海洋能發(fā)展現(xiàn)狀及展望

張學(xué)超 李向峰 史玉鋒 王延剛

（1.威海市海洋環(huán)境監(jiān)測中心，山東 威海 264200；2.中國人民解放軍空軍濟(jì)南航空四站裝備修理廠，山東 濟(jì)南250000；3.國網(wǎng)山東乳山市供電公司，山東 威海 264200；4.山東大學(xué)〈威?！?，山東 威海 264200）

社會的高速發(fā)展使得能源需求量越來越大，勢必造成嚴(yán)重的能源危機(jī)。同時(shí)，傳統(tǒng)能源的過度開采和利用造成嚴(yán)重的空氣污染（如霧霾）和生態(tài)環(huán)境破壞，影響人們的正常生活和工作。在新的時(shí)期，積極發(fā)展清潔可再生能源已成為國際社會的共識。以太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能和水電、核電的發(fā)展研究最為迅速。在未來二三十年內(nèi),新能源和可再生能源將成為世界發(fā)展最快的新型產(chǎn)業(yè)之一[1]。

1 海洋能發(fā)展現(xiàn)狀

海洋能是可再生能源的重要成員。約占全球面積70%的海洋蘊(yùn)藏豐富的可再生能源，主要以波浪、海流、潮汐、溫差和鹽差等形式存在于海洋。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織出版的《海洋能開發(fā)》顯示，海洋能總的理論可再生功率為7.66×1010kW,其中溫差能和鹽差能能量最大，其次為波浪能。這些能量并不能全部被開發(fā)利用，按實(shí)際可開發(fā)量計(jì)，波浪能開發(fā)量最大，約為3×108kW[2]。

世界各國非常重視對海洋能的開發(fā)和利用，以日本、英國、美國、德國、加拿大、瑞典、丹麥、挪威等國發(fā)展較為迅速，潮汐能、波浪能、海流能、鹽差能以及溫差能均得到一定程度的發(fā)展，但發(fā)展進(jìn)程不一，均存在一定問題。

1．1 潮汐能

全球潮汐能資源量約為270GW，被稱之為“藍(lán)色的油田”。潮汐能發(fā)電技術(shù)始于歐洲，已有上百年的歷史。1921年，德國在北海建立了世界上第一座潮汐發(fā)電站。1967年，法國建立了裝機(jī)容量為240MW的潮汐發(fā)電站，總造價(jià)5.7億法郎[3]。潮汐發(fā)電技術(shù)已趨于成熟，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了市場化，法國朗斯電站、加拿大安納波利斯電站、中國的江廈電站均已運(yùn)行多年。韓國、俄羅斯、加拿大、以及英國正計(jì)劃分別建設(shè)超大型潮汐電站。預(yù)計(jì)2030年，世界潮汐電站的年發(fā)電總量將達(dá)到6×1010千瓦時(shí)。但潮汐電站尺寸大，一般會與其他資源利用產(chǎn)生矛盾，還會對海灣的水動(dòng)力、沖淤平衡、魚類生長等造成影響。

1．2 潮流能

潮流能理論估算儲量為500GW～1000GW,主要集中在群島地區(qū)的海峽、水道以及海灣的狹窄入口處。潮流能開發(fā)利用較晚，1973年，美國科學(xué)家莫頓教授首先提出了科里奧利系統(tǒng)，標(biāo)志著潮流能開發(fā)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。到20世紀(jì)90年代潮流能逐漸趨于成熟，目前基本處于試驗(yàn)測試階段。從事潮流能開發(fā)的國家主要由美、英、加、德、意、日本和中國。2008年5月,英國Marine Current Turbines(MCT)公司研發(fā)的1.2MW的 “SeaGen”在北愛爾蘭的斯特朗福德湖實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電[4]，“SeaGen”的水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為16m，設(shè)計(jì)獲能系數(shù)為0.45，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為14.3r/min，最大適用水深38m，是世界上首臺商用潮流能發(fā)電裝置。

1.3 溫差能

溫差能是由于深部海水與表面海水溫度差而產(chǎn)生的能量，其能量來源于蘊(yùn)藏在海洋中的太陽輻射能。溫差能存量巨大，按現(xiàn)有技術(shù)水平預(yù)估，可以轉(zhuǎn)換為電力的溫差能約有10000TWh/a。溫差能隨時(shí)間變化相對比較穩(wěn)定，有望獲取大規(guī)模且穩(wěn)定的電能。日本于1982年在鹿島縣的德之島建成一座混合型溫差能電站，投資10億日元，裝機(jī)容量50Kw。美國夏威夷自然能源研究所分別于1979年和1992年建成了閉式和開式循環(huán)海洋能溫差轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

