一種近岸海洋波浪能發(fā)電裝置及其在商業(yè)化開發(fā)中的應(yīng)用

[芬蘭] M.馬提凱恩

一種近岸海洋波浪能發(fā)電裝置及其在商業(yè)化開發(fā)中的應(yīng)用

[芬蘭] M.馬提凱恩

介紹了芬蘭AW能源公司開發(fā)的“波浪滾軸”波浪能發(fā)電裝置的技術(shù)原理與特點、裝置構(gòu)成及運行情況。該裝置可在近岸淺水環(huán)境中捕獲波浪能，并將其轉(zhuǎn)換為電能，具有易維護、安裝成本低、對海洋環(huán)境影響小等優(yōu)點。該裝置已在多個示范性項目中成功運行并取得了權(quán)威機構(gòu)的技術(shù)認證。一系列測試也表明，該裝置可適應(yīng)極端海況，商業(yè)應(yīng)用前景廣闊。

海洋 波浪能；發(fā)電；裝置測試；芬蘭

波浪能是全球未開發(fā)清潔可再生能源中潛能最大的資源，其可開發(fā)量超過歐洲所有化石燃料發(fā)電廠的裝機總和。據(jù)估算，波浪能至少可以滿足全球1/10的能源需求，而全球近岸波浪能的潛能超過500 GW。作為各類可再生能源形式中可預(yù)測性(72 h以內(nèi))最高的一種，波浪能是可再生能源應(yīng)用組合中極富價值的補充部分。

“波浪滾軸”(WaveRoller)是由芬蘭AW能源公司研發(fā)的商用轉(zhuǎn)換器，可將波浪能轉(zhuǎn)換成電能。該公司在葡萄牙、愛爾蘭、法國以及中南美洲地區(qū)有多個在建項目，波浪能電場的機組數(shù)量從2～16臺不等，能夠為項目所在地沿岸地區(qū)提供相當(dāng)一部分的電力。

此前，波浪能項目的開發(fā)一直由政府財政、技術(shù)計劃和歐盟發(fā)展基金提供資金，開發(fā)商本身也資助了一些示范性項目。如今，波浪能商業(yè)化開發(fā)終于迎來了良機。2016年年中, AW能源公司得到了來自歐洲投資銀行(EIB)的第一筆10億歐元商業(yè)項目開發(fā)貸款。AW能源公司表示，此次貸款獲批證明了波浪能項目是可融資的，也為整個波浪能行業(yè)的商業(yè)化鋪平了道路。

1 工作原理

“波浪滾軸”的技術(shù)原理由芬蘭職業(yè)潛水家R. 科伊武薩尼于1999年發(fā)明。他的靈感來自于在一次潛水中觀察到一艘沉船上的艙蓋在近岸水域中的往復(fù)運動。他因此產(chǎn)生了利用這種涌浪現(xiàn)象捕獲能量的想法。

位于芬蘭的AW能源公司創(chuàng)立于2002年。該公司由一些實力雄厚的財團控股，如斯堪的納維亞公共事業(yè)公司——富騰集團(Fortum)。AW能源公司預(yù)計，在未來數(shù)年里波浪能產(chǎn)業(yè)將快速增長。歐盟及其許多成員國對此表現(xiàn)出了積極態(tài)度，并給予了有力支持。2016年6月，歐盟海洋事務(wù)專員K. 維拉在他訪問芬蘭期間參觀了“波浪滾軸”測試中心。

2 裝置構(gòu)成及特點

“波浪滾軸”在近岸區(qū)域的波浪中工作，捕捉涌浪水流的往復(fù)運動。“波浪滾軸”的主要部件是一塊尺寸為18×10 m的鋼板，鋼板由鉸鏈固定在海下12 m處，并與一個液壓驅(qū)動動力輸出軸(PTO)單元相連，PTO驅(qū)動發(fā)電機。發(fā)出的電力通過海底電纜接入到岸上電網(wǎng)。該裝置的單機額定容量為350 kW。利用當(dāng)?shù)氐牟ɡ四苜Y源，該裝置的年發(fā)電量為0.6～1.2 GW·h。

“波浪滾軸”安裝在一個混凝土基座上，能夠像簡易潛水艇一樣通過壓縮空氣下沉和上浮，而不需要自升式駁船平臺等昂貴設(shè)備。該裝置在近岸淺水環(huán)境中工作，易于維護和維修，從而可減少運營成本和停機維護時間。

