刘子铭;李东辉
【摘 要】介绍了海洋能发电,包括潮汐发电、潮流发电、波浪发电、海洋温差发电、盐差能发电和海洋能综合发电系统,提出了目前我国海洋能源发电存在的问题并给出了合理建议,对我国海洋能发电技术的发展趋势做出了展望. 【期刊名称】《化工自动化及仪表》
【年(卷),期】2015(042)009
【总页数】6页(P961-966)
【关键词】海洋能;发电;可再生能源
【作 者】刘子铭;李东辉
【作者单位】大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028;大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028
【正文语种】中 文
【中图分类】P743
提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护海洋权益，建设海洋强国是新时期我国海洋事业的发展方针[1]。由于两次石油危机和地球资源的持续锐减，各能源消费国加强了对可再生能源开发的重视，海洋能发电事业得到了快速发展。近年来，国内外关于海洋能源发电课题的研究逐步深入，英国、挪威、澳大利亚、日本、韩国及加拿大等国的海洋能发电装置已投运或商业化运营；我国海洋能源发展起步较晚，但针对具体海域情况和发展要求，在我国可再生能源政策的支持和引导下，部分海洋能发电站也已投运。 国外海洋能发电技术主要集中在欧洲，以英国为主，亚洲以日本为主，关键技术领先，掌握大量专利和知识产权，法国朗斯潮汐电站(年发电量为5.44亿kW·h)、英国塞汶电站(年发电量为720万kW·h)及加拿大芬地湾电站(年发电量为380万kW·h)[2]等均采用潮汐发电技术；潮流发电技术，如Marine Current Turbine公司的SeaGen潮流发电装置已在英国沿海投入运营[3]，单机功率达1.2MW，整机运行可达2MW；波浪发电技术方面，如日本的巨
鲸号浮动型波浪发电站(120kW)已完全投入运营。表1为国外先进波浪发电技术的案例。在海洋温差发电技术上美国、日本是主要强国，日本佐贺大学2013年3月在冲绳县完成一种新型OTEC电站，并在4月开始试验，其主要目的是向公众证明有效性并展示模型。2014年7月，DCNS集团与Akuo能源合作，宣布由NER300计划资助NEMO项目，装机16MW、总输出达10MW的电厂将是迄今为止最大的OTEC电厂。盐差发电目前国外都处于实验室试验阶段，尚无成熟案例。
表1 国外先进波浪发电技术装置装置名称安装地点研发公司设计形式研究阶段装机容量预期功率Pelamis[4]葡萄牙PelamisWavePower筏式2008年投运至今并网容量2．25MW预期达20MW，潜在可达200MWOyster英国奥克尼郡欧洲海洋能源中心AquamarinePower波浪浮力摆式170kW模型机试验完成，同年秋全比例原型机安装成功未知位于欧洲海洋能源中心的全比例原型机功率达350kWWaveDragon[5]英国威尔士彭布鲁克郡WaveDragonGroup越浪式2008年开始建设未知2012年在威尔士实施70MW计划
(续表1)装置名称安装地点研发公司设计形式研究阶段装机容量预期功率LIMPET英国艾莱岛Wavegen岸基振荡水柱式2000年开始投入运营100kW未知CETO[6]澳大利亚Free⁃ma
ntleCarnegieCorpo⁃ration振荡水柱式模型机测试完成，预运营未知小规模电站为目标(6MW)，2013年并网Oceanlinx[7]英国康沃尔OceanLinx振荡水柱式商业化运营，在WaveHub技术上给予资金和政策的支持未知2011年达到5MW
2 潮汐发电
2.1 我国潮汐发电现状
潮汐发电，利用海水涨潮落潮时造成的高低水位差，带动水轮发电机组发电。根据蓄水库型可分为单库单向型、单库双向型和双库单向型。
我国潮汐发电开始于20世纪50年代后期，迄今为止建成8座电站，总装机量6 120kW。我国自主研制了单机容量500kW和700kW的灯泡贯流式水轮发电机组[8]。开发潮汐能一般在水深20～30m、距海岸线1km以内的海域。表2列出我国已建成的大型潮汐电站。
表2 我国已建成的大型潮汐电站地点年平均超差m装机容量MW年发电量M(kW·h)发电型式江夏5．13．9011．00单库双向幸福洋4．21．283．20单库单向海山4．90．150．31单库单向