1.4 鹽差能

鹽差能主要存在于河海交界處，由于交界處兩側(cè)鹽濃度不同而產(chǎn)生化學(xué)電位差能。荷蘭可持續(xù)水利中心于2006年對海水反電滲析發(fā)電進(jìn)行研究[6]，通過多種不同濃度的溶液分別進(jìn)行了試驗(yàn)。美國Wader公司研制的Hydrocratic鹽差發(fā)電系統(tǒng)不使用膜。發(fā)電機(jī)為海底的水管，水管上有海水流入的孔。水輪機(jī)垂直安裝在管內(nèi)，淡水注入管道底部，淡水和海水混合產(chǎn)生比最初注入淡水是更大的向上的微咸水流，從而驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。

1.5 波浪能

波浪能作為被研究最為廣泛的一種海洋能，早在1799年已經(jīng)由法國人吉拉德父子提出了波能裝置專利。在20世紀(jì)60年代前，主要由美國、加拿大、澳大利亞、法國以及日本等國家對波能裝置進(jìn)行研究并實(shí)施。70年代，英國、美國、日本和挪威等國家研究成果較為顯著，挑選出具有發(fā)展前途的波能轉(zhuǎn)換裝置。到80年代中期，日本聯(lián)合美、英、挪威、加拿大等國家將波能轉(zhuǎn)換裝置安裝于漂浮式載體上進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)。近30年來，波能裝置發(fā)展迅速，裝置形式多樣，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及海況試驗(yàn)研究，可靠性及發(fā)電效率都有了顯著提高，并研建了一批波浪能電站。

2 各海洋能利用亟待解決的問題

針對各海洋能技術(shù)開發(fā)存在的問題，需對以下問題進(jìn)行研究。

（1）潮汐能技術(shù)：突破潮汐能電站工程建設(shè)和新型發(fā)電機(jī)組研制等關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵工藝，解決電站建設(shè)過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題，研究新型潮汐能利用技術(shù)裝置。

（2）波浪能技術(shù)：針對各地區(qū)海域特點(diǎn)，開展與之適應(yīng)的、具有高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率、和較低的維護(hù)成本，易于安裝布放和回收的波浪能利用技術(shù)的研究。

（3）潮流能技術(shù)：針對海域潮流流速特點(diǎn)，開展適合潮流能資源特點(diǎn)，具有高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，適應(yīng)近海海域開發(fā)的潮流能利用技術(shù)的研究。

（4）溫差能技術(shù)：開展溫差能技術(shù)試驗(yàn)樣機(jī)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵工藝，在提高能量轉(zhuǎn)換效率、提高運(yùn)行可靠性方面有所突破。

（5）鹽差能技術(shù)：開展溫差能技術(shù)原理試驗(yàn)研究，通過提高鹽差轉(zhuǎn)化效率，降低過程能量損耗，突破鹽差能利用關(guān)鍵技術(shù)，為鹽差能綜合開發(fā)利用奠定技術(shù)基礎(chǔ)[7]。

3 總結(jié)

經(jīng)過世界各國數(shù)十年的研究，海洋能技術(shù)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，雖然面臨了技術(shù)、成本等問題，但海洋能的發(fā)展是解決世界能源緊缺、環(huán)境污染等問題的必由之路，是海洋戰(zhàn)略的重要部分，發(fā)展海洋能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］李文華.新時(shí)期國家能源發(fā)展戰(zhàn)略問題研究[D].南開大學(xué),2013.

［2］王傳昆.海洋能資源分析方法及儲量評估[M].2009,北京：海洋出版社.

［3］C.阿波奈,席嘉瑨.法國朗斯潮汐電站的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)[J].水利水電快報(bào).2011,09：29-32.

［4］Thiringer T,MacEnri J,Reed M.Flicker Evaluation of the SeaGen Tidal Power Plant[J].Sustainable Energy,IEEE Transactions on,2011,2(4)：414-422.

［5］Brauns E.Salinity gradient power by reverse electrodialysis：effect of model parameters on electrical power output[J].Desalination,2009,237(1)：378-391.

［6］海洋可再生能源發(fā)展綱要(2013-2016年）[Z].