王文祥，馬 強(qiáng)

● （中海油研究總院，北京 100027）

中美潮流能資源開發(fā)利用發(fā)展對(duì)比

王文祥，馬 強(qiáng)

● （中海油研究總院，北京 100027）

對(duì)比了中美兩國(guó)潮流能的發(fā)展。在政策導(dǎo)向方面，美國(guó)在海洋能政策方面以產(chǎn)業(yè)推廣為目標(biāo)，而中國(guó)在海洋能政策方面以基礎(chǔ)研究為重點(diǎn)。在技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀上，通過兩國(guó)規(guī)模最大的潮流能項(xiàng)目對(duì)比，我國(guó)在單機(jī)規(guī)模、變槳距方面優(yōu)于美國(guó)，總體技術(shù)水平進(jìn)步較快，但是在裝置可靠性、裝置產(chǎn)業(yè)化方面有待開展更深入的工作。

海洋能政策；潮流能；資源開發(fā)

而中國(guó)在海洋能領(lǐng)域處于起步階段。2011年中國(guó)加入世界能源署國(guó)際海洋能協(xié)會(huì)（IEA-OES），標(biāo)志著中國(guó)的海洋能發(fā)展打開了與國(guó)際交流與合作的步伐，將以國(guó)際化的視野加速推動(dòng)我國(guó)海洋能技術(shù)科研與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展。

1 兩國(guó)海洋能政策概況

美國(guó)在海洋能政策方面以產(chǎn)業(yè)推廣為目標(biāo)，立足本土，向全球推廣其技術(shù)和產(chǎn)品。在海洋能發(fā)展規(guī)劃方面，制定了全面、詳細(xì)具有可操縱性的發(fā)展規(guī)劃和相適應(yīng)資金扶持方案。美國(guó)《能源政策方案》規(guī)定了海洋能強(qiáng)制購(gòu)買條款等刺激方案。美國(guó)能源部（DOE）的水能項(xiàng)目組（The Water Power Program）主導(dǎo)了美國(guó)海洋能的發(fā)展，并為此制定了清晰、自由、多渠道的促進(jìn)機(jī)制。該組織建立了一項(xiàng)名為 SBIR和 STTR的扶持基金，為海洋能的研發(fā)和工程建設(shè)提供資金支持。此外，為了推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，美國(guó)還為500名雇員以下的海洋水力能公司提供資金支持，以加速其科技成果的轉(zhuǎn)化。在政策、規(guī)劃、資金支持和配合下，美國(guó)海洋能清潔能源項(xiàng)目發(fā)展迅猛，目前已有20多個(gè)海洋能項(xiàng)目在建，如圖2所示。

圖2 北美海洋能項(xiàng)目示意圖

中國(guó)在海洋能政策方面以基礎(chǔ)研究為重點(diǎn)。2010年10月，黨的十七屆五中全會(huì)提出，“發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，提高海洋開發(fā)、控制和綜合管理能力”。最近幾年，我們國(guó)家日益重視海洋資源的開發(fā)利用，也包括資源量巨大的海洋能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近海區(qū)域可利用資源量為3×l08kW，若用于民用發(fā)電，每天可創(chuàng)造36億元的效益。相比于傳統(tǒng)能源發(fā)電，海洋能一次投資較大。但是，我國(guó)海洋能基礎(chǔ)領(lǐng)域較為薄弱，因此在現(xiàn)階段仍以基礎(chǔ)科研為重點(diǎn)。2006年5月，國(guó)家財(cái)政部出臺(tái)了《可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法》。2009年財(cái)政部將辦法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的細(xì)則，出臺(tái)“海洋能開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目”，資助額度達(dá)到了5000萬(wàn)元。2010年6月，國(guó)家海洋局協(xié)同國(guó)家財(cái)政部，出臺(tái)了《海洋可再生能源專項(xiàng)資金管理暫行辦法》，規(guī)定每2年進(jìn)行海洋可再生能源專項(xiàng)資金項(xiàng)目申報(bào)，資助額度為2億元，目前已經(jīng)開展了三次申報(bào)，累計(jì)資助額已超過6億元，加上國(guó)家科技部在海洋能領(lǐng)域的863計(jì)劃和各省市的地方支持，海洋能資助力度之大表明了國(guó)家對(duì)海洋能資源開發(fā)利用的日益關(guān)切和高度重視。

