海洋可再生能源发电现状与发展趋势.docx

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海洋可再生能源发电现状与发展趋势

赵伟国\刘玉田\王伟胜2

（1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市250061;

2.中国电力科学研究院，北京市海淀区100192）

CurrentSituationandDevelopmentofMarineRenewableEnergyPowerGeneration

ZHAOWeiguo1,LIUYutian',WANGWeisheng2

（1.KeyLaboratoryofPowerSystemIntelligentDispatchandControlofMinistryofEducation（ShandongUniversity）,

Jinan250061,ShandongProvince,China;

2.ChinaElectricPowerResearchInstitute,HaidianDistrict,Beijing100192,China）

ABSTRACT:

Withtherapidgrowthoffossilenergyconsumption,pressureofcarbonemissionreductionbecomeshigher,andmoreattentionhasbeenpaidtomarinerenewableenergypowergeneration.Offshorewindenergy,tidalenergy,tidalcurrentenergy,waveenergy,oceanthermalenergyconversionandsalinitygradientenergygenerationarediscussedbytaxonomicstudy.Theworldwideresourcedistributions,developmentaltrajectoriesandcurrentstatusareintroducedandanalyzedrespectively.Theobstructionshinderingtheirwidescaleexploitationandcommercializationarealsofocusedon,thensomepossiblesolutions,developmenttrendsandprospectsareputforward.Theseveresituationofenergyshortage,carbonemissionandenvironmentalpollutioncanbeeffectivelyalleviatedbymarinerenewableenergypowergenerationtechnology.

KEYWORDS:

renewableenergy;carbonemissionreduction;offshorewindenergy;oceanpowergeneration

摘要：

随着化石能源消耗的迅速增长，低碳减排压力不断增加，海洋可再生能源发电日益受到重视。

分类介绍海上风能、潮汐能、潮流能、波浪能、海洋温差能和盐度差能等海洋发电方式资源分布、发展历程和现状，分析海洋可再生能源开发所面临的主要问题，提出相关建议，指出发展趋势和前景。

正在迅速发展的海洋可再生能源发电技术，不仅能够缓解能源紧张的现状，更可以有效实现低碳减排和环境保护。

关键词：

可再生能源；低碳减排；海上风电；海洋能发电

0引言

海洋能是指依附在海洋中的可再生能源，也称为海洋可再生资源，通常包括潮汐能、潮流能、波浪能、海洋温差能、盐度差能和海上风能等形式⑴。

利用海洋可再生能源发电（海洋能发电）可以有效减少温室气体排放，是全球能源互联网的关键发展方向，完全符合人类社会可持续发展的要求。

随着海洋发电技术的不断进步和开发规模的逐渐增大，其更加具有竞争力，受到广泛关注。

2014年9月，亚太经合组织（APEC）能源部长会议《北京宣言》明确提出，到2030年，21个成

基金项目：

国家科技支撑计划资助项目（2015BAA07B01）o

ProjectSupportedbyNationalKeyTechnologiesR&DProgram（2015BAA07B01）.

员国可再生能源发电量比重较2010年翻一番。

2014年11月，《中美气候变化联合声明》宣示，到2025年，美国将在2005年基础上，全经济范围减排26%~28%o2030年左右，中国二氧化碳排放达到峰值，非化石能源占一次能源消费比重提高到20%。

作为可再生清洁能源的海洋能，有着广阔的发展前景。

文献［2］针对英国海洋能发电发展历程、高校合作项目研究进展、以及国家相关政策和规划作了综述，并对欧洲海洋能中心以及潮流及波浪能试验中心作了全方位介绍，最后分析了英国海洋能发展前景。

文献［3］以图文并茂的形式，介绍波浪能发电、潮流能发电、潮汐能及温差能发电技术的原理和特点，并对一些典型的海洋能发电装置作了细致说明。

本文分别介绍了海上风电、潮汐能发电、潮流能发电、波浪能发电、海上温差发电以及盐度差能发电，简要归纳了它们各自的特点和发展历程，密切跟踪了国内外最新发展现状，并重点分析了未来海洋能发电的发展趋势，最后说明了海洋能发电发展的意义和前景。

相关工作适应于能源互联的新能源技术研究。

1海上风电

近年来风电产业发展迅猛，据世界风能理事会统计，在2009—2014年期间，全球风电市场规模扩大了约250GW,海上风电也获得了快速发展⑷。

海洋环境下建立风电场有别于陆上，海上风场通常有更高的风速，风场更为广阔，且海上风切变较低，风机振动程度较小。

相比于陆上风机，海上风机设计时，运行噪声无需过度关注，可以选择更高的叶尖速比，在相同质量下，产生更大功率。

另一方面,由于海上风机的建设、维护和检修成本相对较高，海上风机设计将更加注重可靠性〔Hl。

1.1海上风电发展现状

欧洲是世界上最早大规模开发海上风电，且发展最为迅速的地区。

其中，1991年建成的丹麦Vindeby风电场，是全球第一个商业化的海上风电场［71o2014年欧洲新建17座海上风电场，并网容量达1483.3MWo英国占新增并网容量的54.8%,德国占35.7%o另外，50.7%的新增并网机组位于大西洋海域，其余49.3%位于北海海域。

