“藍(lán)能”可貴 “藍(lán)海”可期

歐洲海洋能中心為發(fā)展波浪能和潮汐能技術(shù)部署港口基礎(chǔ)設(shè)施和測(cè)試。 圖片來源：歐洲海洋能中心(EMEC)

前不久，歐洲海洋能組織(OEE)發(fā)布了《2019年度海洋能發(fā)展趨勢(shì)與統(tǒng)計(jì)》報(bào)告(簡(jiǎn)稱《報(bào)告》)?！秷?bào)告》預(yù)測(cè)，2020年將是海洋能的豐收年。

無獨(dú)有偶，2020年也是我國(guó)《海洋可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》(簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)的最后一年。按照目標(biāo)，我國(guó)海洋可再生能源裝備將實(shí)現(xiàn)從“能發(fā)電”向“穩(wěn)定發(fā)電”轉(zhuǎn)變，海洋能開發(fā)利用水平步入國(guó)際先進(jìn)行列。

蔚藍(lán)的海洋中蘊(yùn)藏著巨大能量，今年，我國(guó)海洋能可否迎來爆發(fā)與轉(zhuǎn)折?

戰(zhàn)略資源 全球競(jìng)賽

萬有引力、太陽(yáng)輻射對(duì)海洋“施加”各種影響，使得海洋發(fā)生潮汐、潮(海)流、波浪、溫差、鹽差等多種形式的變化。這些變化形式可化作能量存在于海洋之中，它們有個(gè)統(tǒng)一的名字“海洋能”。

海洋能全球總儲(chǔ)量巨大，資源分布極為廣泛，被認(rèn)為是“取之不盡，用之不竭”的能源。在全球化石能源不斷枯竭、生態(tài)環(huán)境惡化的今天，發(fā)展海洋能也成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

今年以來，歐美國(guó)家和地區(qū)持續(xù)加大對(duì)海洋能研發(fā)應(yīng)用的支持，建立了更為完善的政策體系。美國(guó)推出清潔可再生能源債券等用于海洋可再生能源開發(fā)的市場(chǎng)激勵(lì)。英國(guó)多個(gè)規(guī)?；芯宽?xiàng)目和商業(yè)化項(xiàng)目正在實(shí)施。歐盟H2020計(jì)劃將持續(xù)支持潮流能示范、波浪能發(fā)電及海水淡化綜合利用等海洋能發(fā)展。

“近年來，我國(guó)高度重視海洋可再生能源的開發(fā)利用，發(fā)展前景十分廣闊。”中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所(簡(jiǎn)稱廣州能源所)海洋能研究室研究員吳必軍對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說。

中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院教授史宏達(dá)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，海洋能資源特點(diǎn)與海域環(huán)境有關(guān)，不同緯度、氣候帶、岸線、水深，有不同的資源。我國(guó)海洋能的主要特點(diǎn)是分布廣泛、類型多樣、資源豐富，但密度較低。

自然資源部國(guó)家海洋技術(shù)中心發(fā)布的《中國(guó)海洋能2019年度進(jìn)展報(bào)告》顯示，截至2018年底，我國(guó)海洋能電站總裝機(jī)達(dá)7.4兆瓦，累計(jì)發(fā)電量超2.34億千瓦時(shí)。另?yè)?jù)“908專項(xiàng)”以及海洋可再生能源專項(xiàng)評(píng)估結(jié)果，我國(guó)近海的潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能、鹽差能的資源潛在量約為6.97億千瓦，技術(shù)可開發(fā)量約為0.66億千瓦，開發(fā)潛力較大。

“目前的海洋能的開發(fā)利用較10年前更理智，因此腳步反而更穩(wěn)健些。”在史宏達(dá)看來，現(xiàn)階段我國(guó)每一年都有進(jìn)步，但尚未出現(xiàn)成果爆發(fā)的跡象，談“海洋能的豐收年”為時(shí)尚早。

多“能”并舉 突破難關(guān)

海洋能的主要利用方式是發(fā)電。小功率海洋能裝置可用于海島燈塔、航道燈標(biāo)及海洋觀測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng);大功率海洋能裝置可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)或獨(dú)立供電，為偏遠(yuǎn)海島及海洋資源開發(fā)設(shè)施等提供清潔能源。

為了充分高效獲取海洋可再生能源，依據(jù)能源分布和特點(diǎn)，我國(guó)推動(dòng)多“能”并舉，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

在潮汐能方面，我國(guó)的技術(shù)研究起步較早，與國(guó)際先進(jìn)水平差距不大，1980 年建成的江廈潮汐試驗(yàn)電站(4.1兆瓦)，目前裝機(jī)規(guī)模位居世界第四。2010年以來，我國(guó)相繼開展了健跳港、乳山口、八尺門、馬鑾灣等多個(gè)萬千瓦級(jí)潮汐電站工程。主要潮流能發(fā)電技術(shù)已全面進(jìn)入海試階段，實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)潮流能發(fā)電機(jī)組開發(fā)和并網(wǎng)運(yùn)行。