2 中美兩國(guó)潮流能發(fā)展對(duì)比

近年來，中美兩國(guó)在潮流能領(lǐng)域加快了研發(fā)與示范工程的速度，尤其是美國(guó)已有多個(gè)潮流能裝置完成了示范運(yùn)行。美國(guó)的潮流能示范裝置采用多元化的技術(shù)路線。在捕能裝置上，既有傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)葉片裝置，也有帶聚流效應(yīng)的導(dǎo)流罩裝置；在驅(qū)動(dòng)模式上，既有帶齒輪箱的半直驅(qū)裝置，也有免潤(rùn)滑免維護(hù)的直驅(qū)裝置；在裝機(jī)功率上，正在從千瓦到兆瓦級(jí)的潮流能發(fā)電裝置的示范運(yùn)行。美國(guó)的潮流能項(xiàng)目概況見表1。

美國(guó)在潮流能領(lǐng)域最為成功的是 Verdant Power公司的RITE項(xiàng)目[2]，不僅在美國(guó)紐約本土完成了初期的示范運(yùn)行，還向中國(guó)轉(zhuǎn)讓出口技術(shù)。2011年在美國(guó)商務(wù)部長(zhǎng)駱家輝的主持下，中國(guó)節(jié)能公司與美國(guó)Verdant Power簽署了一項(xiàng)技術(shù)合作協(xié)議。RITE水輪機(jī)為固定傾角三葉片水平軸水輪機(jī)，座底式固定，直徑5m，額定功率35.9kW，額定流速2.2m/s，最低工作流速0.7m/s。該公司已在紐約East河安裝了6個(gè)全尺寸的試驗(yàn)樣機(jī)，設(shè)備經(jīng)過了連續(xù)9000h（約375d）的測(cè)試，共計(jì)發(fā)電量8000kWh。Verdant Power公司正在進(jìn)入更大規(guī)模的潮流能開發(fā)階段。

我國(guó)在潮流能方面近幾年來發(fā)展迅速，也獲得了一定的積累。2002年哈爾濱工程大學(xué)自行設(shè)計(jì)建造了我國(guó)第一座70kW的潮流試驗(yàn)電站；2005年國(guó)家“863”科技計(jì)劃的40kW潮流能發(fā)電試驗(yàn)電站在浙江省舟山市岱山縣建成并發(fā)電成功；2005年，在863計(jì)劃海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)主題的支持下，東北師范大學(xué)研制成功放置能發(fā)電。2010年，中海油研究總院承擔(dān)了“500kW海洋能獨(dú)立電力示范工程項(xiàng)目”，目前正在項(xiàng)目運(yùn)行階段。中美兩國(guó)潮流能典型項(xiàng)目技術(shù)對(duì)比如表2所示。于海底的低流速潮流發(fā)電機(jī)；2006年4月，由浙江大學(xué)研制的5kW、葉輪半徑為1m的“水下風(fēng)車”在浙江省舟山市地區(qū)岱山縣發(fā)電成功，流速在2m/s以上就

表1 美國(guó)潮流能項(xiàng)目概況

表2 中美兩國(guó)潮流能典型項(xiàng)目技術(shù)對(duì)比

3 美國(guó)潮流能開發(fā)對(duì)我國(guó)的啟示

我國(guó)海洋能開發(fā)與美國(guó)相比，也存在一定的差距。對(duì)于技術(shù)而言，海洋能發(fā)電涉及到機(jī)械、電氣、儀表控制、結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，但目前我國(guó)海洋能技術(shù)停留在部分學(xué)科，技術(shù)集成手段薄弱，技術(shù)研發(fā)手段不系統(tǒng)、不全面。對(duì)于產(chǎn)業(yè)而言，我國(guó)海洋能項(xiàng)目停留在科研和小試項(xiàng)目，示范工程項(xiàng)目少，缺乏孵化和培育機(jī)制，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱。與國(guó)外海洋能項(xiàng)目由企業(yè)主導(dǎo)相比，我國(guó)海洋能開發(fā)以高校為主，存在一定的弊端。目前國(guó)內(nèi)各高校各自為戰(zhàn)，缺乏與制造領(lǐng)域和施工領(lǐng)域的合作，海洋能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率低、裝置可靠性和穩(wěn)定性較差，缺乏可持續(xù)運(yùn)行的保障。

