我國潮流能、波浪能研究與試驗和示范工程現(xiàn)狀分析*

李健，楊立，邱泓茗，徐紅瑞，李晶

(國家海洋技術中心 天津 300112)

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我國潮流能、波浪能研究與試驗和示范工程現(xiàn)狀分析*

李健，楊立，邱泓茗，徐紅瑞，李晶

(國家海洋技術中心 天津 300112)

我國海洋可再生能源正處于快速發(fā)展時期，自2010年國家設立海洋可再生能源專項資金以來，一大批的示范工程、研究與試驗項目得到大力的支持與推廣，形成了一批擁有自主知識產權的技術與裝備。但是作為一個全新的能源領域，在項目實施過程中難免遇到一些問題，文章對2010—2011年立項的海洋能專項項目情況進行調研分析，對研究與試驗項目和示范工程進行分類總結與概括，闡述當前海洋能專項項目在實施過程中的問題和不足，并對將來海洋可再生能源專項項目的發(fā)展提出一些建議。

海洋可再生能源；潮流能；波浪能；利用現(xiàn)狀

2010年6月，國家海洋局與財政部共同出臺了《海洋可再生能源專項資金管理暫行辦法》，通過每年投入2億元的專項資金資助國內海洋能利用和海洋能技術的發(fā)展。第一批的專項資金項目已于2010年啟動，按照進度計劃，現(xiàn)在多數項目應該進入結題驗收階段。在這4年中，海洋可再生能源領域專項項目有序開展，形成了多項具有自主知識產權的海洋能轉化和利用技術，培養(yǎng)了一批海洋可再生能源領域的專項人才，填補了我國海洋可再生能源領域尤其是海洋發(fā)電領域的多項空白。通過國家財政的不斷支持，雖然已經形成了規(guī)范化的海洋可再生能源的理論研究體制，但是在某些關鍵技術實際應用方面，還存在很大的不足。本文從潮流能研究與試驗、波浪能研究與試驗、示范工程3個方面對當前海洋可再生能源發(fā)展進行分析，并提出一些建議。

1 潮流能研究與試驗現(xiàn)狀分析

潮流能研究與試驗是擬將潮流能轉換為電能或其他可利用資源的研究與試驗。潮流能能量密度大，有其他海洋能不可比擬的持續(xù)性、規(guī)律性和可預見性，

目前我國潮流能發(fā)電裝置根據不同的需求可采用拖曳式、漂浮式和座底式等方式，其中拖曳式、漂浮式潮流能發(fā)電裝置結構簡單，可維護性強，多為浮標、潛標或海床基供電。由于拖曳式、漂浮式潮流能發(fā)電裝置固定結構有限，發(fā)電裝置不僅會受到潮流能的作用，還可能受到海洋表面波浪的作用，這樣發(fā)電裝置的主軸受力將極為復雜，極易斷裂，其可靠性指標是制約拖曳式、漂浮式潮流能發(fā)電裝置發(fā)展的主要因素。相比之下，座底式潮流能發(fā)電裝置完全避免了海洋表面的不利因素，發(fā)電裝置的發(fā)電效率和可靠性相對提高。如果采用導流罩或者變槳距等技術，發(fā)電效率和可靠性將會進一步提升，但是在發(fā)電效率的計算方法上，不同的參數輸入將導致發(fā)電效率計算結果的較大差異。如何規(guī)范發(fā)電效率的計算方法，是當前面臨的一個問題。座底式潮流能發(fā)電裝置多處于十米甚至幾十米深的水下，其可維護性成為限制潮流能發(fā)電裝置的關鍵，為此，設計人員對淺水區(qū)潮流能發(fā)電裝置采用自動升降結構設計，對深水區(qū)潮流能發(fā)電裝置采取浮箱結構設計，增加了發(fā)電裝置的可維護性能。

潮流能發(fā)電裝置已經基本成熟，但是在發(fā)電效率和可靠性方面仍有不足：① 發(fā)電裝置轉換效率。如今海洋行業(yè)內部還沒有專門對海洋能發(fā)電裝置的發(fā)電效率進行科學、權威的解釋，因此每個項目都有自己的發(fā)電裝置轉換效率的計算公式，導致了發(fā)電效率數據滿足任務書要求卻與發(fā)電功率相差很遠。② 發(fā)電裝置可靠性。海洋環(huán)境錯綜復雜，尤其當前海洋能發(fā)電裝置在防腐蝕、機械結構防生物附著和關鍵部件的剛度、強度等方面還存在一些不足，海洋能發(fā)電裝置的長期正常運行特征還有待考驗，如何保證海洋能發(fā)電裝置的可靠性能是海洋能發(fā)電裝置實現(xiàn)產業(yè)化的關鍵。

