样,资源丰富,但密度较低。”中国海洋大学工程学院教授史宏达告诉记者。

根据“908专项”以及海洋可再生能源专项评估结果,我国近海的潮汐能、潮流能、波浪能、温差能、盐差能的资源潜在量约为6.97亿千瓦,技术可开发量约为0.66亿千瓦,开发潜力大。

挖掘海洋蓝色宝藏,正在全球竞赛中。在史宏达看来,现阶段每一年都有进步,但尚未出现成果爆发的迹象,谈“海洋能的丰收年”为时尚早,“目前的海洋能较10年前更理智,因此脚步反而更稳健些。”

多“能”并举 突破难关

海洋能的主要利用方式是发电。小功率海洋能装置可用于海岛灯塔、航道灯标,以及海洋观测浮标系统;大功率海洋能装置可实现并网或独立供电,为偏远海岛及海洋资源开发设施等提供清洁能源。

为了充分高效获取海洋可再生能源,依据能源分布和特点,我国推动多“能”并举,各种新技术不断涌现。

在潮汐能方面,研究表明,中国潮汐能技术起步较早,与国际先进水平差距不大,1980 年建成的江厦潮汐试验电站(4.1MW),目前装机规模位居世界第四。2010年以来,我国相继开展了健跳港、乳山口、八尺门、马銮湾等多个万千瓦级潮汐电站工程。在潮流能方面,主要潮流能发电技术已全面进入海试阶段,实现兆瓦级潮流能发电机组开发和并网运行。

吴必军说,就波浪能而言,与潮汐能、温差能、盐差能等相比,分布有局限,波浪能是分布较为广泛的一种海洋能,开发技术形式最为丰富,“有海的地方就有波浪,而波浪能就是海洋表面波浪所具有的动能和势能”。

“就我国而言,保障在台风等灾害性海洋气候条件下安全运行、提高转换效率,是波浪能装置开发利用的难题和方向。”他介绍说,当前,波浪能能量转换技术主要包括:振荡水柱式、振荡浮子式、越浪式等。

我国波浪能技术立足自主创新,已得到长足发展。由中国科学院广州能源研究所研发研建的10kW“鹰式一号”波浪能发电装置,首次实现了我国漂浮式波浪能装置在实海况条件下长期稳定工作,且在台风“海燕”的侵袭下有效发电。它的升级版“万山号”100千瓦鹰式波浪能发电装置也成功运行,据广州能源所“万山号”研制负责人表示,迄今已累计发电超过18万千瓦时,实现了波浪能发电技术在近海和远海并网应用示范,为我国海洋开发活动提供了新的能源供给技术。

针对传统的结构简单、安全可靠但转换效率低的振荡水柱技术,中国科学院广州能源研究所又进行了深入研究,并实现了技术突破。作为该技术负责人,吴必军告诉记者,2019年,这一技术经国家海洋技术中心测试结果表明,波电转换效率最高达50.73%,实现了转换效率、可靠性和安全性“三高”。可作为海上“充电宝”为海上测量仪器、海洋牧场、海岛等供电。

“转换效率的提高,为发电造价成本降低打下了技术基础。保守估计,经过未来几年的发展,波浪能装机造价从1千瓦10万元降至3万元。”吴必军表示。

此外,温差能、盐差能等开展相应的技术原理探索与试验。

“我国拥有各能种的技术积累,也拥有失败的教训。总体来看,我国海洋能技术发展基本接近6级,也就是说形成了模型样机;有的冲入8级,即在海上进行了投放和试运行,但这并不绝对。”史宏达表示,当前,新理念、新装置仍然在推出,只是并未像风能发电那样定型。

站在商业化的门口

《规划》指出,加速我国海洋能商业化进程。

“我们正站在商业化的‘门口’,但还没有进门。”谈到当前我国海洋能商业化程度时,史宏达如是说。他表示,国内还存在着建造技术(加工精度、强度、耐久性等、系泊避险技术、防腐防污技术、收放运维技术和多能互补技术这些制约开发的技术瓶颈。

中国可再生能源学会海洋能专委会副主任委员、国家海洋局第一海洋研究所研究员刘伟民也在《海洋可再生能源开发利用与技术进展》中指出,中国海洋能发电装备系统集成技术、关键部件设计与制造技术、海洋能装备试验测试技术等核心技术仍未取得根本突破。装置转换效率、可靠性和稳定性普遍不高,示范工程进展和效果不如预期。

在不断进行技术突破的过程中,需要满足什么条件才能迈入商业化的“大门”?史宏达表示,“要想充分利用海洋能,就要有“场”,就像风电场一样,要有海洋能电场,形成阵列,单一装置是不行的,某一个小的海区也不能算”。

吴必军也指出,降低成本十分关键,除了探索发电装置平台的综合利用,还要寻找其他更好的技术路线。

基于独特的海洋资源禀赋及条件,我国该走一条什么样的特色发展之路?

史宏达首先对各个能种进行了分析,潮流能可能是下一个产业化能种,但依赖选址;潮汐能技术最充分,但由于占用岸线资源,不太符合我国国情;波浪能分布最广泛,但技术成熟程度还待提高,尤其是安全性成本过高。

“在发展时,第一步先进行海能海用,建设多能互补的海岛微网;第二步是海能陆输,开发海洋能电场,实现并网。”史宏达说。

去年9月,由史宏达作为首席科学家承担的国家重点研发计划“基于我国资源特性的海洋能高效利用创新技术研发”正式启动,聚焦我国海洋能资源分析及潮汐能、潮流能、波浪能、试验测试技术5大方面的内容,为推动商业化进程作技术支撑。

“值得注意的是,欧洲企业与高校均投入了研发力量,但真正的投入源于国家政策及与其相关联的风险投资。在资金得到保障、风险得到控制的前提下,海洋能才得以被研发。”史宏达对未来商业化之路表示“总体看好,但需要建设持之以恒的团队与平台,要准备再走10年艰苦的道路。”


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