海洋能發(fā)電現(xiàn)狀分析

馬冬娜

摘 要：該文對不同形式海洋能發(fā)電進行了介紹，包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能和鹽差能等。通過對上述各種海洋能發(fā)電的國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問題和經(jīng)濟可行性問題，在此基礎(chǔ)上對海洋能發(fā)電進行了展望，認為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟上存在的問題，近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。

關(guān)鍵詞： 海洋能 潮汐能 波浪能 發(fā)電

中圖分類號：TM619 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

隨著化石能源的逐漸枯竭，可再生能源逐步引起了人們的重視。作為蘊藏于海水中的可再生能源，海洋能主要包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等。潮汐發(fā)電利用潮汐能進行發(fā)電，波浪能發(fā)電利用波浪發(fā)電裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成電能，溫差能發(fā)電利用海洋表層和深層的溫差，對中間介質(zhì)進行沸騰冷卻，驅(qū)動渦輪機運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電，海流能主要利用海流流動推動水輪機發(fā)電，而鹽差能發(fā)電則是將不同鹽濃度的海水之間的化學電位差能轉(zhuǎn)換成水的勢能，再利用水輪機發(fā)電。

1 概述

現(xiàn)海洋能通常是指蘊藏于海水中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等。巨大的海洋能資源，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，具有很好的開發(fā)前景。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

全世界的海洋能貯量極其巨大，據(jù)估算，潮汐能約27億kw，波浪能約25億kw，海流能約50億kw，溫差能約20億kw，鹽差能約26億kw。我國海洋能源十分豐富，據(jù)估算，潮汐能資源約為1.9億kw；波浪能的開發(fā)潛力約1.3億kw，沿岸波浪能0.7億kw； 海流能0.5億kw；海洋溫差能和鹽差能分別有1.5億kw和1.1億kw。盡管海洋能貯量巨大，但目前開發(fā)利用程度非常低。

2.1 世界發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界上對潮汐能，波浪能的開發(fā)在技術(shù)上比較成熟，很多國家都已經(jīng)建造了潮汐電站和波浪能電站，海流能、溫差能和鹽差能的開發(fā)利用都還在試驗階段，技術(shù)上還有很長的路要走。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2007年底世界潮汐電站的總裝機容量約為30萬kW，僅開發(fā)了萬分之一的潮汐資源。世界上最大的潮汐電站是1966年建成的法國朗斯潮汐電站，總裝機容量為24萬kW，單機功率為1萬千瓦，共24臺水輪機，年發(fā)電5.44億度。

波浪能發(fā)電是繼潮汐發(fā)電之后，發(fā)展最快的一種海洋能源的利用。目前世界上已有日本、英國、愛爾蘭、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、美國和中國等國家和地區(qū)在海上研建了波浪能發(fā)電裝置。英國于2000年11月在Islay島建成一座500kW岸式波浪發(fā)電站（振蕩水柱空氣透平發(fā)電機組），為當?shù)?00戶居民供電，并與蘇格蘭公共電力供應商簽訂了15年的供電合同。葡萄牙2.25MW波浪發(fā)電項目經(jīng)過三年開發(fā)之后，于2008年9月在葡萄牙里斯本隆重開張，號稱世界第一座海浪發(fā)電機。但2009年3月宣告失敗。

1979年8月美國在夏威夷建成第一座閉式循環(huán)海洋溫差發(fā)電裝置是溫差能利用的一個里程碑。這座50kw級的電站不僅系統(tǒng)地驗證了溫差能利用的技術(shù)可行性，而且為大型化的發(fā)展取得了豐富的設(shè)計、建造和運行經(jīng)驗。美國50KW MINI—OTEC號海水溫差發(fā)電船，由駁船改裝，錨泊在夏威夷附近海面，采用閉式循環(huán)，工質(zhì)是氨，利用深層海水與表面海水約21～23℃的溫差發(fā)電。1979年8月開始連續(xù)3個500 h發(fā)電，發(fā)電機發(fā)出50 kW的電力。瑙魯海水溫差發(fā)電站是日本“陽光計劃”，1973年選定在太平洋赤道附近的瑙魯共和國建25 MW溫差電站，1981年10月完成100kW實驗電站。該電站建在岸上，將內(nèi)徑70 cm，長940 m的冷水管沿海床鋪設(shè)到550m深海中。最大發(fā)電量為120 kW，獲得31.5 kW的凈出力。

