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第 1 页共 5 页 发电零碳技术——海洋能发电技术
目录
1. 基本特征 .................................................................................................................................... 1 1.1. 海上风电 ...................................................................................................................................................... 2 1.2. 潮汐能发电 ................................................................................................................................................. 2 1.3. 潮流能发电 ................................................................................................................................................. 2 1.4. 波浪发电 ...................................................................................................................................................... 2 1.5. 海洋温差能发电 ....................................................................................................................................... 2 1.6. 盐度差能发电 ............................................................................................................................................ 3 2. 技术现状 .................................................................................................................................... 3 2.1. 海上风电发展现状 .................................................................................................................................. 3 2.2. 潮汐能发电现状 ....................................................................................................................................... 3 2.3. 潮流能发电现状 ....................................................................................................................................... 3 2.3.1. 专栏 ..................................................................................................................................................... 4 2.4. 波浪发电现状 ............................................................................................................................................ 4 2.5. 海洋温差能发电发展现状 .................................................................................................................... 5 2.6. 海水盐差能发电发展现状 .................................................................................................................... 5
1. 基本特征 海洋能是存在于海水中的可再生能源。海洋不仅面积巨大且资源丰富，还蕴藏着巨大的能量。海洋通过各种自然现象(潮汐、波浪、温度差、盐度梯度海流等形式)的物理过程接收、储存和散发能量。
目前研究的波能利用技术大都源于以下几种基本原理:利用物体在波浪作用下的升沉和摇摆运动将波浪能转换为机械能、利用波浪的爬升将波浪能转换成水的势能等。绝大多数波浪能转换系统由三级能量转换机构组成。其中，一级能量转换机构(波能俘获装置)将波浪能转换成某个载体的机械能；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械(如水力透平、空气透平、液压电动机、齿轮增速机构等)的机械能；三级能量转换通过发电机将旋转机械的机械能转换成电能。有些采用某种特殊发电机的波浪能转换系统，可以实现波能俘获装置对发电机的直接驱动，这些系统没有二级能源转换环节。
第 2 页共 5 页 1.1. 海上风电 近年来风电产业发展迅猛，据世界风能理事会统计，在 2009—2014 年期间，全球风电市场规模扩大了约 250GW，海上风电也获得了快速发展。海洋环境下建立风电场有别于陆上，海上风场通常有更高的风速，风场更为广阔，且海上风切变较低，风机振动程度较小。相比于陆上风机，海上风机设计时，运行噪声无需过度关注，可以选择更高的叶尖速比，在相同质量下，产生更大功率。另一方面，由于海上风机的建设、维护和检修成本相对较高，海上风机设计将更加注重可靠性。