近岸海洋能源的儲量與遠海的資源相當(dāng)，且設(shè)備遭受強風(fēng)暴破壞的風(fēng)險要小很多。除此之外，開發(fā)近岸海洋能源所需系泊系統(tǒng)與電纜成本也更低，電力傳輸?shù)膿p失更少。“波浪滾軸”裝置通常安裝在距海岸300～800 m的海下。由于該裝置位于水下，對視覺上的影響極小且無噪音，因此適于應(yīng)用在自然風(fēng)景優(yōu)美的地區(qū)和旅游勝地。葡萄牙的示范項目就位于歐盟NATURA 2000自然保護區(qū)內(nèi)。該裝置與振蕩水柱一起移動，因此對于海洋生物不會造成威脅。恰恰相反，在葡萄牙的示范項目中可以觀察到，該裝置形成了一個人工礁，并吸引了很多魚類和其他海洋生物。

3 運行情況

AW能源公司是葡萄牙國家電網(wǎng)中第1個持續(xù)輸出波浪能電力的開發(fā)商。其示范電站于2012年年中在葡萄牙佩尼謝(Peniche)近海建成，裝有3臺100 kW機組。該電站一直運營到2014年，成功完成預(yù)期任務(wù)，收集了在真實海域中運行的寶貴數(shù)據(jù)并積累了相關(guān)經(jīng)驗。

在葡萄牙的示范性項目之前，AW能源公司在多個地點進行了一系列的原型開發(fā)和水池實驗，其中包括蘇格蘭的奧克尼(Orkney)群島。該公司在近岸波浪能領(lǐng)域擁有強大的知識產(chǎn)權(quán)組合，包括17個不同國家和地區(qū)授予的60余項國際專利。

2017年初，將在葡萄牙安裝1臺350 kW的“波浪滾軸”裝置，AW能源公司在該國擁有1 MW額度的商業(yè)電網(wǎng)入網(wǎng)許可。該裝置將是波浪能項目中的首個商用模型，可輕松擴容至兆瓦級別的多機組波浪能電場。由于該公司在多個國家的電力生產(chǎn)中居于領(lǐng)先地位并開展了多個商用示范項目，其業(yè)務(wù)目標(biāo)是在2020年之前售出30～50臺機組。

4 技術(shù)認證

AW能源公司致力于借鑒其他行業(yè)的最佳實踐，為市場帶來新技術(shù)。近年來該公司已經(jīng)和多家獨立第三方實體合作來驗證其技術(shù)和性能。

2016年年中，AW能源公司被授予海洋能源領(lǐng)域的首個勞氏船級社(Lloyd’s Register)技術(shù)資格(TQ)認證。在與勞氏船級社2 a的合作期間，該公司在其創(chuàng)新過程中不斷發(fā)現(xiàn)并改進了設(shè)計中的風(fēng)險和缺陷，因此獲得了TQ認證。如果繼續(xù)改進其設(shè)計，“波浪滾軸”很快將成為市場上唯一一個獲得完全認證的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。

認證是將新技術(shù)引入市場的關(guān)鍵步驟，能源用戶、金融機構(gòu)和保險公司也更加青睞獲得認證的技術(shù)。獲得認證之后，從成本方角度上講，通過承保將更容易、可行。在受保情況下，如信用記錄良好，就可能獲得銀行融資。AW能源公司正在與一家業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的保險經(jīng)紀公司合作，開展一項全球保險計劃，為使用“波浪滾軸”技術(shù)的項目投保。總體上而言，和股權(quán)融資相比，銀行融資的成本更低，因而能夠以更大規(guī)模加快開發(fā)更多項目。

5 測試與驗證

通過2012～2014年間真實海洋環(huán)境中的海試，咨詢公司DNV-GL證實了“波浪滾軸”裝置的能量捕獲能力符合相關(guān)規(guī)范。此外，還全面驗證了載荷工況。由于海洋中水力學(xué)條件時刻處在變化之中，因此對設(shè)計載荷工況進行估計，使之足夠接近于真實環(huán)境是一項十分具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在最后一次海試中，該裝置通過了波高超過8 m的極端惡劣海況的測試。另一方面，裝置在有義波高約1m的平靜海況下也能輸出電力。

AW能源公司通過在芬蘭的1處全尺度岸上測試設(shè)施試驗和調(diào)試PTO。測試中心的造波機可以產(chǎn)生高達2 MW的輸入功率，其能量與某些最劇烈的隨機波浪條件相當(dāng)。“波浪滾軸”的電-液PTO系統(tǒng)與造波機相連接，使之可以在無水試驗中對機組進行試驗和調(diào)試。生產(chǎn)線上制造的每臺機組都可以進行精細調(diào)試，使之能夠適應(yīng)全球任何一處的當(dāng)?shù)夭ɡ速Y源。在風(fēng)能行業(yè)中，類似的測試儀器得到了廣泛運用。

林 謀 譯

(編輯：陳紫薇)

2016-12-08

1006-0081(2017)04-0034-02

P743.2

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