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第20章 未来能源的支柱:海洋能(2)

据报道,我国最近已与欧盟的能源专家合作,准备在中自浙江舟山群岛建成世界上第一座能够并网发电的潮流能电站,以解决海岛地区的能源匮乏问题。

2.国外发展现状

英国和日本可以列为典型的重视海洋能开发的国家。从这两个国家的海洋能研究与开发情况中,可以了解国外海洋能源开发的一些情况。

(1)英国。为了保护环境和实现社会的持续发展,英国制定了强调多元能源的能源政策。鼓励发展包括海洋能在内的各种可再生能源。早在20世纪90年代初,英国政府就制定了可再生资源发展规划。目前,英国波浪发电技术居世界领先地位,颇具出口潜力。据报道,1995年,英国建造了第一座商业性波浪发电站。这座被称为“0sprey”的波能电站输出功率为2兆瓦,可以满足2000户家庭的用电要求,如再加上该装置上方的风力发电机,用户可以扩大到3500户。经过几个月的运行后,该电站将并入英国电网。

英国潮汐能资源丰富,在过去的一段时间中,对一些拟议中的潮汐电站已经进行了大规模的可行性研究和前期开发研究。英国1997年在塞汶河口建造第一座潮汐电站,装机容量为8.6吉瓦,年发电量约为170亿千瓦·时,该电站于2003年开始发电,2005年正式全面运行。此外,在墨西河口将建造年发电量约为15亿千瓦·时的潮汐电站。

另外,英国还对一些河口和海湾进行了潮汐能发电经济效益分析研究,发现了30多个装机容量可达30兆~150兆瓦的理想的小型潮汐能发电站站址,年发电量可以达到50亿千瓦·时。由于小型潮汐电站投资少,建设周期短,今后在潮汐电站的建设中,会得到优先考虑。…据统计,如果英国的潮汐能都能利用起来,每年可发电540亿千瓦·时,相当于英格兰和威尔士目前电量的20%,从而可以有效地改变英国的能源供应结构。

现在,英国已经具有建造各种规模的潮汐电站的技术力量。英国认为,法国、加拿大、独联体和韩国等国家是极有潜力的市场。

为了鼓励开发可再生能源,1989年,英国议会通过了《非化石燃料责任法》。该法规定,政府中负责能源的大臣有权发布命令,要求英格兰和威尔士的12个地区的电力公司,在所提供的电力中,必须有一定比例的电力来自可再生能源。凡是根据“可再生能源令”承担的合同生产的电力,出售可以享受补贴价,这些补贴经费来自政府对化石燃料电力征收的税款。苏格兰和北爱尔兰也有类似的政策。《非化石燃料责任法》的颁布和实施,为英国可再生能源的开发利用提供了良好的环境。1990年的第一号法令公布了75个装机容量为102兆瓦的可再生能源发电项目:其中有26个小水电项目。1991年又发布命令,提出了增加457兆瓦的可再生能源开发任务。尽管这些法令未对海洋能的开发利用提出具体任务,但可以预见,该法规鼓励发展可再生能源,必将对今后海洋能的开发起到积极的推动作用。

另一个有利于海洋能发展的政策性因素是在1992年世界环境与发展大会以后,英国政府制订了积极的政策来保护资源和环境,其中措施之一是要加强对海洋能等可再生能源的开发。

(2)日本。日本的海洋能研究十分活跃,其特点是着重波浪技术的开发。开展的波浪能研究项目有“海明号”波力发电船、60千瓦防波堤式电站、摆式波能装置、40千瓦岸式电站、“巨鲸号”漂浮式波力发电装置、气压罐式波力发电装置、导航用波力发电装置等,其中“海明号”是世界上最著名的波力发电装置。“巨鲸号”漂浮式波力装置的一期工程于1995年底完成。该装置既可以发电,又可以净化海水,还有消波避风的能力。

日本波浪能研究的牵头单位是日本海洋科学技术中心,有几十个单位参与,其中包括大学、研究所和公司。日本波浪能开发研究的特点是既有明确的分工,又有有效的协调。另一特点是大公司积极参与和重视技术转化为生产力的研究,从而使日本在波浪能转换技术实用化方面走在世界前列。现在,日本已有4座实型波力电站投入运行,还有8座正在试运行中。…

3.海洋能开发前景

海洋能不同形式的能量有的已被人类利用,有的已列入开发利用计划,但开发利用程度至今仍十分低。尽管这些海洋能资源之间存在着各种差异,但是也有着一些相同的特征。每种海洋能资源都具有相当大的能量通量:潮汐能和盐度梯度能大约为2亿千瓦;波浪能也在此量级上;而海洋热能至少要比此大两个数量级。但是这些能量分散在广阔的地理区域,能流密度相当低,而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域,因此只有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。