從2001年開始，馬塔切納與意大利科研人員合作研制出世界上第一臺海流能發(fā)電機樣機，并在墨西拿沿海地區(qū)進行發(fā)電試驗并獲成功，產(chǎn)生電能容量可達40 kW。經(jīng)過試驗后，設(shè)計裝機容量最高為130 kW，并于2006年4月3日與意大利國家電力公司的電力運輸網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。目前，世界上只有以色列建了一座150 kW的鹽差能發(fā)電的實驗裝置，實用性鹽差能發(fā)電站還未問世。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對潮汐能的利用比較早，波浪發(fā)電的研究相對起步較晚，而海流能，溫差能和鹽差能的利用也是停留在試驗階段。自1958年，我國陸續(xù)在廣東順德東灣，山東乳山和上海崇明等地建立了幾十座潮汐能發(fā)電站，是世界上建潮汐電站數(shù)量最多的國家。不過建成的大部分潮汐電站由于建造水平低、經(jīng)濟效益差、利用價值少均已廢棄，至今只有7座電站仍在正常運行發(fā)電。目前，這7座潮汐電站的總裝機容量為7660 kW，年發(fā)電量超過1000萬度，年發(fā)電量僅次于法國、加拿大，居世界第三位。

作為世界上主要的波能研究開發(fā)國家之一，我國從20世紀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了研究。1985年中科院廣州能源研究所開發(fā)成功利用對稱翼透平的航標燈用波浪發(fā)電裝置。經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國已有60～450 W的多種型號產(chǎn)品并多次改進，目前已累計生產(chǎn)600多臺在我國沿海使用，并出口到日本等國家。

溫差能利用方面，1985年我國科學院廣州能源研究所開始對溫差利用中的一種“霧滴提升循環(huán)”方法進行研究。1989年，該所在實驗室實現(xiàn)了將霧滴提升到21 m的高度記錄。同時，該所還對開式循環(huán)過程進行了實驗室研究，建造了兩座容量分別為10 Wt和60 W的試驗臺。

我國海流能發(fā)電研究始于1982年。1984年，哈爾濱工程大學在實驗室研制成60 W水輪機。1989年研制成1 kW河流能發(fā)電裝置并在水庫里進行了兩個月的發(fā)電試驗。我國于2000年建成70 kW潮流實驗電站，并在舟山群島的岱山港水道進行海上發(fā)電試驗，是世界上第一個漂浮式潮流能試驗電站。從研究水平看，我國研建70 kW潮流能實驗電站在國際上居領(lǐng)先地位，但尚有一系列技術(shù)問題有待解決。

鹽差能利用方面，我國西安冶金建筑學院于1985年對水壓塔系統(tǒng)進行了試驗研究。上水箱高出滲透器約10 m，用30公斤干鹽可以工作8～14 h，發(fā)電功率為0.9～1.2 W。

3 存在問題及發(fā)展趨勢分析

3.1 技術(shù)方面問題

現(xiàn)有的潮汐電站水電工程建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機組尚未定型標準化，潮汐電站比較復雜，潮汐大壩會對環(huán)境造成影響，這些都是潮汐能開發(fā)中存在的問題。波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，效率低，電力輸出波動性大。由于波浪能的不穩(wěn)定性，如何積累、存儲波浪能使其成為有用的能源，如何提高設(shè)備的抗惡劣環(huán)境的能力等問題都限制了目前波浪發(fā)電之發(fā)展，致使波能發(fā)電系統(tǒng)研究開發(fā)成長趨緩。

海流能、溫差能和鹽差能的開發(fā)利用都還在試驗階段，技術(shù)上還有很長的路要走。

3.2 經(jīng)濟方面問題

從數(shù)據(jù)分析看，潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電的單位千瓦造價相對較高，發(fā)電機組利用率不高。位于福建寧德福鼎沙埕港八尺門的潮汐電站建設(shè)項目已完成預可行性研究報告，一期電站裝機為2.4萬kW，工程總投資為5.3億元，合單位千瓦造價20208元。由于潮汐發(fā)電是波動和間歇的，輸出功率變化大，發(fā)電機組利用率不高。2008年江廈潮汐電站的年發(fā)電量為721萬千瓦時，上網(wǎng)電量為693萬千瓦時。汕尾100 kW岸式波力電站的投資為210萬元，合單位千瓦造價21000元。該波力電站于1996年12月開工，設(shè)計年平均功率為20 kW，年發(fā)電量17.52萬千瓦時，設(shè)計年利用小時數(shù)為1752 h。

3.3 發(fā)展趨勢分析

近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。我國2007年發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中指出，“要積極推進海洋能的開發(fā)利用，重點發(fā)展潮汐發(fā)電，到2020年我國要建成潮汐電站10萬千瓦”，其中并未提及波浪發(fā)電發(fā)展目標。而且目前把利用潮汐發(fā)電等同于常規(guī)小水電來開發(fā)，也削弱了開發(fā)利用潮汐能的積極性。

4 結(jié)語

該文對潮汐能、波浪能、溫差能、海流能和鹽差能等海洋能發(fā)電的工作原理、應用方式、發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進行了介紹。通過對上述各種海洋能發(fā)電的國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問題和經(jīng)濟可行性問題，在此基礎(chǔ)上對海洋能發(fā)電進行了展望，認為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟上存在的問題，近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。

參考文獻

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