2 波浪能研究與試驗現(xiàn)狀分析

波浪能是海洋中分布最廣的能源，波浪能發(fā)電裝置相對較小且適用范圍大，常用的波浪能發(fā)電裝置主要有振蕩水柱式、振蕩浮子式、擺式、鴨式等。波浪能發(fā)電裝置原理靈活，目前一種橫軸轉子水輪機波浪發(fā)電系統(tǒng)采用波浪能往復利用原理，大大提高了能量捕獲率，但是對于該裝置的能量捕獲率計算方法，卻有不同的見解。波浪能發(fā)電裝置一般工作于海洋的表面，其工作海況對發(fā)電裝置有一定的影響，尤其對無固定支撐結構的波浪能發(fā)電裝置，其生存能力是發(fā)電裝置能否達到技術成熟的關鍵因素。

波浪能分布平均且易于獲取，采用波浪能發(fā)電可以解決浮標、潛標等海洋觀測設備定期更換電池的問題，降低了海洋觀測設備維護周期，波浪能資源雖然已得到一定的發(fā)展，但是通過具體的試驗情況，也暴露出了一些問題：① 實驗室試驗。實驗室內的單一波、單一流雖然可以對波浪能發(fā)電裝置進行理想模型的分析，但是面對海洋環(huán)境，尤其是海洋波浪的實際環(huán)境，要考慮表面風場、表面流場等因素對發(fā)電裝置效率的影響。② 海試方案。詳細和充分的海試方案是保證波浪能發(fā)電裝置的正常工作關鍵要素，項目組應在項目設計階段對海試方案進行分解和細化，進行多次海試，不斷改進，避免單一海試試驗失敗，影響項目的進程和經費的調整。

3 海洋可再生能源示范工程現(xiàn)狀分析

海洋能示范工程是以海洋能與風能、太陽能等可再生能源組織整合，形成以可再生能源為基礎的電力系統(tǒng)工程，其多采用技術成熟的海洋能發(fā)電裝置，其穩(wěn)定性已經在研究性試驗中得到驗證。

我國海洋能獨立電力系統(tǒng)示范工程是海洋能專項支撐的重點，一切工作都是在探索中進行，雖然示范工程采取的發(fā)電裝置都是經過驗收并且技術已經相對成熟，但是由于示范工程是多個可再生能源的綜合利用，示范工程的海域使用面積大，大型示范工程對海島的影響以及海洋能發(fā)電裝置的結構建設等都是制約示范工程的因素：① 海域使用申請。海域使用申請是制約示范工程能否“落地”的關鍵要素，多個項目的實施方案中的計劃海域與實際使用海域并不相符，導致實際的海域水動力參數無法滿足發(fā)電裝置的要求。項目組應在項目申請前與當地政府進行詳細地溝通，確保海域申請可以順利完成，當地政府也應放寬海域使用條件，轉變“政績優(yōu)先”的思維，配合海洋能項目的進行。② 海島生態(tài)保護。海島生態(tài)保護也應是海洋能示范工程要考慮的因素之一，尤其是在實施方案編制過程中要充分調研和分析示范工程對當地海島生態(tài)的影響，保護當地的生態(tài)條件。

4 結論與建議

海洋可再生能源潮流能、波浪能具有能量捕獲簡單，能量分布廣泛，發(fā)電裝置設計較成熟等特點，已經成為當前海洋可再生能源利用的熱點。我國海洋可再生能源利用尚處于發(fā)展階段，多項關鍵技術還在探索與研究之中，因此對未來海洋可再生能源發(fā)展提出以下建議：① 海洋能項目雖然理論分析數據完善，但是實際海試經驗不足，尤其在發(fā)電裝置的可靠性、可維護性、環(huán)境適應性等方面沒有詳細的解決與認證方案。因此，要在設計與制造環(huán)節(jié)嚴格控制，加大海試試驗力度，制定試驗大綱和相關標準，規(guī)范海洋可再生能源發(fā)電裝置，促進海洋可再生能源的發(fā)展。② 建立項目節(jié)點控制機制，按照項目的進度定期督查或檢驗項目的實際進程，及時解決項目實施過程中發(fā)現(xiàn)的問題，避免由于項目延期而減少對海洋可再生能源發(fā)電裝置的技術投入。③ 繼續(xù)加強海洋能綜合支撐平臺建設，推動海洋能開發(fā)利用技術發(fā)展與產業(yè)化進程，為我國海洋能事業(yè)的發(fā)展提供技術保障和支持。④ 與當地政府配合，在海域使用與生態(tài)保護方面協(xié)商與溝通，及時反饋問題，保障海洋可再生能源項目的順利實施。

2013年海洋能專項基金“海洋能綜合支撐服務平臺建設”( GHME2013ZC01).

P74

A

1005-9857(2015)03-0013-02