书城科普读物新能源(科学探究丛书)
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第13章 蓝色的能源——海洋能(3)

中国是世界上建造潮汐电站最多的国家,在50年代至70年代先后建造了近50座潮汐电站,但据50年代初的统计,只有8个电站仍正常运行发电。江厦电站是中国最大的潮汐电站,目前已正常运行近20年。

江厦电站研建是国家“六五”重点科技攻关项目,总投资为1130万人民币,1974年开始研建,1980年首台500千瓦机组开始发电,至1985年完成。电站共安装500千瓦机组一台,600千瓦机组一台和700千瓦机组3台,总容量3200千瓦。电站为单库双作用式,水库面积为1.58×106平方米,设计年发电量为10.7×106千瓦时。1996年全年的净发电为5.02×106千瓦时,约为设计值的一半。其原因主要是机组运行的设计状态与实际状态有差别。同时,机组的保证率、运行控制方式等也都需要提高。但江厦电站总体说是成功的,为中国潮汐电站的建造提供了较全面的技术,同时,也为潮汐电站的运行、管理和多种经营等积累了丰富的经验。

潮汐发电的关键技术包括潮汐发电机组、水工建筑、电站运行和海洋环境等。中国60年代和70年代初建的潮汐电站技术水平相对较低,但江厦电站属技术上较成熟的电站。

“八五”期间,在原国家科委重点攻关项目的支持下,还开展了相关技术设备的研究开发,如全贯流机组的开发和灯泡贯流机组的改进。总的说来潮汐发电机组的技术已基本成熟。

2.波浪能利用的研究进展与主要项目。

中国是世界上主要的波能研究开发国家之一。从80年代初开始主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究。1985年中科院广州能源研究所开发成功利用对称翼透平的航标灯用波浪发电装置。经过十多年的发展,已有60瓦至450瓦的多种型号产品并多次改进,目前已累计生产600多台在中国沿海使用,并出口到日本等国家。“七五”期间,由该所牵头,在珠海市大万山岛研建了一座波浪电站并于1990年试发电成功。电站装机容量3千瓦,对称翼透平直径0.8米。“八五”期间,在原国家科委的支持下,由中科院广州能源研究所和国家海洋局天津海洋技术所分别研建了20千瓦岸式电站、5千瓦后弯管漂浮式波力发电装置和8千瓦摆式波浪电站,均试发电成功。

“九五”期间,在科技部科技攻关计划支持下,广州能源研究所正在广东汕尾市遮浪研建100千瓦岸式振荡水柱电站,计划2000年建成发电。同时,由天津国家海洋局海洋技术所研建的100千瓦摆式波力电站,已在1999年9月在青岛即墨大官岛试运行成功。

3.海洋温差能利用技术的进展与主要项目。

1980年台湾电力公司曾计划将第3和第4号核电厂余热和海洋温差发电并用。经过3年的调查研究,确定台湾东岸及南部沿海具有开发海洋热能的自然条件,并初步选择花莲县的平溪口、石梯坪及台东县樟原等三地做厂址,并与美国进行联合研究。

1985年中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环”方法进行研究。这种方法的原理是利用表层和深层海水之间的温差所产生的培降来提高海水的位能。据计算,温度从20°C降到7°C时,海水所释放的热能可将海水提升到125米的高度,然后再利用水轮机发电。该方法可以大大减小系统的尺寸,并提高温差能量密度。1989年,该所在实验室实现了将雾滴提升到21米的高度记录。同时,该所还对开式循环过程进行了实验室研究,建造了两座容量分别为10瓦和60瓦的试验台。

4.海流能的研究进展。

世界上从事海流能开发的主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等。70年代末,舟山的何世钧先生曾进行过海流能开发研究,建造了一个试验装置并得到了6.3千瓦的电力输出。80年代初,哈尔滨工程大学开始研究一种直叶片的新型海流透平,获得较高的效率并于1984年完成60瓦模型的实验室研究,之后开发出千瓦级装置在河流中进行试验。

90年代以来,中国开始计划建造海流能示范应用电站,在“八五”、“九五’”科技攻关中均对海流能进行连续支持。目前,哈尔滨工程大学正在研建75千瓦的潮流电站。意大利与中国合作在舟山地区开展了联合海流能资源调查,计划开发140千瓦的示范电站。

5.盐差能的研究进展。

中国西安冶金建筑学院于1985年对水压塔系统进行了试验研究。上水箱高出渗透器约10米,用30公斤于盐可以工作8~14小时,发电功率为0.9~1.2瓦。盐差能开发的技术关键是膜技术。除非半渗透膜的渗透流量能在目前水平的基础上再提高一个数量级,并且海水可以不经预处理,否则,盐差能利用难以实现商业化。

海洋能发展预测

海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称做为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业,近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此,应重视对可行性分析的研究。目前,还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面,可以考虑中央、地方及企业联合投资,也可参照风力发电的经验,在引进技术的同时,由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5~10年左右的时间内,在目前的基础上下降2~4倍,达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波浪能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5~10倍,以及中国在制造成本上的优势,因此发展外向型的波能利用行业大有可为,并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此,当前应加强百千瓦级机组的商业化工作,经小批量推广后,再根据欧洲的波能资源,设计制造出口型的装置。由于资源上的差别,中国的百千瓦级装置,经过改造,在欧洲则可达到兆瓦级的水平,单位千瓦的造价可望下降到原来的1/2到1/3。

从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为:基础方面,重点研究低温差热力循环过程,解决高效强化传热、低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究,提供设计技术。在技术项目方面,应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置,并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合,作为海上独立环境的能源、淡水以及人工环境(空调)和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。

综上所述,中国的海洋能利用,近期应重点发展百千瓦级的波浪、海流能机组及设备的产业化;结合工程项目发展万千瓦级潮汐电站;加强对温差能综合利用的技术研究,中、长期可以考虑的是,万千瓦级温差能综合海上生存空间系统,中大型海洋生物牧场。必须强调的是,海洋能的利用是和能源、海洋、国防和国土开发都紧密相关的领域,应当从发展和全局的观点来考虑。这一点尚未得到应有的重视。