南海海島的波浪能開發利用研究

馮開健，寧光濤，黃立毅，方 兵

（海南電網有限責任公司電網規劃設計研究中心，海南 海口 570100）

隨著全球經濟的發展，人們的生產生活對能源的依賴性愈加強烈。我國雖是資源大國，但能源種類和分布不均勻。加速推進我國能源結構優化，積極開發各類可再生能源并優化其應用模式和效率，對我國經濟、社會發展極為重要，也有助于我國提前完成能源戰略布局，在未來的全球經濟、技術發展中占據戰略高位。南海西沙群島地處我國南部海域，是我國的南大門，在經濟和軍事上都有舉足輕重的作用。西沙群島一方面面臨著島上資源緊缺，需要運輸大量的化石能源滿足島上軍民需求的問題；另一方面島嶼四周分布著豐富的綠色可再生波浪能資源。若能在島嶼周圍海域開發利用波浪能為海島供電，就近取能、就地使用，實現島上能源的自給自足，不僅可加速推進波浪能應用開發的相關技術，還對我國孤立島嶼的經濟和國防安全具有重要的意義。

1 波浪能資源開發方法

波浪能資源開發需基于待開發海域的波浪能資源情況，掌握資源總體存儲量、可開發的資源量、待開發海域綜合情況，進行波浪能開發的科學性分析，具體如下：

（1）海島用電情況分析。主要是收集海島的能源現狀，包括目前用電的現狀及問題所在、能源結構分布，以及預測島嶼長短期規劃下所需的發電量。

（2）海島周邊海域綜合情況調查與分析。主要是調查海島周邊海域的各項綜合環境因素，重點是波浪能發電裝置投放位置周邊的環境特點。

（3）試驗海域的波浪狀況數據采集與分析。采集并分析島嶼周邊的波浪能情況，統計分析波浪能資源儲量及可開發量。

（4）波浪能開發的科學性分析研究。應調查分析海島周邊海域的波浪能開發的經濟性，以及開發波浪能對周圍海洋環境、生態環境的影響。

2 海島能源現狀及環境資源特點

西沙群島（Xisha Islands or Paracel Islands，亦稱帕拉塞爾群島）位于南海中部、海南省東南部，是中國南海四大群島之一，也是中國南海陸地面積最大的群島。西沙群島共有22個島嶼、7個沙洲、8座環礁、1座臺礁和1座暗礁海灘，陸地總面積約10km2，海岸線長518km。該群島由永樂群島和宣德群島構成，屬于熱帶海洋性季風氣候，著名景點有西沙海洋博物館、收復西沙紀念碑等。

2.1 海島能源現狀

缺電是長期困擾海島居民的一個問題，不僅電費高，電壓還不穩定。早期海島的用電全部靠柴油及太陽能電池板發電。2013年，海島原有供電網絡由0.4kV改造為10kV。2018年，三沙永興島智能微電網建成，是我國首個遠海島嶼智能微電網，由柴油發電、光伏、儲能等多種能源互補，未來還可以實現波浪能、可移動電源等多種能源的靈活接入。它的建成使永興島的供電能力提高8倍，供電穩定性大幅度提高。2019年，南方電網海南三沙供電局永興島電網宣聯線、達社線兩條10千伏線路合環并網投運成功，使海島供電更加穩定。

2.2 海島周圍環境資源特點

（1）氣象。①太陽輻射量大，終年高溫，多年平均氣溫為26.8℃。②水汽來源充足，降水資源十分豐富，但季節分布變化較大。③常風向為NE向，其頻率占18%。風向分布具有較為顯著的季節性，秋冬季盛行東北季風，春夏盛行偏南風。④熱帶氣旋影響的季節較長，主要集中在6—11月。受熱帶氣旋影響常出現大風天氣，極大風速不低于17m/s或最大風速不低于10m/s的發生頻率很大，大約占熱帶氣旋影響總數的80%。北礁200km內的熱帶氣旋路徑（1945—2011年，15級以上熱帶氣旋或臺風）如圖1所示。

（2）水文。①潮汐：西沙群島海域地處南海中部，潮汐性質屬于不正規日潮型。島嶼周邊海區為弱潮海域，3年月均潮差只有92cm，月最大潮差多年平均只有159.9cm，呈現往復流的特征，最大流速達77.49cm/s。②地形地貌：島嶼周邊海域由自然海岸及水上礁盤組成，海岸出露巖性為珊瑚碎屑或貝殼碎屑成分的礫砂及珊瑚礁。

（3）波浪能資源情況分析。根據《中國沿海農村海洋能資源區劃》，以年平均波高為指標，西沙群島附近海域以風浪為主，常年平均波高為1.4m，平均周期為3.5s，最大波高一般為臺風產生，可達到8～14m；波向多為偏東北向，強波向主要為WSW向、SSW向，波功率密度約為4.05kW/m，波浪能資源儲量豐富，具有較高的開發利用價值。

3 開發波浪能可行性分析

3.1 波浪裝置投放綜合分析

南海海域地形復雜、地位特殊，在此開展波浪能發電與并網試點項目，需兼顧島礁周圍的自然環境、生態環境和資源保護等問題，同時還需結合島上相關民用、軍事設備分布等因素。鑒于上述因素，波浪能發電裝置應該盡量靠近島上電站，減少對島嶼四周海域生態、資源的影響。

圖1 經過北礁200km內的熱帶氣旋路徑

3.2 初步經濟性分析

根據現階段波浪能發電技術分析，在南海海域開發波浪能用電成本較其他傳統用電成本偏高。但是，綜合考慮自然環境、運輸周期、碳排放量等隱形因素，以及波浪能發電技術其他可拓展產業應用，用電成本可進一步降低。同時，在南海開發波浪能資源應用，除了普通的用電經濟性之外，還具有特殊的戰略意義，包括為國家開展前沿技術探索并形成對應技術儲備，一旦成熟利用，將降低平臺的使用成本，有利于創造更多附加價值。

4 總結

文章以南海西沙群島為研究目標，提出了在海島開發利用波浪能的方法，分析了島嶼目前的能源現狀及周邊的環境特點，闡述了在海島開發波浪能的可行性，可知海島處于波浪能資源較豐富的區域，可利用和開發潛力巨大，因此開發利用波浪能技術具有長遠的戰略意義。