滾滾潮流送電來(lái)

章炳捷

工作中的李蘭娟浙江是海洋大省。海洋能研發(fā)事關(guān)國(guó)家海洋戰(zhàn)略、海上國(guó)防建設(shè)、國(guó)家能源戰(zhàn)略，對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域如高端裝備制造、海島能源供給、海洋特色經(jīng)濟(jì)等具有深遠(yuǎn)意義。2016年1月，裝機(jī)容量3.4兆瓦的大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組總成平臺(tái)在浙江秀山島南部海域安裝，并成功實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)大功率發(fā)電、穩(wěn)定發(fā)電、發(fā)電并網(wǎng)三大跨越，標(biāo)志著我國(guó)海洋潮流能發(fā)電技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界上為數(shù)不多的掌握規(guī)?；_(kāi)發(fā)利用海洋能技術(shù)的國(guó)家之一。該項(xiàng)目的實(shí)施為我國(guó)實(shí)施海島開(kāi)發(fā)提供了新的能源解決方案，為人類(lèi)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用海洋清潔能源探索出一條行之有效的科學(xué)路徑，屬于新能源領(lǐng)域世界級(jí)重大突破。

潮流能變電能

潮流能，又稱海流能，是潮水在水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所含有的動(dòng)能，是海洋中海水因熱輻射、蒸發(fā)、降水、冷縮等而形成的密度不同的水團(tuán)，再加上風(fēng)應(yīng)力、地轉(zhuǎn)偏向力、引潮力等作用而具有相對(duì)穩(wěn)定速度的流動(dòng)能量。它具有儲(chǔ)量巨大、清潔無(wú)污染、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，而且不同于潮汐發(fā)電，潮流能發(fā)電一般無(wú)須建壩，可以節(jié)約大量投資。由于規(guī)律性強(qiáng)、發(fā)電時(shí)間可預(yù)測(cè)、不占用陸地，潮流能被譽(yù)為“藍(lán)色油田”和“海上沙特阿拉伯”，是新一輪能源產(chǎn)業(yè)革命的重要方向之一。

潮流能的發(fā)電原理和風(fēng)力發(fā)電類(lèi)似，即把水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。潮流能發(fā)電技術(shù)按照水輪機(jī)組主要包括垂直軸潮流能發(fā)電技術(shù)和水平軸潮流能發(fā)電技術(shù)。垂直軸潮流能發(fā)電技術(shù)是采用水流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)軸垂直的潮流能水輪機(jī)，通過(guò)水輪機(jī)葉輪捕獲潮流能，海水流經(jīng)槳葉產(chǎn)生垂直于水流方向的升力， 使葉輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的潮流能發(fā)電技術(shù)。水平軸潮流能發(fā)電技術(shù)是采用水流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)軸平行的潮流能水輪機(jī)，通過(guò)水流推動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)發(fā)電的潮流能發(fā)電技術(shù)。其他潮流能發(fā)電技術(shù)還包括振動(dòng)水翼式潮流能發(fā)電技術(shù)、鏈?zhǔn)匠绷髂馨l(fā)電技術(shù)等，但目前應(yīng)用較少。LHD項(xiàng)目的渦輪通過(guò)捕獲海洋水平流動(dòng)的動(dòng)能，使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)逆變電控系統(tǒng)達(dá)到極高的電力等級(jí)質(zhì)量要求而并入國(guó)家電網(wǎng)發(fā)電。

兆瓦級(jí)潮流能發(fā)電機(jī)組

據(jù)杭州林東新能源科技股份有限公司林東總工程師介紹，自2009年開(kāi)始，公司海歸科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)8年成功研發(fā)出世界首臺(tái)“3.4兆瓦LHD模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組”系統(tǒng)群，極大地推進(jìn)了海洋清潔能源科技研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

該發(fā)電機(jī)組由總成平臺(tái)系統(tǒng)、模塊化水輪機(jī)渦輪系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、增變速系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)荷載系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、防腐系統(tǒng)、防海洋生物依附系統(tǒng)、高強(qiáng)度耐沖刷保護(hù)系統(tǒng)、變流升壓控制系統(tǒng)、雙向輸配電系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、安全保護(hù)預(yù)警系統(tǒng)等15大系統(tǒng)構(gòu)成，是個(gè)龐大的系統(tǒng)群。

