淺議海洋新能源的開發(fā)現(xiàn)狀、發(fā)展前景及應注意的幾個問題

楊 瑾

（山東社會科學院海洋經(jīng)濟研究所 青島 266071）

淺議海洋新能源的開發(fā)現(xiàn)狀、發(fā)展前景及應注意的幾個問題

楊 瑾

（山東社會科學院海洋經(jīng)濟研究所 青島 266071）

開發(fā)海洋新能源是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。文章通過敘述了國內(nèi)外海洋新能源的開發(fā)進展狀況及對其前景的分析，提出了我國應加大海洋風電場的建設和建設海洋風電場應注意的幾個問題。

海洋新能源；波浪能；潮汐發(fā)電；海上風電

近年來，曾支撐20世紀人類文明高速發(fā)展的以石油、煤炭和天然氣為主的石化能源出現(xiàn)了前所未有的危機，除其儲藏量不斷減少外，更嚴重的是科學研究發(fā)現(xiàn)，石化能源在使用后產(chǎn)生的二氧化碳氣體作為溫室效應氣體排放到大氣中后，人為地導致了全球變暖，引發(fā)了人們對未來社會發(fā)展動力來源的廣泛關注和思考。因此，新能源的開發(fā)有可能成為未來最重要的經(jīng)濟增長引擎，成為最有創(chuàng)造就業(yè)和財富能力的新經(jīng)濟支柱。

1 海洋新能源的種類及開發(fā)現(xiàn)狀

海洋面積占地球總面積的70.8%，一望無際的汪洋大海不僅為人類提供航運、水產(chǎn)和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量。海洋新能源是指依附在海水中的可再生能源，如潮汐能、波浪能、風能、海流潮流能和溫差能等。據(jù)估計，全球海洋能的蘊藏量大約是776億k W。

1.1 海洋潮汐能的開發(fā)現(xiàn)狀

潮汐能發(fā)電是利用海水漲、落潮的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。潮汐能發(fā)電是在海洋能中發(fā)展最早、規(guī)模最大和技術最成熟的一種。19世紀末和20世紀初人們就開始研究利用潮汐發(fā)電，1913年法國建成了世界第一座實驗性潮汐發(fā)電站。目前世界上潮汐發(fā)電的設備日臻完善、技術日趨成熟，將潮汐發(fā)電于電網(wǎng)并網(wǎng)的經(jīng)濟可行性得到證明，美國、日本和英國等國家正積極建設經(jīng)濟性完好的大型潮汐發(fā)電站。

我國海洋能開發(fā)已有近幾十年的歷史，迄今已建成潮汐電站8座，但是現(xiàn)有潮汐電站整體規(guī)模和單位容量還很小，單位千瓦造價高于常規(guī)水電站。自1985年起，華東地區(qū)的浙江、福建對幾個萬千瓦級潮汐電站址進行了考察、勘測和規(guī)劃設計并做了可行性研究等大量的前期準備工作。由于技術水平方面的原因，目前我國現(xiàn)仍停留于小型潮汐電站水平上，尚不能制造新型5 000 k W以上適于潮汐發(fā)電的高效能機組，從而使潮汐發(fā)電的單千瓦造價仍略高于常規(guī)能源。目前存在的關鍵問題是：中型潮汐電站水輪發(fā)電機組技術問題沒有完全解決；水輪發(fā)電機組尚未定型標準化；海水工程建筑物的施工技術還比較落后。如果解決了這些問題，潮汐能將是華東地區(qū)的一個重要補充能源。

1.2 海洋波浪能開發(fā)現(xiàn)狀

波浪能發(fā)電是利用海面波浪的垂直運動、水平運動和海浪中水的壓力變化產(chǎn)生的能量發(fā)電。波浪發(fā)電裝置的原理、結(jié)構均較簡單，因而不僅經(jīng)濟且效果顯著。1910年，法國人波拉歲奎第一次成功地進行了海洋波浪能的發(fā)電試驗，并獲得了1千萬電力。從國際上看，波力發(fā)電技術已日趨成熟，正向?qū)嵱没⑸虡I(yè)化發(fā)展。從經(jīng)濟性方面看，將海洋波浪能發(fā)電用于島嶼上、航標燈上或結(jié)合防波堤工程，效益是肯定的。