截止到2014年底，欧洲共有74座海上风电场，2488台风机并网发电，总容量达8045.2MW,年发电量29.6TW∙ht81o我国海岸线漫长，潮间带及近海范围风能资源十分丰富。

2010年11月，我国第一座海上风电场示范工程一上海东海大桥100MW海上风电场项目投入运营。

2014年底，国家能源局对外公布《全国海上风电开发建设方案（2014—2016）》，总容量10.53GW的44个海上风电项目被列入其中。

“十二五”可再生能源规划中，2015年海上风电机组装机容量将达5GW,2020年将达30GW。

1.2海上风电的发展趋势

尽管海上风电有着诸多优点，但其发展也面临着不少严峻挑战。

由于风机基础建在海底，需要针对海洋环境做出专门的设计和建造，这使得海上风电的发电成本高达陆地风电的2~3倍⑼。

为降低发电成本，提高竞争力，海上风电发展呈现以下趋势。

1）风机功率大型化。

由于海上风况优于陆上风况，近岸风力也较高，采用更大功率的风机进行发电将显著提高风能的利用率。

陆上风机功率一般在1~3MW,而海上风机功率可达5~10MW,甚至更大tl0^lllo

欧洲风能协会公布的数据显示，2014年欧洲新建并网海上风电机组平均单机容量已近4MW»我国的海上风电机组单组容量也不断提升，2014年11月，明阳风电6.5MW海上风电机组在江苏如东潮间带试验风电场顺利完成吊装。

2）超导及新材料的应用。

随着风机半径R的增长，其功率呈正倍增大,然而风机重量也会成丑28倍增加，这对基础是个很大的挑战。

此外，风机工作产生的噪声会成丑5倍放大〔⑵。

因此，在提高风机功率的同时，应当注重控制风机的整体重量及转换效率。

采用超导风机时，超导电线可以承载更大的电流密度，磁通密度⑦可以显著增加，从而提高发电及传输功率，使整体风机转换效率增加，且能显著减轻其质量。

海上风机单机功率较大，一般要求叶片尺寸更大，这就对叶片制造强度和刚度等性能提出新的要求。

采用轻质新材料制造叶片，成为当前风机发展的一个趋势，其中较为引人关注的是碳纤维叶片'"I。

3）海上风场离岸化发展。

国家发展改革委能源研究所等机构的研究显示，我国近海10m水深的海域内，风能资源约100GW；近海20m水深，风能资源约300GW；近海30m水深，风能资源约490GW。

风电场离岸化发展能够利用更多的风能。

2014年欧洲新增海上风场平均离岸距离和海域深度分别为32.9km及22.4m,相比于2013年的30km距离和20m的海域深度，都有相应增加。

海岸旁边建设风场，有可能影响到当地的风景及环境。

由国家能源局和国家海洋局联合制定的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》于2011年8月出台，要求海上风电场建设要向深水离岸布局。

可见，海上风电场将向更深的海域扩展。

4）多种输电技术和并网方式共存。

当前海上风电场输电方式主要有高压交流（HVAC）,高压直流（HVDC）,以及分频输电（FFTS）等。

其中，HVAC输电系统结构简单，建设成本较低，由于海缆的充电电流限制，其只适合近海小规模的风电场；柔性直流输电（VSC-HVDC）容量较小、功耗较大，适用于中小规模风电场；电网换相换流器高压直流输电（LCC-HVDC）和分频风力发电系统容量大、损耗小，适用于较大规模的海上风电场好也

其他输电方式也各有相应的优缺点，不同类型风电场需要有针对性的输电和并网方案选择。

2潮汐能发电

太阳、月亮与地球之间的万有引力与地球自转运动使得海洋水位形成有规律的高低变化，形成潮汐。

现代潮汐能的利用，主要是潮汐能发电。

2.1潮汐能发电现状

从1912年德国胡苏姆兴建了世界第一座潮汐电站至今，全球范围内已陆续建成许多大型潮汐电站。

欧洲拥有丰富的潮汐能资源，也是潮汐发电技术的起源地。

其中，英国与法国潮汐能资源在欧洲所占的比例分别为47.7%和42.1%o2014年2月，英国TidalLagoonPower公司向政府提交了装机容量320MW的斯旺西湾潮汐能电站项目申请，有望于2015年6月获得批复。

2015年3月，该公司又公布了建设另外5个泻湖潮汐能电站的计划。

所有6个项目建成后，预计将能提供英国8%的电力供应网。

亚洲潮汐电站建设也有很大发展。

韩国虽然进入潮汐能发电领域较晚，但发展势头较快，技术水平已与欧洲发达国家接近。

2011年，在始华湖建成当前世界最大的潮汐电站。

电站装机总容量达254MW,能够为韩国每年减少86.2万桶原油进口以及32万吨温室气体排放。

目前，韩国政府还在泰安郡、江华岛、平泽以及永宗岛北端等地区，积极推进潮力发电站建设。

我国潮汐能蕴藏量约为110GW,可开发总装机容量约21.8GW,年发电量62.4TW∙h,主要集中在福建、浙江两省和上海市沿海区域ll7^18lo已在1986年建成当时世界第三大潮汐电站，即江厦电站，装机容量3.2