探討海洋波浪能的綜合利用

梁雋怡

(山東省青島市第39中學,山東青島 266003)

探討海洋波浪能的綜合利用

梁雋怡

(山東省青島市第39中學,山東青島 266003)

海洋波浪能是清潔的可再生能源,隨著我國海洋強國戰(zhàn)略的推進,獨立海島的開發(fā)將需要大力開發(fā)波浪能,綜合利用波浪能是擺在我們面前迫切需要研究的課題。根據(jù)我國海島及沿海地區(qū)的能源環(huán)境現(xiàn)狀,探討波浪能開發(fā)與海水淡化、海洋資源開發(fā)、海洋養(yǎng)殖、海島建設(shè)、海上旅游等相結(jié)合的發(fā)展方式,并對于重點發(fā)展旅游業(yè),沿海島嶼建設(shè),提出一種綜合利用波浪能的發(fā)展思路。

波浪能 綜合開發(fā)利用 海島及沿海地區(qū)

1 海洋波浪能開發(fā)前景

中國是一個人口眾多的發(fā)展中國家，在改革開放政策的推動下，中國經(jīng)濟取得了令人矚目的快速發(fā)展。在經(jīng)濟快速發(fā)展的背后是能源的巨大消耗，中國已經(jīng)成為繼美國、日本之后的第三大能源進口國，發(fā)展無污染的清潔能源成為迫切需求。

目前我國近海島嶼的經(jīng)濟來源主要在海產(chǎn)養(yǎng)殖和海洋旅游兩方面，由于電力、淡水資源缺乏的原因，近海島嶼的經(jīng)濟發(fā)展受到很大的影響，而海洋可再生能源開發(fā)利用技術(shù)是一種改善島嶼供電、供水情況的有效途徑?？梢灶A見，隨著示范工程的運行，海島生活環(huán)境將會得到改善，制約旅游業(yè)發(fā)展的瓶頸問題將會得到一定程度解決，這勢必會促進海島旅游經(jīng)濟的發(fā)展。

利用海島自身所具備的自然資源來解決海島用電問題，可以從根本上改善島嶼居民用電、用水情況，提高居民生活條件，降低海島對大陸輸入能源的依賴度；既能解決居民用電問題，又無環(huán)境污染。

(1)伴隨常規(guī)能源的日益緊張以及節(jié)能減排的迫切要求，新能源技術(shù)獲得了長足的進步，大力發(fā)展海島可再生能源可以減少海島對傳統(tǒng)能源的依賴度。

(2)海島的資源有限，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，有效地利用海島可再生能源可以最大限度地降低人為污染和破壞，保護海島當?shù)丨h(huán)境。

(3)相比較于海底電纜輸電的高成本和柴油發(fā)電的高噪聲、高污染，有效地利用和開發(fā)海島可再生能源，可以節(jié)約成本、改善環(huán)境。

(4)大力發(fā)展大陸近海海島獨立能源系統(tǒng)的建設(shè)，形成海島可再生能源設(shè)備的規(guī)模化應用格局，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

(5)遠離大陸的西沙、南沙群島、深海鉆井平臺的深入開發(fā)需要有充足的能源供給，海島可再生能源發(fā)電可以為其提供完善的解決方案。

2 波浪能開發(fā)利用現(xiàn)狀

國內(nèi)外對波浪能利用的研究已有相當長時間，經(jīng)歷了不少艱難和曲折，英國、日本、挪威等國從20世紀70年代就開始了波浪能發(fā)電的研究。目前國內(nèi)外波浪能發(fā)電裝置主要分為沿岸固定式裝置和離岸漂浮式裝置兩大類，而從目前波浪能所采用的轉(zhuǎn)換原理上看大致可分為聚波蓄能式(水庫式)、振蕩水(浮子)柱式、擺式和筏式等。雖然世界上對波浪能發(fā)電裝置的研究開發(fā)歷史不短，也研制了不少試驗發(fā)電裝置(電站)，有的容量還相當大，但是目前整個行業(yè)尚未達到高度商業(yè)化的階段。