我國擁有遼闊的海域，海岸線漫長，波浪能十分豐富，每年平均浪高2 m、波長1 m的時間可達6 000 h左右。據(jù)統(tǒng)計，波浪能量可達1.7億k W，其可利用的資源達1.3億k W。近10年來，我國波力發(fā)電裝置的研究取得了一定的成果，研究成功航標燈用波力發(fā)電裝置已達實用階段，航標燈是確保航海安全的關鍵助航設施之一。航標燈用波浪發(fā)電裝置可就地取能，不需補給電源，工作可靠，不但改善助航條件，且可節(jié)省航標管理費用。我國生產(chǎn)的BD型波力發(fā)電裝置已接近國際先進水平，可與日本和英國同類產(chǎn)品相競爭。在廣東大萬山島上建設的裝機容量8 k W的震蕩水柱式波力試驗電站于1990年投入運行，此電站由于規(guī)模太小，每千瓦造價近萬元。因此，經(jīng)濟上達不到實用階段。2000年，我國首座岸式波力發(fā)電工業(yè)示范電站廣東汕尾100 k W岸式波力電站建成，通過輸變電路并入100千伏的電壓電網(wǎng)供使用，標志著我國海洋波力發(fā)電技術已達到實用化水平和推廣應用條件［1］。我國對其他岸式波力發(fā)電裝置的形式，如聚能波流式和擺式還在進行可行性研究階段。

1.3 海洋風能的開發(fā)現(xiàn)狀

人類對風能的開發(fā)歷史十分悠久，早在公元前4000年的埃及就已經(jīng)有風車出現(xiàn)。1977年，德國在著名的風谷——石勒蘇益格－荷爾斯泰因州的布隆坡特爾建造了一個世界上最大的發(fā)電風車。目前，風能已成為開發(fā)最廣、發(fā)展速度最快的新能源之一。據(jù)統(tǒng)計全球風力發(fā)電的平均年增長率達26.1%，而海上風電具有突出的風力優(yōu)勢，海上風電多指水深10 m左右的近海風電，它以其不占用土地，對環(huán)境影響較少，且風電機組單機容量更大，年利用小時數(shù)更高等特點，受到了世界各國的廣泛關注，其發(fā)展前景頗為樂觀。自1991年丹麥興建世界上第一個海上風電場以來，歐洲海上風電裝機容量不斷增加、技術水平不斷提高。進入20世紀，德國、丹麥、瑞典、荷蘭和英國等共建成22座海上電風場。截至2008年年底，歐盟海上風電裝機容量已達到1 471 MW，占全球總量的99%，目前已經(jīng)在全球同行中處于遙遙領先的地位。歐洲17座離岸1 km以外的建成或在建風電場見表1。

表1 歐洲17座離岸1 km以外的建成或在建風電場

中國的海上風電產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)穩(wěn)步起航，2007年11月3日，由金風科技生產(chǎn)制造的1.5 MW直驅(qū)式海上風力發(fā)電機組在渤海灣正式并網(wǎng)發(fā)電，這是我國首臺海上風力發(fā)電機組。我國的海上風電產(chǎn)業(yè)近幾年建成的有：上海東海大橋10萬k W海上風電場，所發(fā)電能將通過海底電纜輸送回陸地。正在建設的海上風電場有：由中國海洋石油總公司總投資約210億元，規(guī)劃總裝機容量110萬k W的山東威海風電場。該風電場于2010年10月開始一期建設，計劃10年內(nèi)完工。列入規(guī)劃的有：廣東寶新能源公司投資200億元的陸豐甲湖灣（海上）風電場項目，該項目設計發(fā)電量1 250 MW。規(guī)劃建設中的海上風電場還有：江蘇東如20萬k W海上風電場、河北黃驊100萬k W海上風電場等。

海洋其他能源（如海流潮流能、溫差能及鹽差能）的開發(fā)利用情況，目前只有美國、日本、法國和英國等少數(shù)幾個國家在開發(fā)研究當中或只有中、小規(guī)模的建設運行。

