動態(tài)與觀點
近日，第五批國家工業(yè)遺產(chǎn)名單新鮮出爐，溫嶺江廈潮汐試驗電站作為總裝機量中國第一、世界第四大的潮汐電站，榜上有名。溫嶺江廈潮汐試驗電站是我國第一座潮汐能雙向發(fā)電站，從1980年5月投入運行至今，累計發(fā)電超過2.35億千瓦時，為我國大規(guī)模商業(yè)開發(fā)潮汐能積累了工程經(jīng)驗和技術(shù)儲備。
今年10月，國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達峰行動方案》提出，要探索深化地熱能以及波浪能、潮流能、溫差能等海洋新能源開發(fā)利用。行動方案為我國海洋新能源的開發(fā)利用指明方向。
“海洋新能源通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源。潮汐能、波浪能作為其中最主要的能源，是一種易于直接利用、取之不竭的可再生清潔能源?！敝袊茖W(xué)院廣州能源研究所（下稱廣州能源所）海洋能研究室主任盛松偉對中國知識產(chǎn)權(quán)報記者表示，近年來，隨著我國技術(shù)攻關(guān)取得重大突破，一大批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋能技術(shù)由試驗樣機向工程樣機成功轉(zhuǎn)變，這對于我國加快先進成熟綠色低碳技術(shù)裝備推廣應(yīng)用，確保碳達峰、碳中和目標如期實現(xiàn)，都具有十分重要的意義。
創(chuàng)新發(fā)掘潮汐“寶藏”
潮汐電站的發(fā)電機組都在海平面之下，是真正的“深藏不露”。潮汐能是潮汐運動時產(chǎn)生的能量，是人類利用最早的海洋動力資源。1972年3月，原國家計劃委員會正式批準建設(shè)溫嶺江廈潮汐試驗電站，重點圍繞潮汐能特點、潮汐機組研制、海工建筑物技術(shù)問題研究和綜合利用等四大方面展開，并將其列為國家“六五”時期重點科技攻關(guān)項目。
如今，這個由龍源電力集團股份有限公司運營的潮汐試驗電站安裝了6臺雙向燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量4.1兆瓦?！白鳛槌毕馨l(fā)電的試驗基地，溫嶺江廈潮汐試驗電站運行41年來始終堅持發(fā)電和試驗并舉，堅持依靠現(xiàn)代技術(shù)對電站進行改造和完善，取得了豐碩成果，為我國潮汐能的開發(fā)利用積累了許多寶貴的經(jīng)驗?！绷蚵蓭熓聞?wù)所合伙人姚冠揚介紹，2015年，隨著專利“一種六工況三葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮汐發(fā)電水輪機”在該電站落地應(yīng)用以及1號機組增擴容改造完成，該電站安裝了國際上首次研發(fā)的三葉片六工況雙向高效運行的潮汐發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪，填補了國內(nèi)潮汐電站在設(shè)計優(yōu)化及多工況運行方式等方面的技術(shù)空白。
姚冠揚通過專利檢索后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，2015年清華大學(xué)和龍源電力集團股份有限公司溫嶺江廈潮汐試驗電站在潮汐能技術(shù)開發(fā)方面取得了重大突破，針對現(xiàn)有技術(shù)中的4葉片轉(zhuǎn)輪潮汐發(fā)電水輪機組僅能保證一個工況下的效率、震動和壓力脈動大等技術(shù)問題，對導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的型線進行近百次優(yōu)化，世界范圍內(nèi)首次在三葉片的水輪機上實現(xiàn)了全部六個工況下的高效率運行。
清華大學(xué)能源與動力工程系流體機械及工程研究所所長王正偉作為“一種六工況三葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮汐發(fā)電水輪機”專利的第一發(fā)明人，在潮汐發(fā)電方面進行了20余年技術(shù)攻關(guān)，取得了一系列創(chuàng)新成果。他介紹，目前，世界上所有其他的潮汐發(fā)電水輪機組都采用的是4葉片的轉(zhuǎn)輪。傳統(tǒng)觀念認為，4葉片轉(zhuǎn)輪具有控流能力強，流道內(nèi)壓力脈動小的特點，而王正偉團隊結(jié)合我國潮汐能情況提出了三葉片轉(zhuǎn)輪。
