我国潮流能、波浪能研究与试验和示范工程现状分析*

李健，杨立，邱泓茗，徐红瑞，李晶

(国家海洋技术中心 天津 300112)



我国潮流能、波浪能研究与试验和示范工程现状分析*

李健，杨立，邱泓茗，徐红瑞，李晶

(国家海洋技术中心 天津 300112)

我国海洋可再生能源正处于快速发展时期，自2010年国家设立海洋可再生能源专项资金以来，一大批的示范工程、研究与试验项目得到大力的支持与推广，形成了一批拥有自主知识产权的技术与装备。但是作为一个全新的能源领域，在项目实施过程中难免遇到一些问题，文章对2010—2011年立项的海洋能专项项目情况进行调研分析，对研究与试验项目和示范工程进行分类总结与概括，阐述当前海洋能专项项目在实施过程中的问题和不足，并对将来海洋可再生能源专项项目的发展提出一些建议。

海洋可再生能源；潮流能；波浪能；利用现状

2010年6月，国家海洋局与财政部共同出台了《海洋可再生能源专项资金管理暂行办法》，通过每年投入2亿元的专项资金资助国内海洋能利用和海洋能技术的发展。第一批的专项资金项目已于2010年启动，按照进度计划，现在多数项目应该进入结题验收阶段。在这4年中，海洋可再生能源领域专项项目有序开展，形成了多项具有自主知识产权的海洋能转化和利用技术，培养了一批海洋可再生能源领域的专项人才，填补了我国海洋可再生能源领域尤其是海洋发电领域的多项空白。通过国家财政的不断支持，虽然已经形成了规范化的海洋可再生能源的理论研究体制，但是在某些关键技术实际应用方面，还存在很大的不足。本文从潮流能研究与试验、波浪能研究与试验、示范工程3个方面对当前海洋可再生能源发展进行分析，并提出一些建议。

1 潮流能研究与试验现状分析

潮流能研究与试验是拟将潮流能转换为电能或其他可利用资源的研究与试验。潮流能能量密度大，有其他海洋能不可比拟的持续性、规律性和可预见性，

目前我国潮流能发电装置根据不同的需求可采用拖曳式、漂浮式和座底式等方式，其中拖曳式、漂浮式潮流能发电装置结构简单，可维护性强，多为浮标、潜标或海床基供电。由于拖曳式、漂浮式潮流能发电装置固定结构有限，发电装置不仅会受到潮流能的作用，还可能受到海洋表面波浪的作用，这样发电装置的主轴受力将极为复杂，极易断裂，其可靠性指标是制约拖曳式、漂浮式潮流能发电装置发展的主要因素。相比之下，座底式潮流能发电装置完全避免了海洋表面的不利因素，发电装置的发电效率和可靠性相对提高。如果采用导流罩或者变桨距等技术，发电效率和可靠性将会进一步提升，但是在发电效率的计算方法上，不同的参数输入将导致发电效率计算结果的较大差异。如何规范发电效率的计算方法，是当前面临的一个问题。座底式潮流能发电装置多处于十米甚至几十米深的水下，其可维护性成为限制潮流能发电装置的关键，为此，设计人员对浅水区潮流能发电装置采用自动升降结构设计，对深水区潮流能发电装置采取浮箱结构设计，增加了发电装置的可维护性能。

潮流能发电装置已经基本成熟，但是在发电效率和可靠性方面仍有不足：① 发电装置转换效率。如今海洋行业内部还没有专门对海洋能发电装置的发电效率进行科学、权威的解释，因此每个项目都有自己的发电装置转换效率的计算公式，导致了发电效率数据满足任务书要求却与发电功率相差很远。② 发电装置可靠性。海洋环境错综复杂，尤其当前海洋能发电装置在防腐蚀、机械结构防生物附着和关键部件的刚度、强度等方面还存在一些不足，海洋能发电装置的长期正常运行特征还有待考验，如何保证海洋能发电装置的可靠性能是海洋能发电装置实现产业化的关键。