2 海洋新能源的開發(fā)前景

在發(fā)展替代能源和應對氣候變化大潮的推動下，世界各國紛紛加大對海洋新能源的開發(fā)投入。相比之下潮汐能、波浪能等開發(fā)受到一些技術、成本、區(qū)域性的限制目前只有少數(shù)幾個國家在開發(fā)使用。如，日本的一座海洋波能發(fā)電廠已運行8年，電廠的發(fā)電成本雖高于其他發(fā)電方式，但對于邊遠島嶼來說，可節(jié)省電力傳輸?shù)韧顿Y費用。比較容易獲得的是海洋風能，今后海上風電產(chǎn)業(yè)會迅速成長、壯大。在海上建設風電場是目前歐洲風能行業(yè)提出的重大戰(zhàn)略之一，海上風能也是歐洲持續(xù)開發(fā)風能的關鍵領域。為了發(fā)展海上風電，歐盟決定建設環(huán)大西洋歐洲沿岸的海底電纜網(wǎng)，為海上風電的輸送和調(diào)度提供基礎條件和保障設施，這一項目現(xiàn)已經(jīng)進入勘探設計階段。在風能資源普查方面，歐盟結(jié)合海上風電開發(fā)，開始繪制統(tǒng)一的海上風能資源圖，這些措施為風能資源的開發(fā)利用提供了基本的數(shù)據(jù)支持。歐盟每年提供大約3億歐元的研發(fā)經(jīng)費支持包括風電在內(nèi)的可再生能源技術研發(fā)，同時歐盟成員國也提供一定的經(jīng)費支持風電技術的研發(fā)和創(chuàng)新。2007年12月歐洲風能協(xié)會在柏林舉行為期4天的海上風能關鍵問題會議提出：為了實現(xiàn)到2020年歐盟總能源供應的20%來自于可再生能源的目標，需要充分利用海上風電場的巨大潛力。風能雖然對大多數(shù)國家而言還不是主要的能源，但在1999—2005年已經(jīng)成長了4倍以上。據(jù)歐洲風能協(xié)會預測，到2010年，海上風電將會達到1 000萬k W，2020年達到7 000萬k W，發(fā)展前景十分廣闊。

風力發(fā)電之所以發(fā)展如此強勁，是由于風力發(fā)電不僅在環(huán)保方面獨具優(yōu)勢，在經(jīng)濟上、技術上也相當可行。盡管從表面上看起來風力發(fā)電比用煤炭發(fā)電要貴，但這沒有考慮污染的成本。如果從世界環(huán)境和資源的角度看，風電的效益明顯。作為一種清潔能源，風能利用受到了各國政府的重視，在風能裝置的制造，技術研發(fā)等方面都投入了非常大的精力和資金，為風能技術的發(fā)展注入了新的活力，使風能裝置制造工藝的其他方面都有所進步。

我國“十一五”規(guī)劃中就指出，我國必須加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式以應對能源的短缺，在節(jié)約利用常規(guī)能源的同時大力應用新技術開發(fā)新能源，成為能源利用的必經(jīng)之路。據(jù)統(tǒng)計，我國電力工業(yè)排放占全國排放的50%。要實現(xiàn)減排、低碳的目標，必須加快能源結(jié)構調(diào)整。到2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)潛在產(chǎn)值可達1 000億元人民幣，這就成為各種新能源產(chǎn)業(yè)取得好業(yè)績的最大保障。根據(jù)相關數(shù)據(jù)，我國陸地10 m高風能技術可開發(fā)量為2.5億k W，海上風能技術可開發(fā)量為7.5億k W，是陸地上的3倍多，并且海上的風力品質(zhì)更優(yōu)，可以達到3 000～3 500 h／a，而陸地上每年發(fā)電只能達到2 000～2 500 h／a。海上風力資源豐富，更大單機容量機組的安裝比陸上更容易實現(xiàn)。從長遠來看，海上豐富的風能資源和當今技術的可行性，預示著海上風電將成為一個迅速發(fā)展的市場。我國海上風能資源主要分布在經(jīng)濟發(fā)達、電網(wǎng)結(jié)構較強、又缺乏常規(guī)能源的東南沿海地區(qū)，開發(fā)建設海上風電場，是緩解該地區(qū)能源環(huán)境壓力、促進當?shù)亟?jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的有效措施。因此，風力發(fā)電場正從內(nèi)陸及大陸沿海逐步向海上發(fā)展，海上風能將成為我國風能未來發(fā)展方向和制高點。

2020年前，我國將在沿海地區(qū)江蘇南通、鹽城，上海，山東魯北和浙江杭州等海灣，重點建設幾個百萬千瓦級大型海上風電基地，并初步形成江蘇、山東沿海千萬千瓦級風電基地。每千萬千萬瓦級風電場的建成，若按照3 000 h的年發(fā)電能力計算，可減排二氧化碳2 000萬t／a。