據(jù)了解，在研發(fā)過程中，王正偉團隊通過30多個導(dǎo)葉和60多個轉(zhuǎn)輪的型線優(yōu)化，成功將葉片上的壓力脈動降低到比傳統(tǒng)的4葉片轉(zhuǎn)輪的壓力脈動還略低，同時還提高了機組的過流量，保證了潮起潮落時機組具有更多的發(fā)電量、更高的效率和更小的壓力脈動及振動。
姚冠揚表示，目前，受到單機發(fā)電機組規(guī)模的限制，全球范圍內(nèi)潮汐發(fā)電裝置的成本相對較高。相信，隨著潮汐發(fā)電技術(shù)進一步取得突破，在不遠的將來必將形成一批可借鑒、可復(fù)制、可推廣的典型案例，加快先進成熟綠色低碳技術(shù)裝備推廣應(yīng)用。
專利增添波浪“動能”
“除了潮汐能外，另一個埋藏在海洋中的能源寶藏就是波浪能?！笔⑺蓚ソ榻B，波浪能發(fā)電具有巨大的潛力，不僅可以為邊遠海島等提供清潔能源，還能利用波浪能提供的動力進行海水淡化以及為海洋養(yǎng)殖平臺或測量儀器提供電力。
近年來，隨著我國科研院所和企業(yè)投入資金、技術(shù)和人才加緊攻關(guān)，波浪能利用技術(shù)不斷取得突破。2020年，由廣州能源所研發(fā)設(shè)計，招商局重工（深圳）有限公司建造的我國首臺500千瓦波浪能發(fā)電裝置“舟山號”交付使用。這是我國目前單臺裝機功率最大的波浪能發(fā)電裝置。
自2002年開始，盛松偉帶領(lǐng)團隊從事新型海洋波浪能開發(fā)利用。經(jīng)過近10年的攻堅克難，盛松偉團隊在漂浮鷹式波浪能發(fā)電裝置方面取得重大突破，并于2012年在多個發(fā)達國家提交名為“一種具有半潛船特征的漂浮鷹式波浪能發(fā)電裝置”的專利申請，解決了波浪能裝置效率低、建造與維護成本高以及投放后難以回廠維護或維修的難題。
“波浪能裝置的樣式各種各樣，但工作原理都是將波浪的動能和勢能轉(zhuǎn)化為機械能等能夠利用的能源。然后，再將得到的機械能傳遞到旋轉(zhuǎn)機械中（如透平、液壓馬達等）；最后，再將旋轉(zhuǎn)機械中的機械能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，輸送給用戶?！笔⑺蓚ケ硎尽?/p>
近年來，在相關(guān)專利的基礎(chǔ)上，盛松偉團隊進一步攻關(guān)，突破了海上漂浮式波浪能裝置無法長期穩(wěn)定發(fā)電的系列難題，完成了鷹式波浪能技術(shù)由試驗樣機向工程樣機的成功轉(zhuǎn)變。2015年11月,運用相關(guān)專利建設(shè)的100千瓦工程樣機“萬山號”在珠海市萬山島開始實海況試驗。兩年后，“萬山號”在珠海市萬山島并網(wǎng)發(fā)電，實現(xiàn)了我國波浪能電力首次進入海島居民家庭使用。
爾后，在中國科學(xué)院和南方電網(wǎng)的支持下，盛松偉團隊利用相關(guān)專利實現(xiàn)了我國波浪能裝置在近海、遠海并網(wǎng)供電。2018年8月31日，260千瓦“波+光+儲-海水淡化”海上可移動能源平臺“先導(dǎo)一號”在我國西沙開展了遠海發(fā)電試驗，通過海底電纜成功并入遠海海島電網(wǎng)，標志著我國成為全球首個在深遠海布放波浪能發(fā)電裝置并成功并網(wǎng)的國家。
盛松偉表示，擁有中國、歐盟、日本和加拿大發(fā)明專利的半潛式波浪能養(yǎng)殖旅游通訊平臺技術(shù)，已由研發(fā)和示范進入多省商業(yè)化建設(shè)運行階段；擁有中國、美國、英國和澳大利亞發(fā)明專利的鷹式波浪能發(fā)電技術(shù)，已完成2臺500千瓦波浪能裝置“舟山號”及“長山號”的建設(shè)，正在開展實海況試驗；同時在國家重點研發(fā)項目支持下，廣州能源所聯(lián)合南方電網(wǎng)正在開展單臺裝機1兆瓦的波浪能裝置研建，預(yù)計2022年完成建設(shè)并投放南海示范運行，支撐我國海上碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)。