2.2 我国潮汐发电的主要技术难题
我国潮汐发电的主要技术难题有：工程投资大、水轮发电机组造价高；水头低、机组耗钢多；发电不连续；泥沙淤积问题；海水、海生物腐蚀和挂粘问题[9]。
2.3 合理建议
潮汐发电技术在我国发展最早，技术成熟，证明我国在此领域已具备大规模建设并投运的可能，在水工建筑物形式及施工方法等方面不足的原因是国内没有关于此方面的专业施工团队，在单位装机造价方面，应考虑更多的大范围公开招标，降低成本的同时使该技术更成熟，同时应借鉴英国在此技术方面的发展经验。
3 潮流发电
3.1 潮流发电的原理和关键技术
根据海洋潮流运动和风场流动的相似性，以风力发电技术为原型衍生出新型海洋能发电技术，该项技术的关键是水轮机的设计。由于水平式潮流发电水轮机效率很低，为了提高发
电机组效率，通常加装辅助导流罩，这样不仅可以提高能源利用率，还可以减少海生物对设备的影响，如图1所示。潮流发电机组的固定装置将承受巨大的负荷力矩才能保证整个系统稳定运行，因此固定方式采用较多的有漂浮式、系泊式、基桩式及重力式等[9]。扇贝笼
图1 加装导流罩后的水轮机
3.2 我国潮流发电技术研究现状
由哈尔滨工程大学设计研制的“万向Ⅰ”型70kW潮流试验电站和“万向Ⅱ”型40kW潮流发电试验电站(垂直式)，分别被列入“九五”期间国家科技攻关计划和国家“863”计划。机械科学研究总院与中国海洋大学联合承接国家“863”计划项目海洋潮流能驱动的柔性叶片发电设备研究，该装置已在中国海洋大学进行了水槽模型试验，并获得了较好的试验效果。2014年，由哈尔滨工程大学协同中海油研究总院等多家单位研制，具有我国自主知识产权的“海能Ⅲ”号立轴潮流发电站在浙江岱山县龟山水道成功运行，“海能Ⅲ”号是世界发电量最大的漂浮式立轴潮流能示范电站，标志着我国潮流发电在关键技术上处于世界领先水平[10]。
3.3 合理建议
潮流能继承了潮汐发电中优势方面技术，应先建设百千瓦级示范装置，解决机组的水下安装、维护和海洋生态环境中的生存问题。和风力发电一样，应发展“机”，以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产降低成本的目的。同时研究人员还应加强国际间的技术交流。
4 波浪发电
正交相移键控4.1 波浪发电的原理、分类和关键技术
波浪发电是利用波浪运动的位能差、往复力或浮力产生动力，通过发电机来产生电能。波浪发电的关键技术在于如何有效利用不规则运动的波浪能。
波浪发电技术按波浪发电机的种类被分为传统型和试验型。传统型波浪发电技术采用旋转式电机作为发电单元，目前大部分投运中或试验效果较好的装置都采用传统发电机作为发电单元，其技术相对成熟，运行相对稳定，但能量转换装置使能源利用率较低。试验型波浪发电装置采用各种新型发电装置作为发电单元，如直线电机、飞轮电池及各种切割磁感线装置等，其相应技术都处于试验或理论设计阶段，但其简化或省去了能量转换装置，提高了能源利用率。
led发光模块>v50值振荡水柱式(OWC)波浪发电装置是当今世界最普遍的海洋波浪能转换器，其有效地将不规则波浪能转换为双向直线运动的气流，从而带动涡轮发电机发电，由于装置内气流双向运动，研制单向旋转的空气透平发电机成为其关键技术，图2所示为OWC波浪发电原理和双向冲击式透平。
212型参比电极
光学检测技术图2 OWC装置原理和双向冲击式透平
4.2 我国波浪发电技术发展现状
近30年波浪发电的研究发展迅速，我国首先成功研制了气动式航标灯用微型波浪发电装置，在我国南北沿岸海域和大型灯船上广泛应用，弯管型浮标波浪发电装置已出口国外，这标志着我国在微型波浪发电技术和小型岸基式波浪发电技术上已进入世界先进行列。波浪能的并网方案和策略一直是国内研究的焦点[11]。为解决由于潮汐造成的水位差，波浪发电自适应装置的研究也成为国内主要的研究课题[12]。
由中国科学院广州能源研究所研制的“鹰式一号”新型海洋波浪发电装置于2012年12月28日在万山岛海域投放并成功运行，“鹰式一号”与现有波浪能装置相比具有较多优势，实现了
小浪况下间断发电、大浪况下连续发电，并始终保持高效率运行[13]。装置在海洋中拖行或航行时，水阻小、稳定性好，可满足远距离拖行要求。投放与回收不需要海上工程船舶，装置回港维修或在海面检修时，装置整体上浮露出甲板，方便技术人员对其进行检修和保养。