3 目前我國發(fā)展海上風電需注意的幾個問題

海上風電行業(yè)的前景雖然廣闊，但要實現(xiàn)這一清潔能源的順利發(fā)展還需注意以下幾個問題。

（1）我國尚處在經(jīng)濟發(fā)展中國家，與發(fā)達國家相比有著很大差距。發(fā)展新能源經(jīng)濟，要借鑒和吸取國際經(jīng)驗，進行目標引導、政策激勵、產(chǎn)業(yè)扶持和資金支持。堅持開發(fā)利用與經(jīng)濟、社會和環(huán)境相協(xié)調(diào)，市場開發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展互相促進，近期開發(fā)利用與長期技術儲備相結(jié)合，政策激勵與市場機制相結(jié)合的原則，按照總體規(guī)劃、分類實施、突出重點、技術創(chuàng)新、滾動發(fā)展的思路，挖掘新能源資源優(yōu)勢，加快海上風電新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）風力發(fā)電的并網(wǎng)使用，至今是世界性難題。另外，電網(wǎng)連接困難的障礙所牽扯出的費用問題以及開發(fā)與運行維護費用等，都成為阻礙海上風電場發(fā)展的因素。要發(fā)揮政府的職權、職能作用，合理安排協(xié)調(diào)。制定風電建設的優(yōu)惠政策，調(diào)動各方面的積極性，大力發(fā)展風電，建議按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網(wǎng)電價。風電價格實行動態(tài)管理，每年進行核算和調(diào)整，使各方面保持發(fā)展風電的積極性。

（3）我國風電設備制造雖然已基本形成生產(chǎn)體系，但產(chǎn)品仍有不少技術缺陷，造成的控制失靈、整機倒塌和葉片斷裂等事故都發(fā)生過。這說明我國風電設備制造存在著技術不成熟的現(xiàn)象。我國的風電專家表示：我們是風電制造大國，但遠遠不是設計與研發(fā)大國，必須掌握關鍵技術和自主知識產(chǎn)權，建立整個風電發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的科技支撐體系。我國在風電領域應加強自主創(chuàng)新能力和基礎研發(fā)能力。

（4）目前制約風電應用的主要瓶頸之一在于大規(guī)模儲能技術的掣肘。鑒于風力發(fā)電的波動性較強，研究開發(fā)大規(guī)模儲能技術和能量轉(zhuǎn)換技術，是發(fā)展風電的當務之急。目前，儲能技術主要有以下幾種：抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能、電容儲能、超級電容器儲能、蓄電池儲能和氫儲能等。在國外，最常見的能量存儲方法是建設抽水蓄能電站。主要是在風力強勁而用戶需求較低的情況下，利用風力發(fā)電機輸出的電能蓄水；當需要電力的時候，再利用水輪機發(fā)電。大力發(fā)展抽水蓄能電站在我國不但十分必要，也是完全可行的［2］。另外，蓄電池儲能、氫儲能也是有可以開發(fā)應用價值的有效儲能方式。

（5）由于海上風能并不穩(wěn)定，如何有效利用海風電力也是需要綜合考慮的問題，解決這一問題需要發(fā)展相關產(chǎn)業(yè)。我國有關部門的專家提出將大規(guī)模風電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè)的設想，并于2009年3月在清華大學完成概念性試驗，取得了一定的成果。就是將非并網(wǎng)風電在網(wǎng)電的適度補充下可用于電解鋁等的正常生產(chǎn)，風電用量至少可占到81%。這樣可以將海上風電力發(fā)電集中供給氯堿、鹽化工、冶金、非金屬原料深加工和海水淡化等高耗能產(chǎn)業(yè)，打破風電非并網(wǎng)使用的瓶頸，對區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展會很有意義。

（6）隨著未來幾年各地風電場的迅猛發(fā)展，應做到發(fā)電、并網(wǎng)和消納等的全盤考慮，為避免浪費和發(fā)電低效率的現(xiàn)象有專家建議，應當以“發(fā)電量”作為風電發(fā)展的標尺，而不是“裝機數(shù)量”。

目前，我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處在初步發(fā)展階段，政府不僅要有支持新能源開發(fā)利用的意向和規(guī)劃，還需盡早著手實施有力的推動措施，抓緊制定合理的價格補償機制和直接的財政補貼機制，建立健全支持新能源發(fā)展的財稅政策體系和風險分擔機制。同時，應盡早將新能源經(jīng)濟發(fā)展的需要納入基礎設施建設規(guī)劃，為新能源經(jīng)濟的發(fā)展壯大提供強有力的基礎保障。

［1］ 孫冰，李穎.海洋經(jīng)濟學［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2005：188－190.

［2］ 黃抗生.開拓中國特色風電之路［N］.人民日報（海外版），2010－03－27（A3）.