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储能科学与技术

海洋能发电:种类众多 精彩纷呈

2019-12-14 15:21| 发布者: admin| 查看: 119| 评论: 0

摘要: 海洋中蕴藏着丰富的资源,海洋能具有开发潜力大、可持续利用、绿色清洁、开发难度较大、能量密度不高等特点。我国拥有长达1.8万千米的大陆海岸线和1.4万千米的岛屿海岸线,1万多个大大小小的海岛和岛礁。开发海洋能 ...

  海洋中蕴藏着丰富的资源,海洋能具有开发潜力大、可持续利用、绿色清洁、开发难度较大、能量密度不高等特点。我国拥有长达1.8万千米的大陆海岸线和1.4万千米的岛屿海岸线,1万多个大大小小的海岛和岛礁。开发海洋能资源,发展海洋能发电,为边远海岛提供充足、稳定的能源具有重要意义。

什么是海洋能发电?

地球上的海洋面积占地球总面积约71%,海洋是个巨大的蓄能库,蕴藏着丰富的资源与能量。海洋能包括潮汐能、潮流能、波浪能、温差能和盐差能,除潮汐能和潮流能是由月球和太阳引潮力的作用产生外,其他种类的海洋能均由太阳辐射产生。

海洋能具有开发潜力大、可持续利用、绿色清洁等优势。但是,海洋能利用存在开发难度较大、能量密度不高、稳定性较差、分布不均匀等不足。国际上非常重视海洋能的开发利用,将其作为战略性资源开展技术储备,但国际海洋能技术研发还面临着很多风险和不确定性。

潮汐能发电技术一般是通过建筑拦潮坝,利用潮水涨落形成的水位差,使具有一定水头的潮水流过安装在坝体内的水轮机、带动发电机发电的技术,原理与水力发电相似。

潮流能的发电原理和风力发电类似,英国是目前世界上潮流能发电技术最先进的国家。

波浪能既不稳定,也无规律。波浪发电是波浪能利用的主要方式,此外,波浪能还可用于抽水、供热、海水淡化及制氢。目前,全球有16个国家在进行波浪能发电研究,英国、美国、澳大利亚、丹麦和西班牙等国家的波浪能开发技术和应用规模居世界领先地位。

温差能是海洋表层温海水与深层冷海水之间的温差所储存的热能。温差昼夜波动小,比较稳定,可开发量大,可用来发电。除海洋温差发电外,温差能还可以用来获得淡水和深层海水。

盐差能是海水与淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能,主要存在于河海交界处。盐差能资源丰富稳定,主要利用方式是盐度差发电。

目前,国际潮汐能技术已达到商业化运行阶段,潮流能技术已进入全比例样机实海况测试阶段,波浪能技术已进入工程样机实海况测试阶段,温差能技术已进入比例样机实海况测试阶段,盐差能技术处于实验室验证阶段。同时,为了充分高效地获取海洋可再生能源,各种新技术也在不断涌现。

海洋可再生能源发展趋势包括:更大规模的环境友好型潮汐能技术成为新的技术研究方向;大型潮流能机组与小型潮流能机组并重,漂浮式技术成为未来发展方向之一;波浪能发电装置稳定性和生存性稳步提高,探索装置阵列化应用,布放海域由近岸向深远海发展;海洋温差能混合工质高效热力循环的使用和海水淡化、空调制冷的综合利用;低成本专用膜的规模化生产是盐差能技术发展的重点。

中国海洋能发电

我国《海洋可再生能源发展“十三五”规划》提出,要着力推进海洋能工程化应用,夯实海洋能发展基础,实现海洋能装备从“能发电”向“稳定发电”转变。

目前,中国潮汐能技术与国际先进水平差距不大。国家海洋管理局曾对适宜建设潮汐能电站的坝址进行勘察和统计,全国可开发潮汐能发电最佳坝址有424处,而这些最佳坝址的80%以上是在浙江省、福建省的沿海及岛屿海域中。

新中国成立以来,中国先后建设了100多座小型潮汐电站。后来,由于电站技术水平、地方规划、运营管理等多种因素,目前在运的潮汐电站只有浙江江厦潮汐试验电站。江厦潮汐试验电站装机容量位居世界第四位。2010年以来,中国先后完成了健跳港、乳山口、八尺门、马銮湾、瓯飞等多个万千瓦级潮汐电站工程预可研。

自2017年5月以来,我国在潮流能技术进展方面,共验收6个潮流能项目,新支持3个潮流能项目,总体技术接近国际先进水平,已成为世界上为数不多的掌握规模化潮流能开发利用技术的国家。在波浪能技术进展方面,共验收6个波浪能项目,新支持4个波浪能项目,基本接近国际先进水平,并研发了小功率发电装置,约30台装置完成了海试。共验收2个温差能项目、1个盐差能项目。