其次，在技術(shù)研發(fā)手段上，美國(guó)海洋能技術(shù)先進(jìn)，形成高可靠性、高效性和低成本的海洋能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)的海洋能發(fā)電裝置普遍集成化程度高，除發(fā)電機(jī)本身外，機(jī)組內(nèi)還集成了變頻器、變壓器、控制系統(tǒng)、維修吊車、安全系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理、無人值守[3]。圖 3統(tǒng)計(jì)了國(guó)外海洋能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，具有重要的借鑒和參考意義，有待于今后開展更深入的海外海洋能技術(shù)跟蹤調(diào)研。

圖3 美國(guó)海洋能技術(shù)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)表

第三，在產(chǎn)業(yè)化程度上，美國(guó)具有從設(shè)計(jì)、研發(fā)、加工制造、工程維護(hù)等海洋能開發(fā)全產(chǎn)業(yè)鏈體系，不少公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)海洋能發(fā)電裝置商業(yè)化項(xiàng)目。美國(guó)Verdant Power、OPTT等公司已在開發(fā)兆瓦級(jí)海洋能工程項(xiàng)目。

因此，當(dāng)務(wù)之急首先對(duì)國(guó)內(nèi)外海洋能技術(shù)開展跟蹤調(diào)研，了解潮流能、波浪能、溫差能的技術(shù)路線，掌握海洋能前沿技術(shù)發(fā)展方向；對(duì)比和分析國(guó)外有代表性的海洋能商業(yè)機(jī)型，了解和掌握選址標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)型式、設(shè)備選型、電力控制、海上安裝和維護(hù)工程等成套關(guān)鍵技術(shù)；調(diào)研和學(xué)習(xí)國(guó)外海洋能研發(fā)手段、實(shí)驗(yàn)室或產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)等。同時(shí)篩選國(guó)內(nèi)海洋能產(chǎn)業(yè)鏈中研究設(shè)計(jì)、裝置加工、海上工程領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位。結(jié)合國(guó)內(nèi)外調(diào)研基礎(chǔ)，開展潮流能、波浪能、溫差能為主的海洋能裝置的前瞻性研究，指明適合中海油的海洋能技術(shù)方向及發(fā)展模式，為今后適時(shí)開發(fā)海洋能奠定基礎(chǔ)。

[1]Rourke F O, Boylr F, Reynolds A. Marine current energy devices: current status and possible future applications in Ireland [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14(3): 1026-1036.

[2]Khan M J, Bhuyan G, Iqbal M T, et al. Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications:a technology status review[J]. Applied Energy, 2009, 86(10): 1823-1835.

[3]Fraenkel P L. Marine current turbines: pioneering the development of marine kinetic energy converters [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers:Part A Journal of Power and Energy, 2007, 221(2):159-169.

Comparison of Development and Utilization of Tidal Current Energy Resources in China and America

WANG Wen-xiang, MA Qiang

(CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

The development of tidal current energy in China and America was contrasted. In the policy guidance, American ocean energy policy is the industrial promotion as the target, and Chinese ocean energy policy is the basic research as key point. In the technology development status, through the comparison of the largest tidal current energy project in two countries, the single scale and pitch in China is better than that of America, the progress of the overall level of technology is faster but the reliability of the device and its industrialization should be more work.

ocean energy policy; tidal current energy; resource development

TK79

A

0 引言

海洋能作為一種全新的能源品種，國(guó)內(nèi)技術(shù)不成熟，眾多類型的機(jī)型尚處于研發(fā)階段，商業(yè)化機(jī)型較少。根據(jù)世界能源署海洋能協(xié)會(huì)官方統(tǒng)計(jì)，目前以英國(guó)、美國(guó)、加拿大、歐盟等為代表的國(guó)家在海洋能領(lǐng)域發(fā)展速度迅猛，近幾年來，全球海洋能示范工程項(xiàng)目累計(jì)已有百余個(gè)，如圖1所示。目前美國(guó)是世界上一個(gè)在潮流能、波浪能、溫差能等海洋能領(lǐng)域唯一均具備成功案例的國(guó)家，并向世界各國(guó)出口技術(shù)[1]。該國(guó)得益于在海洋能發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)推廣方面的優(yōu)勢(shì)，在全球處于較為領(lǐng)先的地位。

圖1 世界海洋能項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

王文祥（1965-），男，高級(jí)工程師。主要從事海洋工程設(shè)計(jì)和研究工作。