2016年7月27日，該機(jī)組首批1兆瓦發(fā)電模塊順利下海發(fā)電，并于2016年8月26日成功并入國(guó)家電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了大功率發(fā)電、穩(wěn)定發(fā)電、并入電網(wǎng)三大跨越。繼英、美之后，我國(guó)成為全球第三個(gè)全面掌握海洋潮流能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的國(guó)家。目前已獲授權(quán)的國(guó)際國(guó)內(nèi)專(zhuān)利合計(jì)54項(xiàng)，其中發(fā)明專(zhuān)利19項(xiàng)，包含國(guó)內(nèi)11項(xiàng)，國(guó)際8項(xiàng)。

大功率海洋潮流能發(fā)電機(jī)組屬于世界級(jí)重大突破，在世界范圍內(nèi)沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。自2017年5月25日開(kāi)始，該機(jī)組實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行，這是目前世界上首臺(tái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行的兆瓦級(jí)潮流能發(fā)電機(jī)組。至今實(shí)海況運(yùn)行超過(guò)20個(gè)月，其中連續(xù)并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行超過(guò)11個(gè)月。截至2018年4月11日，累計(jì)發(fā)電超過(guò)70萬(wàn)千瓦時(shí)，并入國(guó)家電網(wǎng)送電470625千瓦時(shí)。

LHD項(xiàng)目的創(chuàng)新成果，標(biāo)志著海流能發(fā)電已經(jīng)可以進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。之前世界上最先進(jìn)的海流能發(fā)電機(jī)組是由GE、勞斯萊斯、阿爾斯通三家聯(lián)合研發(fā)的1兆瓦機(jī)組，2014年9月19日起，機(jī)組在英國(guó)海域全天候發(fā)電，但并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間沒(méi)有超過(guò)4個(gè)月。中國(guó)海流能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了世界前列。

與國(guó)際主流技術(shù)相比，浙江LHD海洋發(fā)電項(xiàng)目采用了“平臺(tái)式+模塊化”的科學(xué)路徑，總成平臺(tái)提供穩(wěn)定可靠的海上工作平臺(tái)，搭載模塊化發(fā)電機(jī)組，同時(shí)為機(jī)組的日常運(yùn)維提供可靠的工作空間，有效破解了海上安裝、運(yùn)行維護(hù)、垃圾防護(hù)、電力輸送等關(guān)鍵問(wèn)題，具有裝機(jī)功率大、資源利用率高、環(huán)境友好性強(qiáng)、海域兼容性好、項(xiàng)目可復(fù)制性強(qiáng)等特點(diǎn)。

英國(guó)是世界公認(rèn)的海洋能技術(shù)強(qiáng)國(guó)。英國(guó)目前研發(fā)成功的是1.2兆瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組，正在研發(fā)突破的是1.5兆瓦發(fā)電機(jī)組，計(jì)劃到2025年實(shí)現(xiàn)裝備2兆瓦發(fā)電機(jī)組。林東模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組立足舟山，起點(diǎn)就是3.4兆瓦，技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。

引領(lǐng)科技創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在2018年年底前，將3.4兆瓦LHD模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組剩余2.4兆瓦模塊全部下海，全面實(shí)現(xiàn)3.4兆瓦設(shè)計(jì)總裝機(jī)。同時(shí)，不斷完善和優(yōu)化3.4兆瓦示范機(jī)組的研發(fā)、建設(shè)，做好運(yùn)行管理和總結(jié)提升，在核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備制造方面不斷提高科技水平和產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。目前團(tuán)隊(duì)正在加緊研制10兆瓦模塊化發(fā)電機(jī)組，待其成功實(shí)施后，再向單臺(tái)20兆瓦機(jī)組發(fā)起挑戰(zhàn)，引領(lǐng)全球海洋能科技創(chuàng)新研發(fā)。屆時(shí)它不僅會(huì)形成新的萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)，而且將助力我國(guó)海洋科技創(chuàng)新和海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展添磚加瓦。