中国潮流能开发利用技术研究开始于20世纪80年代,近年来,在国家相关科技计划和专项资金等的支持下,中国潮流能技术得到快速发展。我国的潮流能开发和利用的最佳海域以浙江和福建为主,尤其是浙江省的舟山市拥有大小1339个岛屿,加之地处长江和钱塘江的入海口,是我国潮流能拥有量最大的海域片区。

2014年,LHD海洋潮流能发电项目开始施工,2016年7月,该项目首期1兆瓦机组(由2台300千瓦和2台200千瓦机组组成)在舟山顺利下海发电。2017年,浙江大学完成了650千瓦潮流能机组试运行,目前,装置大部分处于比例样机海试阶段。

中国科学院广州能源所研制了漂浮式波浪能发电装置——鹰式波浪能装置,容量为10千瓦。2012年12月,装置进行了一年半的海试。运行期间,装置单次无故障连续运行超过6个月。在该技术基础上,2014年工作人员开始研制100千瓦鹰式波浪能发电装置工程样机,截至2015年12月,装置(万山号)已完成布放,正在进行海试并成功发电。

中国温差能发电技术研究起步较晚,装置的装机容量较小;盐差能利用技术还处于原理研究阶段,

截至2018年年底,我国海洋能电站总装机达7.4兆瓦,累计发电量超过2.34亿千瓦时;潮汐能电站装机4.35兆瓦,累计发电量超过2.32亿千瓦时;潮流能电站总装机2.86兆瓦,累计发电量超过350万千瓦时;波浪能电站总装机0.2兆瓦,累计发电量超过15万千瓦时。

LHD海洋潮流能发电

2014年5月,LHD海洋潮流能发电项目在浙江岱山县秀山岛的东南海域开始施工。2016年7月27日,该项目首期1兆瓦机组(由2台300千瓦和2台200千瓦机组组成)在舟山顺利下海发电,8月成功并入国家电网。2017年5月25日开始,该1兆瓦机组实现全天候发电并网运行。截至2018年年底,该项目第二代、第三代机组相继顺利下海发电。截至2019年7月20日,LHD海洋潮流能发电项目累计上网电量为995720千瓦时。

截至2019年8月26日,LHD海洋潮流能发电机组实现连续发电并网运行27个月,稳定运行时间打破世界纪录。在此前,世界上最先进的潮流能机组由GE、劳斯莱斯、阿尔斯通三家国际巨头联合研发,该机组最长发电并网时间未超过4个月。

2019年8月,LHD海洋潮流能发电项目与浙江岱山县供电公司正式签订了购售电合同,并进行了已并网发电量的首次结算。

LHD海洋潮流能发电技术已获批国际、国内专利50多项,着重解决了抗台风、防海洋盐腐、贝类及海藻附生、主轴冷却、维修保养、洋流自适应控制等关键性技术。

江厦潮汐电站

江厦潮汐电站位于浙江温岭市乐清湾江厦港,总装机容量为4.1兆瓦,年发电量720万千瓦时。电站共6台机组,前5台在1980年~1985年投入运行,第6台机组于2007年投入运行。江厦港潮汐为半日潮,平均潮差5.08米,最大潮差8.39米,最小潮差1.53米。

电站枢纽由堤坝、泄水闸、厂房和开关站等建筑物组成。电站采用单库双向发电方式。

世界上装机排名前3位的潮汐电站依次为:韩国始华湖潮汐电站装机254兆瓦,法国朗斯潮汐电站装机240兆瓦,加拿大安纳波利斯潮汐电站装机20兆瓦。江厦潮汐电站装机位居世界第4位。江厦潮汐电站水轮机的转轮直径、额定水头、额定流量、额定功率及总装机功率较小,额定效率与国外电站大体相同。

江厦潮汐电站自建成以来运行良好,积累了丰富的电站运行数据。2007年,电站6号机组进行了技术改造。2012年,1号机组开始扩容增效改造,2015年8月完成改造,机组在工况复杂程度、机组效率等方面达到世界先进水平。

除发电外,工程人员还在电站开展潮汐能的特点、海工建筑物技术、潮汐机组研制、防污防腐技术及综合利用等科学实验。

版面内容来源于《中国海洋能2019年度进展报告》《海洋可再生能源发展“十三五”规划》《海洋科学进展》《中国电力百科全书》、浙江岱山县供电公司等。汤志成、张圆、王杏芸对本文有贡献。特别感谢:刘伟民


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