就波浪能而言，“有海的地方就有波浪，而波浪能就是海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。”吳必軍說，與潮汐能、溫差能、鹽差能等分布有局限相比，波浪能是分布較為廣泛的一種海洋能，開發(fā)技術(shù)形式最為豐富。

當(dāng)前，波浪能能量轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括振蕩水柱式、振蕩浮子式、越浪式等。針對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠但轉(zhuǎn)換效率低的振蕩水柱技術(shù)，廣州能源所進(jìn)行了深入研究，并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。作為該技術(shù)負(fù)責(zé)人，吳必軍告訴記者，2019年，這一技術(shù)經(jīng)國(guó)家海洋技術(shù)中心測(cè)試結(jié)果表明，波電轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)50.73%，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換效率、可靠性和安全性“三高”，可作為海上“充電寶”為海上測(cè)量?jī)x器、海洋牧場(chǎng)、海島等供電。

海洋能技術(shù)成熟度從低到高分為1~9級(jí)。“就我國(guó)而言，保障在臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性海洋氣候條件下安全運(yùn)行、提高轉(zhuǎn)換效率，是波浪能裝置開發(fā)利用的難題和方向。”吳必軍說。“轉(zhuǎn)換效率的提高，為發(fā)電造價(jià)成本降低打下技術(shù)基礎(chǔ)。保守估計(jì)，經(jīng)過未來幾年的發(fā)展，波浪能裝機(jī)造價(jià)從1千瓦10萬元降至3萬元。”此外，溫差能、鹽差能等也在開展相應(yīng)的技術(shù)原理探索與試驗(yàn)。

“我國(guó)擁有各能種的技術(shù)積累，也擁有失敗的教訓(xùn)?？傮w來看，我國(guó)海洋能技術(shù)發(fā)展基本接近6級(jí)，也就是說形成了模型樣機(jī);有的沖入8級(jí)，即在海上進(jìn)行了投放和試運(yùn)行，但這并不絕對(duì)。”史宏達(dá)表示，當(dāng)前，新理念、新裝置仍然在推出，只是并未像風(fēng)能發(fā)電那樣定型。

站在商業(yè)化的門口

《規(guī)劃》指出，要加速我國(guó)海洋能商業(yè)化進(jìn)程。“當(dāng)今我們站在商業(yè)化的‘門口’，但還沒有進(jìn)門。”史宏達(dá)坦言，目前海洋能還存在著建造技術(shù)、系泊避險(xiǎn)技術(shù)、防腐防污技術(shù)、收放運(yùn)維技術(shù)和多能互補(bǔ)技術(shù)等開發(fā)瓶頸。

國(guó)家海洋局第一海洋研究所研究員劉偉民也在《海洋可再生能源開發(fā)利用與技術(shù)進(jìn)展》一文中指出，中國(guó)海洋能發(fā)電裝備系統(tǒng)集成技術(shù)、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、海洋能裝備試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)等核心技術(shù)仍未取得根本突破。裝置轉(zhuǎn)換效率、可靠性和穩(wěn)定性普遍不高，示范工程進(jìn)展和效果不如預(yù)期。

在不斷進(jìn)行技術(shù)突破的過程中，究竟?jié)M足什么條件才可以進(jìn)入商業(yè)化的“大門”?史宏達(dá)表示，要想充分利用海洋能，就要有“場(chǎng)”。就像風(fēng)電場(chǎng)一樣，要有海洋能電場(chǎng)，形成陣列，單一裝置是不行的，某一個(gè)小的海區(qū)也不能算。吳必軍則指出，降低成本十分關(guān)鍵，除了探索發(fā)電裝置平臺(tái)的綜合利用，還要尋找其他更好的技術(shù)路線。

我國(guó)由于獨(dú)特的海洋資源稟賦及條件，應(yīng)走一條怎樣的特色發(fā)展之路?

史宏達(dá)對(duì)各個(gè)能種分析認(rèn)為，潮流能可能是下一個(gè)產(chǎn)業(yè)化能種，但依賴選址;潮汐能技術(shù)最充分，但由于占用岸線資源，并不太符合我國(guó)國(guó)情;波浪能分布最廣泛，但技術(shù)成熟程度還待提高，尤其是安全性成本過高。

“在發(fā)展時(shí)，第一步先進(jìn)行海能海用，建設(shè)多能互補(bǔ)的海島微網(wǎng);第二步是海能陸輸，開發(fā)海洋能電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。”史宏達(dá)說。

“值得注意的是，歐洲企業(yè)與高校均投入了研發(fā)力量，但真正的投入源于國(guó)家政策及與其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)投資。在資金得到保障、風(fēng)險(xiǎn)得到控制的前提下，海洋能才得以被開發(fā)。” 對(duì)于海洋能未來商業(yè)化之路，史宏達(dá)表示，“總體看好，但需要建設(shè)持之以恒的團(tuán)隊(duì)與平臺(tái)，要準(zhǔn)備再走10年艱苦的道路。”