2.1 國外現(xiàn)狀

在國外，波能轉(zhuǎn)換技術(shù)始于20世紀60年代中期，日本的益田善雄首先開發(fā)成功航標燈用微型波力發(fā)電裝置。在世界石油危機的沖擊下，許多沿海工業(yè)化國家陸續(xù)開始波浪能開發(fā)研究，各類波浪發(fā)電裝置波浪能轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計實驗層出不窮，以英、日、挪為代表的各國專家在對眾多波能轉(zhuǎn)換裝置進行了大量的實驗室研究后，篩選出幾種有前途的轉(zhuǎn)換方案，各國相繼建成了約20個波浪能轉(zhuǎn)換裝置或電站，逐步形成了小規(guī)模、商業(yè)化的運用開發(fā)。本世紀初以來，開發(fā)發(fā)電成本低、生存能力強的商業(yè)化波浪發(fā)電裝置，成為當前海洋波浪能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。其中，最成功的當屬愛丁堡的Pelamis Wave Powe公司研制的“Pelamis”波浪發(fā)電機。目前，在葡萄牙、蘇格蘭等地分別有該裝置的試驗基地，其中，在葡萄牙建成了世界上第一座“Pelamis”商用海浪發(fā)電站。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

中國是世界上主要的波能研究開發(fā)國家之一，波浪發(fā)電技術(shù)研究始于70年代，從80年代初開始主要對固定式和漂浮式振蕩水柱波能裝置以及擺式波能裝置等進行研究，且獲得較快發(fā)展，微型波浪發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，小型岸式波浪發(fā)電技術(shù)已進入世界先進行列。但我國波浪能開發(fā)的規(guī)模遠小于挪威和英國，小型波浪發(fā)電距實用化尚有一定的距離。

總結(jié)來講，國內(nèi)現(xiàn)有的波能轉(zhuǎn)換裝置通常采用岸線式或近岸式布置方式，它們對裝置使用地點的要求十分苛刻，既要求該地區(qū)的近岸波浪能足夠大，又要求沿岸地形適合相關(guān)土木工程建設(shè)，另外，此類裝置多為固定式裝置，存在抗惡劣天氣能力差的缺點。這些因素也是導致我國波浪能轉(zhuǎn)換裝置從上世紀80年代發(fā)展至今，但仍未實現(xiàn)規(guī)?；⑸虡I(yè)化應用的主要原因之一。綜合來看，我國的波能轉(zhuǎn)換裝置的研制水平與國外先進水平相差較大，尚未形成可規(guī)模化、商業(yè)化應用的產(chǎn)品。

3 波浪能綜合開發(fā)利用思路

多元化和綜合利用是目前波能開發(fā)利用發(fā)展的新動向。在海岸工程領(lǐng)域.關(guān)于波浪能開發(fā)利用的研究和探索正在逐漸成為備受關(guān)注的課題，結(jié)合防波堤等海工和港工設(shè)施建造波力電站，可為波能利用開創(chuàng)了新途徑，是目前波浪發(fā)電行業(yè)研究的熱點之一。由于電站的土建可以結(jié)合工程進行，波浪發(fā)電的成本大為降低。電站的吸收波浪能的作用，還可減輕作用在海工建筑上的波浪沖擊載荷，提高建設(shè)費效比，增加工程可靠性。對于重點發(fā)展旅游業(yè)，需要建設(shè)客滾船和游艇碼頭的沿海島嶼，為保護?？看У陌踩?，必須建設(shè)防波設(shè)施，研究比較把防波堤建設(shè)與組合波浪能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)，綜合性策劃、設(shè)計，結(jié)合起來建設(shè)，可以功能互補、減少重復、節(jié)約成本，具有多方面的重要意義。

無論是海島的開發(fā)建設(shè)，還是海島居民的日常生活，都需要穩(wěn)定可靠的能源動力作為保障，因此，解決能源問題對于開發(fā)與發(fā)展海島至關(guān)重要。由于其孤立的地理位置，海洋島嶼無法實現(xiàn)電網(wǎng)覆蓋，島上軍民的用電緊張問題較為突出。目前，我國海島能源利用方式以大陸供給常規(guī)能源為主，具體分為海底電纜鋪設(shè)直接供電及柴油發(fā)電兩種方式。