海洋能的利用目前还很昂贵,以法国的朗斯潮汐电站为例,其单位千瓦装机投资合1500美元(1980年价格),高出常规火电站。但在目前严重缺乏能源的沿海地区(包括岛屿),把海洋能作为一种补充能源加以利用还是可取的。

海洋能开发利用的制约因素:一是海洋能的特点决定了其开发的难度大,技术水平要求高。海洋能虽然储量巨大,但其能源是分散的,能源密度很低。例如,潮汐能可利用的水头只有数米,波浪的年平均能量只有300~500兆瓦·小时/米。海洋能大部分蕴藏在远离用电中心的大洋海域,难以利用。海洋能的能量变化大,稳定性差,如潮汐的周期变化、波浪能量和方向的随机变化等给开发利用增加了难度。此外,海洋环境严酷,对使用材料及设备的防腐蚀、防污染、防生物附着要求高,尤其是风浪有巨大的冲击破坏力,也是开发海洋能时必须考虑的。二是海洋能的开发由于技术不成熟,一次性投资大,经济效益不高,影响了海洋能利用的推广。海洋能利用技术是海洋、蓄能、土工、水利、机械、材料、发电、输电、可靠性等技术的集成,其关键技术是能量转换技术,不同形式的海洋能,其转换技术原理和设备装置都不同。由于海洋能开发技术目前尚不成熟,致使海洋能开发的一次性投资过大,与利用常规能源相比,经济性欠佳,因而制约了它的应用推广。

由于技术所限,目前开发利用海洋能的技术装置成本还较高,功率较小,只能作为少数地区和设施的能源补充,尚未充分发挥海洋能在能源领域应有的作用。但海洋能发电前景诱人。有专家预计,在2020年后,全球海洋能源的利用率将是目前的数百倍。科学家相信,21世纪人类将步入开发海洋能的新时代。

美国能源部于2008年5月中旬宣布,拨款750万美元开发潮汐能、海流能和波浪能。美国能源部正在推进开发新一代技术,以应用于增加使用清洁的可再生能源,实现2025年减少温室气体排放的国家目标。

实际上,除了海洋风能、潮汐、波浪外,海流、海水温差和海水盐差等都蕴含着巨大的能量。随着技术的不断发展,这些能量都将逐步被开发利用,海洋电力也必定会持久地成为人类重要而清洁的能源来源。

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,由近期的主要采用固定式,发展为大规模利用漂浮式;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。大型潮汐电站的研究建设需要几代人的努力。

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年的时间内,从目前的基础上下降2~4倍。

美国对海洋能潜力作出了评估。评估认为,波浪能资源为每年约210万吉瓦·时(所有海岸线每年平均波浪能发电量可大于10千瓦/米)。这些波浪能可分解如下:阿拉斯加(仅太平洋沿岸)125万吉瓦·时;加利福尼亚北部、俄勒冈州和华盛顿州44万吉瓦·时;夏威夷州和中途岛33万吉瓦·时;英格兰和大西洋中部各州10万吉瓦·时。潮汐能每年资源量约为11.5万吉瓦·时,其中,10.9万吉瓦·时在阿拉斯加,仅6000吉瓦·时在大陆所在地。海流能:美国唯一的大型海流能资源所在地为佛罗里达州南部海岸外的30千米处,估算每年的能源资源量为5万吉瓦·时,平均每年可发电约1万兆瓦(能力因子为57%)。

调查显示,在全球有50多家公司,在美国也有17家公司正在建立海洋能源的发展模式。截至2008年,已经有34家开发潮汐能的公司和9家开发波能的公司注册。同时,还有20个潮汐能公司、4个波能公司和3个海洋能源开发公司得到批准。

据Pike研究公司于2010年1月20日发布的水动力和海洋能预测报告,在今后5年内,即到2015年,来自海洋和河流的水动力能将增长到22吉瓦。然而,增长将取决于两个主要项目:英国的14吉瓦潮汐阻拦和菲律宾2.2吉瓦的潮汐围栏。

仅在欧盟,估算到2020年有高达10000兆瓦能力将投入市场,到2050年将增加到200000兆瓦。在美国,到2025年,可能会增加23000兆瓦水力资源,主要来自海洋和潮汐流。

报告指出,海洋水动力能的利用成本比风能或太阳能低50~100倍。

假设美国2010年确定碳排法规,并且欧盟确定海洋可再生能源目标,则Pike研究公司预测到2025年下列水动力能能力如下:

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