1.2. 潮汐能发电 潮汐能的主要利用方式是发电。月球公转对地球的引力产生变化从而导致潮汐的产生，这种潮汐现象引起了海平面周期性有规律的升降活动，而潮汐能就是因为这种海水涨落活动产生的能量。简单来说，潮汐能发电原理就是利用潮水流动的能量推动机组产生机械能。随着潮汐能发电的兴起，其应用也越来越广泛，据世界动力会议估计，到 2020 年，全世界潮汐发电量将达到 1000亿千瓦到 3000 亿千瓦。
1.3. 潮流能发电 潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。潮流能发电于 20 世纪 70 年代被提出。潮流水轮机是一种无压降或低水头的水轮机，将流体动能转换为机械能，结构和工作原理与风机类似。
1.4. 波浪发电 波浪是在风的作用下产生的海洋表面海水运动产生的动能和势能。波浪是以位能和动能为体现形式，由短周期波储存的机械能。波浪发电是目前波浪能利用的主要方式，但由于波浪能是海洋能源中能源最不稳定的形态，所以利用难度较大。波浪的能量与波浪的高度与体积、波浪的运动周期以及迎波面的宽度有关，一般是呈正比的。波浪能的利用还可以用于抽水、供热、海水淡化及制氢等。
1.5. 海洋温差能发电
第 3 页共 5 页 温差能是指由于大洋表层海水和深层海水之间水温差而产生的热能。温差能的主要利用方式是发电。利用蒸发器借助表面海水的热量使沸点只有 33 摄氏度氨水混合液沸腾，蒸气带动涡轮机，氨蒸气会被深海水冷却，重新变成液体，在这过程中产生电力。
1.6. 盐度差能发电 江河里流动的是淡水，而海洋却是咸水，两者存在一定的浓度差。盐度差能是因为海水中盐的浓度高，而流入海水的江河水中盐的浓度低，盐浓度低的江河水会流向盐浓度高的海水从而产生渗透压。所以如果在人海口放置一个涡轮发电机，江河水流人海水时的渗透压就可以推动涡轮机来发电。渗透能是海洋能中能量密度最大分布也很广的一种可再生能源。
2. 技术现状 2.1. 海上风电发展现状 我国海岸线漫长，潮间带及近海范围风能资源十分丰富。2010 年 11 月，我国第一座海上风电场示范工程——上海东海大桥 100MW 海上风电场项目投入运营。2014 年底，国家能源局对外公布《全国海上风电开发建设方案(2014—2016)》，总容量 10.53GW 的 44 个海上风电项目被列入其中。“十二五”可再生能源规划中，2015 年海上风电机组装机容量将达 5GW，2020 年将达 30GW。
2.2. 潮汐能发电现状 我国潮汐能蕴藏量约为 110GW，可开发总装机容量约 21.8GW，年发电量62.4TW·h，主要集中在福建、浙江两省和上海市沿海区域。已在 1986 年建成当时世界第三大潮汐电站，即江厦电站，装机容量 3.2MW。根据《可再生能源发展“十二五”规划》，我国将建设 1~2 个 10MW 级潮汐能电站和若干潮流能并网示范电站。目前，处于前期研究中的潮汐电站有 4 处，分别是浙江三门湾潮汐电站、厦门马銮湾潮汐电站、福建八尺门潮汐电站以及温州瓯飞潮汐电站。其中，温州瓯飞潮汐能电站规划装机容量为 400MW，总投资 335 亿元，规模世界第一。
2.3. 潮流能发电现状
第 4 页共 5 页 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约 14GW。按海区分，以东海沿岸最多，有 95 个水道，理论平均功率约为 11GW，占全国总量的 78.6%。特别是舟山群岛，许多地方潮流速度达到4m/s，适宜建设大型潮流发电场。2013 年 8 月，由中国海洋大学和哈尔滨工程大学联合研发的国内首台 100kW 海洋潮流发电装置在青岛下水发电。同月，由哈尔滨工程大学研发，采用双机组十字叉型水轮机专利技术和漂浮式双体船载体设计的“海能 III”号，在浙江岱山县龟山水道投入运行，装机总容量为 2×300kW，成为世界最大的立轴潮流能发电站。
2.3.1. 专栏 2.3.1.1. 案例 1：世界首座海洋潮流能发电站——LHD 海洋发电项目 2016 年 7 月 27 日，LHD 海洋发电项目首期 1 兆瓦机组在舟山顺利下海发电，2016 年 8 月 26 日成功并入国家电网。2017 年 5 月 25 日开始，该 1 兆瓦发电机组实现全天候发电并网。截至 2019 年 8 月 26 日，该 1 兆瓦机组实现发电并网 3 周年，连续发电并网运行 27 个月，稳定运行时间打破世界纪录。此前，世界上最先进的潮流能机组由 GE、劳斯莱斯、阿尔斯通三家国际巨头联合研发，装机功率 1 兆瓦，该机组最长发电并网时间未超过 4 个月。
2018 年 11 月 29 日和 2018 年 12 月 29 日，LHD 海洋发电项目第二代400 千瓦机组、第三代 300 千瓦机组相继顺利下海发电。目前，LHD 项目总投运装机达到 1700 千瓦，装机规模和科技水平世界领先。LHD 项目 4 个投运机组模块，已全面涵盖当前国际上潮流能发电机主流机型。LHD 项目 3.4 兆瓦海上发电总成平台成为我国规模最大、门类最全、数据最新的海洋清洁能源创新研发实验平台。从 2016 年 8 月 26 日并网开始至 2019 年 7 月底，LHD 项目累计向国家电网送电超过 140 万千瓦时。
2.4. 波浪发电现状 我国沿岸波浪能资源理论平均功率约 1285 万 kW，具有良好的开发应用价值，建立波浪能发电系统发展潜力巨大。我国首座波浪独立发电系统，汕尾100kW 岸式波浪电站于 1996 年 12 月开工，2005 年第一次实海况试验获得成功。2014 年 1 月，中国海洋大学主持研制的“10kW 级组合型振荡浮子波能发
第 5 页共 5 页 电装置”在青岛斋堂岛海域投入使用。根据规划，到 2020 年我国将在山东、海南和广东各建一座 1MW 级岸式波浪发电站。
2.5. 海洋温差能发电发展现状 1881 年法国人达松伐耳提出海洋温差发电的设想，1930 年法国人 G·克劳德在古巴建成陆基开式发电装置，1979 年 8 月世界上第一个有净功率(15kW)输出的海洋温差发电装置——“MINI-OTEC”漂浮式海洋温差电站，在美国夏威夷建成。2013 年国家海洋局第一海洋研究所 15kW 温差能发电装置投入运行。2013 年 4 月洛克希德马丁公司与香港华彬集团签署协议，计划在我国南海建造一座发电容量 10MW 的海洋温差电站。
2.6. 海水盐差能发电发展现状 1939 年海水盐差能发电的概念被首次提出，由于盐差发电技术最为关键的组件——渗析膜的发展滞后，盐度差能发电技术进展较为缓慢。经过几十年的发展，渗透压能法每平方米膜面积的发电功率已从 0.1W 提高到 3W。
我国在 1980 年前后开始盐差能发电研究，1985 年在西安采用半透膜，研制成功干涸盐湖浓差能发电实验室装置，半透膜面积为 14m²。试验中淡水向溶液浓盐水渗透，溶液水柱升高 10m，推动水轮发电机组发电功率为0.9~1.2W。
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