2 波浪能研究与试验现状分析

波浪能是海洋中分布最广的能源，波浪能发电装置相对较小且适用范围大，常用的波浪能发电装置主要有振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、鸭式等。波浪能发电装置原理灵活，目前一种横轴转子水轮机波浪发电系统采用波浪能往复利用原理，大大提高了能量捕获率，但是对于该装置的能量捕获率计算方法，却有不同的见解。波浪能发电装置一般工作于海洋的表面，其工作海况对发电装置有一定的影响，尤其对无固定支撑结构的波浪能发电装置，其生存能力是发电装置能否达到技术成熟的关键因素。

波浪能分布平均且易于获取，采用波浪能发电可以解决浮标、潜标等海洋观测设备定期更换电池的问题，降低了海洋观测设备维护周期，波浪能资源虽然已得到一定的发展，但是通过具体的试验情况，也暴露出了一些问题：① 实验室试验。实验室内的单一波、单一流虽然可以对波浪能发电装置进行理想模型的分析，但是面对海洋环境，尤其是海洋波浪的实际环境，要考虑表面风场、表面流场等因素对发电装置效率的影响。② 海试方案。详细和充分的海试方案是保证波浪能发电装置的正常工作关键要素，项目组应在项目设计阶段对海试方案进行分解和细化，进行多次海试，不断改进，避免单一海试试验失败，影响项目的进程和经费的调整。

3 海洋可再生能源示范工程现状分析

海洋能示范工程是以海洋能与风能、太阳能等可再生能源组织整合，形成以可再生能源为基础的电力系统工程，其多采用技术成熟的海洋能发电装置，其稳定性已经在研究性试验中得到验证。

我国海洋能独立电力系统示范工程是海洋能专项支撑的重点，一切工作都是在探索中进行，虽然示范工程采取的发电装置都是经过验收并且技术已经相对成熟，但是由于示范工程是多个可再生能源的综合利用，示范工程的海域使用面积大，大型示范工程对海岛的影响以及海洋能发电装置的结构建设等都是制约示范工程的因素：① 海域使用申请。海域使用申请是制约示范工程能否“落地”的关键要素，多个项目的实施方案中的计划海域与实际使用海域并不相符，导致实际的海域水动力参数无法满足发电装置的要求。项目组应在项目申请前与当地政府进行详细地沟通，确保海域申请可以顺利完成，当地政府也应放宽海域使用条件，转变“政绩优先”的思维，配合海洋能项目的进行。② 海岛生态保护。海岛生态保护也应是海洋能示范工程要考虑的因素之一，尤其是在实施方案编制过程中要充分调研和分析示范工程对当地海岛生态的影响，保护当地的生态条件。

4 结论与建议

海洋可再生能源潮流能、波浪能具有能量捕获简单，能量分布广泛，发电装置设计较成熟等特点，已经成为当前海洋可再生能源利用的热点。我国海洋可再生能源利用尚处于发展阶段，多项关键技术还在探索与研究之中，因此对未来海洋可再生能源发展提出以下建议：① 海洋能项目虽然理论分析数据完善，但是实际海试经验不足，尤其在发电装置的可靠性、可维护性、环境适应性等方面没有详细的解决与认证方案。因此，要在设计与制造环节严格控制，加大海试试验力度，制定试验大纲和相关标准，规范海洋可再生能源发电装置，促进海洋可再生能源的发展。② 建立项目节点控制机制，按照项目的进度定期督查或检验项目的实际进程，及时解决项目实施过程中发现的问题，避免由于项目延期而减少对海洋可再生能源发电装置的技术投入。③ 继续加强海洋能综合支撑平台建设，推动海洋能开发利用技术发展与产业化进程，为我国海洋能事业的发展提供技术保障和支持。④ 与当地政府配合，在海域使用与生态保护方面协商与沟通，及时反馈问题，保障海洋可再生能源项目的顺利实施。

2013年海洋能专项基金“海洋能综合支撑服务平台建设”( GHME2013ZC01).

P74

A

1005-9857(2015)03-0013-02