海洋能源利用进展

2008-05-10 来源:中国新能源网 
核心提示:最早被人们认识并利用的是潮汐能,一千多年前的唐朝,我国沿海居民就利用潮力碾谷子,在山东地区就发现早期的潮汐磨。

  中国潮汐电站共有7座,见表2。它们是经过长时间考验保留下来的。最大的考验是自然环境,如站址的泥沙淤积是否严重、发电与当地经济发展(围垦和水产养殖)以及交通的矛盾关系。能生存的潮汐电站都有较好的经济效益,特别是综合的经济效益。例如,江厦电站在乐清湾,泥沙淤积不明显,不会危及到发电;白沙口电站的泥沙淤积虽然严重,但是它的经济效益较好,加强管理,通过排沙和改造发电机组,保证了电厂 继续发电;浏河电站厂房建在河口的水闸上,涨落潮双向发电,采用自动化操作,实现无人职守;果子山电站平均潮差只有2m,发电量不大,发电机坏了后,用水轮机粉碎饲料,成了潮汐动力站。 2.2 波浪能发电 波浪能发电是继潮汐发电之后,发展最快的一种海洋能源的利用。到目前为止,世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麦、印度、美国和中国等国家和地区在海上研建了波浪能发电装置,漂浮在海面上或固定在海岸边。各种波浪能转换基本原理如图4所示。

  

  

  2.2.1 漂浮式

  日本巨鲸号波浪发电船是继“海明号”之后开发的一种漂浮体,发电原理与“海明号”相似。长50 m,宽30 m,型深12 m,吃水8 m,排水量4380 t,空船排水量1290 t,安装了一台50kW和两台30kW的空气透平发电机组,锚泊于Gokasho海湾之外1.5 km处。1998年9月开始持续两年的实海况试验,从试验情况来看,装置的各部分工作正常,最大总发电效率为12%。估计造价在2000万元人民币以上。因日本是个岛国,缺乏能源、资源和土地。建造“巨鲸号”可以提供洁净的可再生能源,其背后可提供用于养殖的平静海面,并为进一步研究提供海上试验平台。 英国海蛇号(Pelamis)波力发电装置,由英国海洋动力传递公司(Ocean Power Delivery Ltd)研制。海蛇号是漂浮式的、由若干个圆柱形钢壳结构单元铰接而成、将波浪能转换成液压能进而转换成电能的波能装置。海蛇号具有蓄能环节,因而可以提供与火力发电相当稳定度的电力。

  

  

  英国海洋动力传递公司现已赢得建造一个750kW海蛇号波力发电装置的项目。装置的投放地点为苏格兰的Islay岛附近海域。该公司还和加拿大的BC Hydro公司签订了在加拿大Vancouver岛建2MW海蛇号波力发电装置的备忘录。 中国后弯管式波浪发电浮体和灯船,1990年在琼州海峡“中水道1号”灯船研制成功带后弯管的波浪发电装置,随后又在湛江水道、珠江口水道的两个灯船上安装了相同的波浪发电装置为航标灯(平均功率30W)和雷达应答器(平均功率20W提供电源,是世界上首次将波浪发电电源用于灯船。“中水道1号”灯船锚泊在琼州海峡,风大浪高,两年多发电效果很好,可是锚链两次被台风打断,第二次灯船也不知去向。安装在湛江和珠江口两个灯船上的波浪发电系统,由于锚泊处水流太急,波浪作用效果不很好,发电量小,两三年后被其它电源取代了。随后,又与日本合作研制后弯管的波浪发电浮体,安装了一台5kW空气透平发电机组,锚泊在珠江口,进行实海况发电实验。

  2-2、固定式 世界各国建成的波浪发电装置以固定振荡水柱式为最多,其中日本4个,中国3个,挪威2个,英国3个,印度1个,葡萄牙1个,这些都是示范性的,有的完成在实海况下发电实验后成为遗址了,有的还在进行海上实验。此外,日本和中国各有一个摆板式的,挪威有一个收缩水道水库式的波浪发电站。 日本酒田港防波堤波浪发电站建成于1989年,由日本港湾技术研究所研建,在防波堤中间一段20m长的堤上做实验,一台功率为60kW的空气透平发电机组,1990年冬天,在有效波高为2.05m时输出18.5kW的电力。发出的电通过海底电缆输到岸上,供游客参观。 挪威500kW多振荡水柱波浪发电站和350kW收缩水道水库式波浪发电站由挪威波能公司在卑尔根市附近的岛上建造,分别于1985年和1986年建成并向当地电网送电,展示了波浪发电实用化和商业化的前景。

  前者的特点是在气室前面增加了一个前港,利用港口效应,使得入射波与前港和气室内水柱产生共振起到聚波作用,具有较高的波能转换效率,可是在连续工作一年多后被巨浪打坏了。后者的特点是类似水力发电(与海平面落差为3-8m),输出的电较稳定,连续运行数年后,据说因收缩水道被石块堵塞,也停止了发电。 英国75kW和500kW岸式波浪发电站得到欧共体波能发展计划的资助,在苏格兰西部的Islay岛上从1986年开始建75kW岸式波浪发电站,1991年完工,见图6~7。取得经验后于2000年11月又在该岛建成一座500kW与前者类似的岸式波浪发电站(振荡水柱空气透平发电机组)。后者已经发电上网,为当地400户居民供电,并与苏格兰公共电力供应商签订了15年的供电合同。该电站的特点是位于大西洋的东海岸,是世界上波浪能最丰富的地区之一,英国发展波浪能的地理条件十分优越。研建该电站的目的就是将岸发电站标准模式化,将一个个单元组合起来,以此使波浪能产业化。

  

  

  

  中国的振荡水柱岸式波浪发电站,中国从1986年开始在珠江口 大万山岛研建3kW波浪电站,随后几年又在该电站上改造成20kW的电站,见图8。出于抗台风方面的考虑,该电站设计了一个带有破浪锥的过渡气室及气道,将机组提高到海面上约16m高之 处,大大减小了海浪对机组直接打击的可能性。发电装置采用变速恒频发电机与柴油发电机并联运行,发电比较平稳。1996年2月试发电,初步试验的结果表明,20 kW波力发电机组在H1/10=1.2~1.5 m,平均周期T=5~6 s时的电力平均输出为3.5~5 kW,峰值功率可达14.5 kW,总能量平均俘获宽度比约在20%~40%的范围,优于日本、英国和挪威的同类电站。

  

  100 kW岸式波力电站是一座与当地电网并网运行的岸式波浪发电站,位于广东省汕尾市遮浪镇,见图9。2001年2月进入试发电,在入射波高H1/10=1~3m,平均周期T=5~7s时,平均发电功率N=5~40 kW,最大发电功率Nmax=100 kW。该电站设有过压自动卸载保护、过流自动调控、水位限制、断电保护、超速保护等功能。所有保护功能均在计算机控制下自动执行,大大地减小了人工干预,使波浪能发电技术接近实用化。

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