海底電纜鋪設(shè)直接供電普遍應用于距離大陸較近的海島。離大陸較遠的海島無法鋪設(shè)電纜，同時海底鋪設(shè)電纜還會對海底植被和生態(tài)造成一定破壞，而且建設(shè)和維護成本較高。

柴油發(fā)電適用于具有一定電力條件(輸變電設(shè)備等)，因距離較遠等因素無法通過電纜直接供電的海島，需要用電只好采用柴油發(fā)電的方式，但是柴油發(fā)電存在運行維護成本高、燃料運輸困難、噪聲和尾氣排放影響當?shù)剀娒裆畹膯栴}。當內(nèi)燃機出現(xiàn)故障時，往往得不到及時維修，給當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活帶來了極大的不便。

由于地理、氣候、成本、技術(shù)等多方面因素，常規(guī)能源得不到持續(xù)供應，全國多數(shù)海島仍處于缺電、缺水的境況，尤其是在臺風頻發(fā)的東南沿海。近年來，隨著國家對海洋資源開發(fā)以及可再生能源利用的重視，相關(guān)學者提出了采用可再生能源作為解決海島能源問題的方案。利用波浪能解決海島、沿海的部分能源問題具有很強的社會和經(jīng)濟效益：

(1)伴隨常規(guī)能源的日益緊張以及節(jié)能減排的迫切要求，新能源技術(shù)獲得了長足的進步，大力發(fā)展海島可再生能源可以減少對遠程網(wǎng)電和海島柴油發(fā)電對傳統(tǒng)能源的依賴度。

海島的資源有限，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，有效地利用海島可再生能源可以最大限度地降低人為污染和破壞，保護海島當?shù)丨h(huán)境。

(2)相比較于海底電纜輸電的高成本和柴油發(fā)電的高噪聲、高污染，有效地利用和開發(fā)海島可再生能源，可以節(jié)約成本、改善環(huán)境。

(3)大力發(fā)展大陸近海海島獨立自然能源系統(tǒng)的建設(shè)，形成海島可再生能源設(shè)備的規(guī)?；瘧酶窬?，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

(4)遠離大陸的西沙、南沙群島的深入開發(fā)需要有充足的能源供給，海島從可再生能源發(fā)電、海水淡化、植物培植等入手，形成獨立的自然循環(huán)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，可以為海島人類生存、長期生活、支撐發(fā)展、維護權(quán)益提供完善的解決方案。

在經(jīng)濟效益上，目前近海島嶼的經(jīng)濟來源主要在海產(chǎn)養(yǎng)殖和海洋旅游兩方面，由于電力、淡水資源缺乏的原因，近海島嶼的經(jīng)濟發(fā)展受到很大的影響，而海洋波浪能開發(fā)利用技術(shù)是一種改善島嶼供電、供水情況的有效途徑?？梢灶A見，隨著示范工程的運行，海島生活環(huán)境將會得到改善，制約旅游業(yè)發(fā)展的瓶頸問題將會得到一定程度解決，這勢必會促進海島旅游經(jīng)濟的發(fā)展。同時將這部分能源開發(fā)與海水淡化、海洋資源開發(fā)、海洋養(yǎng)殖、海島建設(shè)、海上旅游結(jié)合起來具有重要意義。

在社會效益上，利用海島自身所具備的自然資源來解決海島用電問題，可以從根本上改善島嶼居民用電、用水情況，提高居民生活條件，提高當?shù)厝藲?，降低海島對大陸輸入能源的依賴度；既能解決居民用電問題，又無環(huán)境污染；示范工程將為解決近海島嶼供電、供水問題提供大量的實驗數(shù)據(jù)，積累豐富的管理經(jīng)驗，為進一步推動海洋可再生能源開發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展及其大范圍推廣打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]陳恩鑒.國外海洋能開發(fā)研究的現(xiàn)狀及展望.第五屆海洋能源利用研討會論文集.廣州,1994:3-18.

[2]陳家菁,王龍文.波力發(fā)電方案的工程性探討.海洋工程,1995,13 (1):55-56.