一种近岸海洋波浪能发电装置及其在商业化开发中的应用

[芬兰] M.马提凯恩

一种近岸海洋波浪能发电装置及其在商业化开发中的应用

[芬兰] M.马提凯恩

介绍了芬兰AW能源公司开发的“波浪滚轴”波浪能发电装置的技术原理与特点、装置构成及运行情况。该装置可在近岸浅水环境中捕获波浪能，并将其转换为电能，具有易维护、安装成本低、对海洋环境影响小等优点。该装置已在多个示范性项目中成功运行并取得了权威机构的技术认证。一系列测试也表明，该装置可适应极端海况，商业应用前景广阔。

海洋 波浪能；发电；装置测试；芬兰

波浪能是全球未开发清洁可再生能源中潜能最大的资源，其可开发量超过欧洲所有化石燃料发电厂的装机总和。据估算，波浪能至少可以满足全球1/10的能源需求，而全球近岸波浪能的潜能超过500 GW。作为各类可再生能源形式中可预测性(72 h以内)最高的一种，波浪能是可再生能源应用组合中极富价值的补充部分。

“波浪滚轴”(WaveRoller)是由芬兰AW能源公司研发的商用转换器，可将波浪能转换成电能。该公司在葡萄牙、爱尔兰、法国以及中南美洲地区有多个在建项目，波浪能电场的机组数量从2～16台不等，能够为项目所在地沿岸地区提供相当一部分的电力。

此前，波浪能项目的开发一直由政府财政、技术计划和欧盟发展基金提供资金，开发商本身也资助了一些示范性项目。如今，波浪能商业化开发终于迎来了良机。2016年年中, AW能源公司得到了来自欧洲投资银行(EIB)的第一笔10亿欧元商业项目开发贷款。AW能源公司表示，此次贷款获批证明了波浪能项目是可融资的，也为整个波浪能行业的商业化铺平了道路。

1 工作原理

“波浪滚轴”的技术原理由芬兰职业潜水家R. 科伊武萨尼于1999年发明。他的灵感来自于在一次潜水中观察到一艘沉船上的舱盖在近岸水域中的往复运动。他因此产生了利用这种涌浪现象捕获能量的想法。

位于芬兰的AW能源公司创立于2002年。该公司由一些实力雄厚的财团控股，如斯堪的纳维亚公共事业公司——富腾集团(Fortum)。AW能源公司预计，在未来数年里波浪能产业将快速增长。欧盟及其许多成员国对此表现出了积极态度，并给予了有力支持。2016年6月，欧盟海洋事务专员K. 维拉在他访问芬兰期间参观了“波浪滚轴”测试中心。

2 装置构成及特点

“波浪滚轴”在近岸区域的波浪中工作，捕捉涌浪水流的往复运动。“波浪滚轴”的主要部件是一块尺寸为18×10 m的钢板，钢板由铰链固定在海下12 m处，并与一个液压驱动动力输出轴(PTO)单元相连，PTO驱动发电机。发出的电力通过海底电缆接入到岸上电网。该装置的单机额定容量为350 kW。利用当地的波浪能资源，该装置的年发电量为0.6～1.2 GW·h。

“波浪滚轴”安装在一个混凝土基座上，能够像简易潜水艇一样通过压缩空气下沉和上浮，而不需要自升式驳船平台等昂贵设备。该装置在近岸浅水环境中工作，易于维护和维修，从而可减少运营成本和停机维护时间。

近岸海洋能源的储量与远海的资源相当，且设备遭受强风暴破坏的风险要小很多。除此之外，开发近岸海洋能源所需系泊系统与电缆成本也更低，电力传输的损失更少。“波浪滚轴”装置通常安装在距海岸300～800 m的海下。由于该装置位于水下，对视觉上的影响极小且无噪音，因此适于应用在自然风景优美的地区和旅游胜地。葡萄牙的示范项目就位于欧盟NATURA 2000自然保护区内。该装置与振荡水柱一起移动，因此对于海洋生物不会造成威胁。恰恰相反，在葡萄牙的示范项目中可以观察到，该装置形成了一个人工礁，并吸引了很多鱼类和其他海洋生物。

3 运行情况

AW能源公司是葡萄牙国家电网中第1个持续输出波浪能电力的开发商。其示范电站于2012年年中在葡萄牙佩尼谢(Peniche)近海建成，装有3台100 kW机组。该电站一直运营到2014年，成功完成预期任务，收集了在真实海域中运行的宝贵数据并积累了相关经验。

在葡萄牙的示范性项目之前，AW能源公司在多个地点进行了一系列的原型开发和水池实验，其中包括苏格兰的奥克尼(Orkney)群岛。该公司在近岸波浪能领域拥有强大的知识产权组合，包括17个不同国家和地区授予的60余项国际专利。

2017年初，将在葡萄牙安装1台350 kW的“波浪滚轴”装置，AW能源公司在该国拥有1 MW额度的商业电网入网许可。该装置将是波浪能项目中的首个商用模型，可轻松扩容至兆瓦级别的多机组波浪能电场。由于该公司在多个国家的电力生产中居于领先地位并开展了多个商用示范项目，其业务目标是在2020年之前售出30～50台机组。

4 技术认证

AW能源公司致力于借鉴其他行业的最佳实践，为市场带来新技术。近年来该公司已经和多家独立第三方实体合作来验证其技术和性能。

2016年年中，AW能源公司被授予海洋能源领域的首个劳氏船级社(Lloyd’s Register)技术资格(TQ)认证。在与劳氏船级社2 a的合作期间，该公司在其创新过程中不断发现并改进了设计中的风险和缺陷，因此获得了TQ认证。如果继续改进其设计，“波浪滚轴”很快将成为市场上唯一一个获得完全认证的波浪能转换装置。

认证是将新技术引入市场的关键步骤，能源用户、金融机构和保险公司也更加青睐获得认证的技术。获得认证之后，从成本方角度上讲，通过承保将更容易、可行。在受保情况下，如信用记录良好，就可能获得银行融资。AW能源公司正在与一家业内领先的保险经纪公司合作，开展一项全球保险计划，为使用“波浪滚轴”技术的项目投保。总体上而言，和股权融资相比，银行融资的成本更低，因而能够以更大规模加快开发更多项目。

5 测试与验证

通过2012～2014年间真实海洋环境中的海试，咨询公司DNV-GL证实了“波浪滚轴”装置的能量捕获能力符合相关规范。此外，还全面验证了载荷工况。由于海洋中水力学条件时刻处在变化之中，因此对设计载荷工况进行估计，使之足够接近于真实环境是一项十分具有挑战性的任务。在最后一次海试中，该装置通过了波高超过8 m的极端恶劣海况的测试。另一方面，装置在有义波高约1m的平静海况下也能输出电力。

AW能源公司通过在芬兰的1处全尺度岸上测试设施试验和调试PTO。测试中心的造波机可以产生高达2 MW的输入功率，其能量与某些最剧烈的随机波浪条件相当。“波浪滚轴”的电-液PTO系统与造波机相连接，使之可以在无水试验中对机组进行试验和调试。生产线上制造的每台机组都可以进行精细调试，使之能够适应全球任何一处的当地波浪资源。在风能行业中，类似的测试仪器得到了广泛运用。

林 谋 译

(编辑：陈紫薇)

2016-12-08

1006-0081(2017)04-0034-02

P743.2

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