中美潮流能資源開發(fā)利用發(fā)展對比

王文祥，馬 強

● （中海油研究總院，北京 100027）

中美潮流能資源開發(fā)利用發(fā)展對比

王文祥，馬 強

● （中海油研究總院，北京 100027）

對比了中美兩國潮流能的發(fā)展。在政策導向方面，美國在海洋能政策方面以產(chǎn)業(yè)推廣為目標，而中國在海洋能政策方面以基礎研究為重點。在技術發(fā)展現(xiàn)狀上，通過兩國規(guī)模最大的潮流能項目對比，我國在單機規(guī)模、變槳距方面優(yōu)于美國，總體技術水平進步較快，但是在裝置可靠性、裝置產(chǎn)業(yè)化方面有待開展更深入的工作。

海洋能政策；潮流能；資源開發(fā)

而中國在海洋能領域處于起步階段。2011年中國加入世界能源署國際海洋能協(xié)會（IEA-OES），標志著中國的海洋能發(fā)展打開了與國際交流與合作的步伐，將以國際化的視野加速推動我國海洋能技術科研與產(chǎn)業(yè)化進程的發(fā)展。

1 兩國海洋能政策概況

美國在海洋能政策方面以產(chǎn)業(yè)推廣為目標，立足本土，向全球推廣其技術和產(chǎn)品。在海洋能發(fā)展規(guī)劃方面，制定了全面、詳細具有可操縱性的發(fā)展規(guī)劃和相適應資金扶持方案。美國《能源政策方案》規(guī)定了海洋能強制購買條款等刺激方案。美國能源部（DOE）的水能項目組（The Water Power Program）主導了美國海洋能的發(fā)展，并為此制定了清晰、自由、多渠道的促進機制。該組織建立了一項名為 SBIR和 STTR的扶持基金，為海洋能的研發(fā)和工程建設提供資金支持。此外，為了推進產(chǎn)業(yè)化進程，美國還為500名雇員以下的海洋水力能公司提供資金支持，以加速其科技成果的轉化。在政策、規(guī)劃、資金支持和配合下，美國海洋能清潔能源項目發(fā)展迅猛，目前已有20多個海洋能項目在建，如圖2所示。

圖2 北美海洋能項目示意圖

中國在海洋能政策方面以基礎研究為重點。2010年10月，黨的十七屆五中全會提出，“發(fā)展海洋經(jīng)濟提升到國家戰(zhàn)略高度，提高海洋開發(fā)、控制和綜合管理能力”。最近幾年，我們國家日益重視海洋資源的開發(fā)利用，也包括資源量巨大的海洋能。據(jù)統(tǒng)計，我國近海區(qū)域可利用資源量為3×l08kW，若用于民用發(fā)電，每天可創(chuàng)造36億元的效益。相比于傳統(tǒng)能源發(fā)電，海洋能一次投資較大。但是，我國海洋能基礎領域較為薄弱，因此在現(xiàn)階段仍以基礎科研為重點。2006年5月，國家財政部出臺了《可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法》。2009年財政部將辦法轉化為可執(zhí)行的細則，出臺“海洋能開發(fā)利用關鍵技術研究與示范項目”，資助額度達到了5000萬元。2010年6月，國家海洋局協(xié)同國家財政部，出臺了《海洋可再生能源專項資金管理暫行辦法》，規(guī)定每2年進行海洋可再生能源專項資金項目申報，資助額度為2億元，目前已經(jīng)開展了三次申報，累計資助額已超過6億元，加上國家科技部在海洋能領域的863計劃和各省市的地方支持，海洋能資助力度之大表明了國家對海洋能資源開發(fā)利用的日益關切和高度重視。

2 中美兩國潮流能發(fā)展對比

近年來，中美兩國在潮流能領域加快了研發(fā)與示范工程的速度，尤其是美國已有多個潮流能裝置完成了示范運行。美國的潮流能示范裝置采用多元化的技術路線。在捕能裝置上，既有傳統(tǒng)的旋轉葉片裝置，也有帶聚流效應的導流罩裝置；在驅動模式上，既有帶齒輪箱的半直驅裝置，也有免潤滑免維護的直驅裝置；在裝機功率上，正在從千瓦到兆瓦級的潮流能發(fā)電裝置的示范運行。美國的潮流能項目概況見表1。

美國在潮流能領域最為成功的是 Verdant Power公司的RITE項目[2]，不僅在美國紐約本土完成了初期的示范運行，還向中國轉讓出口技術。2011年在美國商務部長駱家輝的主持下，中國節(jié)能公司與美國Verdant Power簽署了一項技術合作協(xié)議。RITE水輪機為固定傾角三葉片水平軸水輪機，座底式固定，直徑5m，額定功率35.9kW，額定流速2.2m/s，最低工作流速0.7m/s。該公司已在紐約East河安裝了6個全尺寸的試驗樣機，設備經(jīng)過了連續(xù)9000h（約375d）的測試，共計發(fā)電量8000kWh。Verdant Power公司正在進入更大規(guī)模的潮流能開發(fā)階段。

