源自大海的藍(lán)色能量潮流能

夏夢晗

進(jìn)入21 世紀(jì)，人類對能源的需求量越來越大，尋找可替代、無污染、持續(xù)可利用的綠色能源，已是世界各國的一個(gè)共識(shí)。

于是，人類的探索視野逐漸從陸地放眼到了更加廣闊的海洋……

海洋被譽(yù)為藍(lán)色的油田，其面積約占地球表面積的71%，是一座龐大的能源寶庫。它既是吸能器，又是儲(chǔ)能器，蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)力資源，即海洋能，包括潮汐能、潮流能、洋流能、波浪能、海水溫差能和鹽差度能等。

潮流能作為海洋能的一種，其資源豐富，具有良好的開發(fā)前景，不僅是未來可再生能源發(fā)展的重要方向之一，而且對改善能源結(jié)構(gòu)、控制氣候變暖和解決環(huán)境污染問題也具有重要意義。

潮漲潮落的秘密

我們在海邊“踩水”時(shí)，看著潮漲潮落，或許會(huì)聯(lián)想到唐代詩人張若虛的名篇《春江花月夜》，“春江潮水連海平，海上明月共潮生。”

月球、太陽等天體是引發(fā)潮漲潮落的主力軍。地球表面海水在天體運(yùn)行的影響下引起周期性漲落，這種漲落現(xiàn)象伴隨兩種運(yùn)動(dòng)，一種是漲潮和退潮引起的海水垂直升降運(yùn)動(dòng)，另一種是漲潮和退潮引起的海水水平運(yùn)動(dòng)，我們習(xí)慣地稱前者為潮汐，后者為潮流。

實(shí)際上，潮汐不等于潮流。潮汐能利用的是潮汐垂直方向的勢能，即水位差；潮流利用的是水平方向的動(dòng)能，即沖擊力。潮流能發(fā)電原理和風(fēng)力發(fā)電類似，即將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

潮流能發(fā)電引“潮流”

古往今來，人們對于潮汐、潮流現(xiàn)象的觀察與記錄一直存在。20 世紀(jì)70 年代，美國首先開展對潮流能的研究，并逐步探究其開發(fā)利用問題。

美洲、歐洲等沿海地區(qū)深知潮流的力量和可預(yù)測性，憑借豐富的潮流能資源，以及完善的電力傳輸設(shè)備用于潮流能發(fā)電并網(wǎng)，潮流能技術(shù)發(fā)展較早，也較為先進(jìn)。

2003 年，英國MCT 公司研發(fā)的Seaflow（300 千瓦） 潮流能發(fā)電裝置在英國布里斯托爾海峽進(jìn)行了海試，順利發(fā)電；2005 年，意大利PDA 公司設(shè)計(jì)了一款裝機(jī)容量120 千瓦、葉片展長5 米、葉輪直徑6 米的Kobold 型的漂浮式潮流水輪機(jī)發(fā)電裝置；2011 年，挪威Hammerfest 公司研發(fā)了1兆瓦的HS1000 在EMEC 海試運(yùn)行。

我國潮流能蘊(yùn)藏量也較為豐富，其中浙江、福建、山東和臺(tái)灣海峽等是世界上潮流能資源最豐富的地區(qū)之一。

在潮流能技術(shù)方面，我國也較早地開展了潮流能的相關(guān)研究，并取得了顯著進(jìn)展。

20 世紀(jì)80 年代，哈爾濱工程大學(xué)對垂直軸潮流能水輪機(jī)率先進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。1996-2005年期間，哈爾濱工程大學(xué)先后自主研發(fā)了國內(nèi)第一座漂浮式潮流能發(fā)電裝置“萬向I”號(hào)、“萬向II”號(hào)40 千瓦的潮流能發(fā)電站。自2000年起，參與潮流能發(fā)電的單位逐漸增加。2010 年后，財(cái)政部設(shè)立海洋可再生能源專項(xiàng)，每年投入2 億資金用于海洋能利用相關(guān)技術(shù)研究，掀起了我國海洋能技術(shù)研究和示范應(yīng)用的高潮，潮流能技術(shù)開發(fā)也進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。

潮流能的開發(fā)利用在世界范國內(nèi)受到廣泛關(guān)注，各國爭相制定海洋能科技相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，不斷增加投入，推進(jìn)海洋潮流能開發(fā)的加速發(fā)展。

世界最大潮流能發(fā)電站

浪花是大海的音符，潮流是大海的旋律。在浙江省舟山市岱山縣秀山島的東南海域，伴著潮漲潮落，一把海上“小提琴”正在奏響能源之歌。

LHD 模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組完全由我國自主研發(fā)，是世界最大潮流能發(fā)電站，也是世界上連續(xù)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間最長的潮流能發(fā)電項(xiàng)目。

持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)電并網(wǎng)，一直是世界上潮流能發(fā)電的核心難題。LHD 模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機(jī)組不僅突破了該項(xiàng)技術(shù)難題，也克服了海上安裝、運(yùn)行、維護(hù)難度大、成本高等問題，破解了海洋垃圾防護(hù)、電力傳輸?shù)葐栴}。這既是我國海洋清潔能源科技創(chuàng)新的重大突破，也是目前世界上連續(xù)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間最長的潮流能發(fā)電項(xiàng)目，為打開全新的萬億級(jí)海洋高端裝備產(chǎn)業(yè)和發(fā)電市場奠定了良好基礎(chǔ)。

為了進(jìn)一步提高潮流能的開發(fā)利用，LHD 研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷地探索研究，終于在2022 年4 月，潮流能第四代單機(jī)兆瓦級(jí)機(jī)組“奮進(jìn)號(hào)”成功下海。此機(jī)組總重325 噸，額定功率1.6 兆瓦，設(shè)計(jì)年發(fā)電量200 萬度，預(yù)計(jì)可減少二氧化碳排放1994 噸。相比前一代機(jī)組，第四代單機(jī)容量提升至原來的5 倍，發(fā)電能力提升至以前的8 倍，但投資還不到1.5 倍，不僅大大降低了發(fā)電成本，對于保障舟山電力供應(yīng)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排也具有重要意義。

潮流能是可再生能源的一個(gè)重要組成部分，憑借其低成本和低生態(tài)影響以及廣泛的適應(yīng)性和推廣性，已經(jīng)逐漸成為海洋能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)落地，以潮流能為代表的海洋能必將大放異彩。