近日,由中国海洋大学研制的我国首台100千瓦潮流能发电装置被成功投放到了黄岛区斋堂岛海域,据了解,这台装置突破了潮流能开发方面的关键技术,使得发电装置能够不再受海水流速限制,能够适应不同海域。这标志着我市在潮流能开发领域迈出了关键的一步,同时,也意味我国在海洋能开发领域将打开新局面。
随着世界范围内的能源日益短缺和环境的不断恶化,新型清洁能源的开发利用被世界各国提上了议程,人们开始利用风、太阳、海水等自然资源来提取新型清洁能源。如今,风能、太阳能发电技术已经日趋成熟,利用海水潮流发电仍正处于起步阶段,潮流能发电到底是一种怎么样的发电模式?这种能源又具备多大的发展潜力?这些问题已成为世人关注的焦点。
潮流能发电装置“下海”
日前,记者来到黄岛区斋堂岛,在海边看到了海大最新研发的100千瓦潮流能发电装置,这个高达18米的“大家伙”,底部呈三足鼎立状,三个大的圆柱体很牢固地支撑着整个设备,顶部则形似一个大风车,三个白色的叶片转动将产生能量发电。
“五、四、三、二、一!”随着工作人员的口号,这个“大家伙”在塔吊的帮助下缓缓沉入斋堂岛附近海域35米深的海底。五分钟后,观测人员兴奋地宣布:“机器运转正常,投放成功!”这一声宣布让在场的所有人员振奋无比。伴随着水下“风车”叶片的转动,我市首个100千瓦级的潮流能装置正式投入使用。这对青岛市来说是一个里程碑式的事件,也意味我国在该领域的机组生产方面,拥有了自给自足的能力。
记者从中国海洋大学了解到,本次入水的发电装置是一种安置在海底的潮流能发电装置,其工作原理类似风力发电,利用两台10.5米的水轮机获取潮流的动能使水轮机旋转来产生能量,预计一年可发电约10万千瓦时。据中国海洋大学专家介绍,该装置采用变桨矩技术、先进的电力变换与控制系统,吸取了大型风电机最新的控制技术,优化了潮流叶片的设计。记者了解到,水下“风车”的水轮机叶片采用了翼型叶片,叶片的倾角可以改变以适应不同的流速。这一技术的突破使得潮流能发电装置能够适应不同海域情况,不再受海水流速限制。
如今,该装置产生的电力主要为斋堂岛供电,初步预计可满足约300户居民的日常用电。据专家介绍,该装置还可以用于海岛的海水淡化、制冰、海水养殖等产业,对于促进海岛经济发展具有示范作用。如果机器供电能够达到发电标准,该模式将会被逐步推行到山东省各沿海城市,甚至是全国沿海地区。
据对130个水道沿岸潮流能资源蕴藏量统计,我国可利用的潮流能理论平均功率为13948.52MW。按海区分,以东海沿岸最多,有95个水道,理论平均功率为 10958.15MW,占全国总量的78.6%。其中山东半岛是国内潮流能储量较丰富的地区之一。
据了解,潮流能跟潮汐现象一样具有非常明显的规律性,而不像风能那样随机不可预知,也不必像太阳能“看天吃饭”。换句话说,潮流能发电是一种基本不受天气影响,每天都能坚持工作的发电模式。
为海岛开发提供能源
目前,潮流能发电主要运用于海岛建设上。记者从海洋可再生能源产业技术创新战略示范联盟(简称“产业联盟”)了解到,山东省目前公示了589个海岛规划,其中重点进行无人岛的旅游开发工作。该联盟负责人表示:“海岛旅游的开发,电力供应是重中之重。如果我们从内陆通电缆来输送电力,电缆的铺设费用、维护费用、送电成本加起来一年可能会达上千万元。而采用潮流能等海洋能来发电,这个成本将会大幅度下降。”2010年以来,我市对海岛的发开利用程度不断深化,但是中国在海岛开发进程中面临最大的难题就是能源的不足。据统计,中国海岛居民的用电价格在2元以上,是内陆用电价格的3至4倍。
潮流能的发电模式对于海岛的开发极具价值,潮流能的发电规模虽然暂时有限,但是海岛旅游业受地域限制较大,其本身的地域范围较小,电力需求量较内陆更少。如果采用内陆通电缆送电,运输成本将会过高;如果在岛上兴建火电等发电机组,则会对环境、资源造成较大破坏,导致海岛旅游价值下降。因此潮流能等海洋能源的发电模式与海岛开发可谓是一拍即合,不但可以就地取材,“海电海用”,潮流能发电模式还能为海岛上的工农业提供必要的能源支持,完善海岛产业化链条。
海电彰显节能优势
潮流能作为一种储量丰富、无污染、低能耗的新能源已被我国列为战略性新能源。
据专家介绍,当前潮流能的度电成本还不能完全估计,目前海洋能的度电成本大约为2元,但是除去陆电供应时铺设电缆的高额成本,预计可将海岛居民度电价格控制到1元左右。根据目前海洋能发电装置的规模应用技术的发展情况来看,预计到2020年,我国将可能具备10MW以上的发电机,届时海洋能度电成本将可以降低到2元以下;而到2050年,整个度电成本有望降到1元以下。这不仅让海洋能的度电成本无限接近于“陆电”的价格,而且将最终促成海洋能产业化的形成。