我國在潮流能方面近幾年來發(fā)展迅速，也獲得了一定的積累。2002年哈爾濱工程大學自行設計建造了我國第一座70kW的潮流試驗電站；2005年國家“863”科技計劃的40kW潮流能發(fā)電試驗電站在浙江省舟山市岱山縣建成并發(fā)電成功；2005年，在863計劃海洋監(jiān)測技術主題的支持下，東北師范大學研制成功放置能發(fā)電。2010年，中海油研究總院承擔了“500kW海洋能獨立電力示范工程項目”，目前正在項目運行階段。中美兩國潮流能典型項目技術對比如表2所示。于海底的低流速潮流發(fā)電機；2006年4月，由浙江大學研制的5kW、葉輪半徑為1m的“水下風車”在浙江省舟山市地區(qū)岱山縣發(fā)電成功，流速在2m/s以上就

表1 美國潮流能項目概況

表2 中美兩國潮流能典型項目技術對比

3 美國潮流能開發(fā)對我國的啟示

我國海洋能開發(fā)與美國相比，也存在一定的差距。對于技術而言，海洋能發(fā)電涉及到機械、電氣、儀表控制、結構等領域，但目前我國海洋能技術停留在部分學科，技術集成手段薄弱，技術研發(fā)手段不系統(tǒng)、不全面。對于產(chǎn)業(yè)而言，我國海洋能項目停留在科研和小試項目，示范工程項目少，缺乏孵化和培育機制，產(chǎn)業(yè)化基礎薄弱。與國外海洋能項目由企業(yè)主導相比，我國海洋能開發(fā)以高校為主，存在一定的弊端。目前國內(nèi)各高校各自為戰(zhàn)，缺乏與制造領域和施工領域的合作，海洋能設備的能量轉換效率低、裝置可靠性和穩(wěn)定性較差，缺乏可持續(xù)運行的保障。

其次，在技術研發(fā)手段上，美國海洋能技術先進，形成高可靠性、高效性和低成本的海洋能發(fā)電關鍵技術。美國的海洋能發(fā)電裝置普遍集成化程度高，除發(fā)電機本身外，機組內(nèi)還集成了變頻器、變壓器、控制系統(tǒng)、維修吊車、安全系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，可實現(xiàn)遠程控制和管理、無人值守[3]。圖 3統(tǒng)計了國外海洋能技術應用現(xiàn)狀，具有重要的借鑒和參考意義，有待于今后開展更深入的海外海洋能技術跟蹤調(diào)研。

圖3 美國海洋能技術現(xiàn)狀統(tǒng)計表

第三，在產(chǎn)業(yè)化程度上，美國具有從設計、研發(fā)、加工制造、工程維護等海洋能開發(fā)全產(chǎn)業(yè)鏈體系，不少公司已經(jīng)實現(xiàn)兆瓦級海洋能發(fā)電裝置商業(yè)化項目。美國Verdant Power、OPTT等公司已在開發(fā)兆瓦級海洋能工程項目。

因此，當務之急首先對國內(nèi)外海洋能技術開展跟蹤調(diào)研，了解潮流能、波浪能、溫差能的技術路線，掌握海洋能前沿技術發(fā)展方向；對比和分析國外有代表性的海洋能商業(yè)機型，了解和掌握選址標準、結構型式、設備選型、電力控制、海上安裝和維護工程等成套關鍵技術；調(diào)研和學習國外海洋能研發(fā)手段、實驗室或產(chǎn)業(yè)基地建設等。同時篩選國內(nèi)海洋能產(chǎn)業(yè)鏈中研究設計、裝置加工、海上工程領域的優(yōu)勢單位。結合國內(nèi)外調(diào)研基礎，開展潮流能、波浪能、溫差能為主的海洋能裝置的前瞻性研究，指明適合中海油的海洋能技術方向及發(fā)展模式，為今后適時開發(fā)海洋能奠定基礎。

[1]Rourke F O, Boylr F, Reynolds A. Marine current energy devices: current status and possible future applications in Ireland [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14(3): 1026-1036.

[2]Khan M J, Bhuyan G, Iqbal M T, et al. Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications:a technology status review[J]. Applied Energy, 2009, 86(10): 1823-1835.

[3]Fraenkel P L. Marine current turbines: pioneering the development of marine kinetic energy converters [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers:Part A Journal of Power and Energy, 2007, 221(2):159-169.

Comparison of Development and Utilization of Tidal Current Energy Resources in China and America

WANG Wen-xiang, MA Qiang

(CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

The development of tidal current energy in China and America was contrasted. In the policy guidance, American ocean energy policy is the industrial promotion as the target, and Chinese ocean energy policy is the basic research as key point. In the technology development status, through the comparison of the largest tidal current energy project in two countries, the single scale and pitch in China is better than that of America, the progress of the overall level of technology is faster but the reliability of the device and its industrialization should be more work.

ocean energy policy; tidal current energy; resource development

TK79

A

0 引言

海洋能作為一種全新的能源品種，國內(nèi)技術不成熟，眾多類型的機型尚處于研發(fā)階段，商業(yè)化機型較少。根據(jù)世界能源署海洋能協(xié)會官方統(tǒng)計，目前以英國、美國、加拿大、歐盟等為代表的國家在海洋能領域發(fā)展速度迅猛，近幾年來，全球海洋能示范工程項目累計已有百余個，如圖1所示。目前美國是世界上一個在潮流能、波浪能、溫差能等海洋能領域唯一均具備成功案例的國家，并向世界各國出口技術[1]。該國得益于在海洋能發(fā)展規(guī)劃、技術研發(fā)、產(chǎn)業(yè)推廣方面的優(yōu)勢，在全球處于較為領先的地位。

圖1 世界海洋能項目統(tǒng)計表

王文祥（1965-），男，高級工程師。主要從事海洋工程設計和研究工作。