我国目前的“陆电”度电成本平均价格约为1元,火电的度电成本约为0.3元上下,表面上看,“海电”的度电成本在价格上没有绝对优势。但是,如果再算一笔账,海洋能的优势立刻就显然出来。据测算,一家30万机组的火电厂平均耗煤在400克/千瓦时,年利用小时约5500小时,其发年电量为16.5亿千瓦时,折合标准煤耗660万吨煤。按照IPCC标准,我国发电用煤与标准煤的折合关系为:1:0.772,因此实际消耗原煤为855万吨。稍小规模的火电厂,一年也能消耗近480万吨煤。而普通发电机组每一次启动也至少要消耗10吨左右的重油,每发一度电还要消耗800克的氧气,对于资源的消耗来说,这些已经到了天文数字。而海洋能发电不需要消耗煤炭和重油这些资源,虽然从度电成本上显现不出绝对优势,但是节省下的资源价值是无法衡量的。此外,海洋能发电不占用土地资源,这在无形中又节约了许多成本。
推动海洋能产业化
由于潮流能发电还处于起步阶段,而且投资大,回收周期长达5~8年,对企业来说是一个很大的考验,因此,目前很多看好这一领域的企业仍处于观望阶段。对此,青岛市能源办相关负责人表示:“建议企业把目光放长远,应该在潮流能发电的产业化前期介入其中,增强自主创新能力。”该负责人分析说,现下,我国在能源产业上存在急功近利的问题,很多企业都喜欢把资金投入到“短平快”的产业中,以求最快速度获利,但实际上,“短平快”产业发展已基本进入成熟期,产业规模容易进入饱和状态,发展空间极为有限。“比如在风电的投入上,众多企业跳过前期介入,直接在产业成熟阶段一拥而上,这导致了现今我国风能发电资源严重过剩。”该负责人告诉记者,由于企业对利润急于求成,缺乏对产业的深入了解,从而忽略了地区电网接纳能力的最大限度,因此,今年上半年,我国风电的“弃风”量就达77亿千瓦时,机组闲置率达10%,造成经济损失过亿元。因此潮流能的发展应拒绝重走老路,尽早介入产业化前期阶段,有利于更好地获取该领域的核心技术,提高企业的自主竞争力。
不仅是企业要具备战略目光,国家政策的扶持对潮流能发电也具有重要意义。《可再生能源发展“十二五”规划》明确表示将积极推进海洋能产业化进程,至2015年争取海洋能发电量达5万千瓦时。
世界各国瞄准“潮流能”
潮流能作为海洋能的重要组成部分,受到世界各国的关注,近几年在众多基金项目和示范项目的支持下,潮流能开发得到了快速发展,规模化的开发项目在未来的几年也将不断建成。英国、美国、加拿大、韩国等国家,已有较大规模的项目在实施当中,未来几年将会有数个十兆瓦级电站建成,潮流能发电距离人类的生活也会越来越近。
英国在潮流能利用技术和开发规模上都已经走在了世界的前列,由MCT(Marine Current Tur?bine Ltd)公司研制的1.2MW潮流能水轮机“Sea?Gen”,于2008年12月建成,现已并网发电,这是世界上第一个商业化电站。MCT与RWEnpower re?newables公司合作,建立10.5MW的电站项目,该项目于2012年完成。
2008年5月26日,由爱尔兰OpenHydro公司制作的250KW示范样机Open Centre,在英国的奥克尼郡(Orkney)岛成功发电,并入到英国国家电网。英国Lunar Energy公司开发的RTT(RotechTidalTurbine)潮流能水轮机装置,于2007年完成了1MW的全尺寸装置试验。LunarEnergy公司与E.ON合作,计划在2010年建立一个8MW的商业电站。LunarEnergy公司还与韩国签订开发世界最大潮流能项目,计划装机300台,容量总计300MW,于2009年完成样机测试工作,预计2015年完成整个项目。
美国的RITE(Verdant Power’sRoosevelt Is?land TidalEnergy)项目,始于2002年,在纽约的East河中进行。项目分为三个阶段:测试阶段,示范阶段和商业运作,具体时间安排如下:第一阶段(2002-2006)模型测试,第二阶段(2006-2008)示范验证,第三阶段(2009-2012)兆瓦级项目建设。2008年11月,VerdantPower公司完成了里程碑式的RITE项目第二阶段。该公司正在筹建CORE(CornwallOntario River Energy)项目,该项目位于美国和加拿大共有的湖泊安大略湖,计划发电15MW,项目分为两个阶段,示范工程阶段(2007-2010)和商业化阶段(2010-2012)。
挪威的Hammerfest Strom公司研制的座底式水平轴水轮机,由三个叶片组成,模型机于2003年在挪威Kvalsund安装,经过了4年的运行测试,2009年再次安装,做进一步的研究测试,并将并网运行。该公司设计的1MW的全尺寸样机HS1000于2010年安装完成。
在2008年,法国的Hydrohelix完成了3m直径的水轮机测试;英国Pulse tidal开始了100kW震荡式发电装置的安装;在加拿大,CleanerCurrent公司对65kW的RTT(Rotech Tidal Turbine)潮流能设备进行了修复,重新测试,此前轴承部分出现了问题;新加坡AtlantisResources Co.公司完成了400kW的Nereus和500WSolon的潮流能水轮机测试,并计划2009年试验1MW和2MW的机型,2012开始安装商业化阵列式机群。
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