太陽和月亮共同“出力”,會是怎樣的景象?
最近,全國首座潮光互補型光伏電站——國家能源集團龍源電力浙江溫嶺潮光互補智慧光伏電站投運,這也是我國首次將太陽能和潮汐能互補開發。壯觀的場景,讓人們的目光再次聚焦到海洋能利用的大課題上。
廣袤的海洋,潛藏在其中的能量不可估量。但比起近年大放異彩的光伏和風電,人類利用海洋能的腳步卻略顯遲緩。不管是全國還是全世界,海洋能利用尚處在研發初期,技術門檻高、投資規模大、見效週期長是主要的挑戰因素。
在浙江,數千座島嶼、6500公里海岸線、26萬平方公里遼闊海域為海洋能利用提供了廣闊的試驗空間。近日,記者從近岸到遠海,走訪利用潮汐能、潮流能、波浪能的三個代表性項目,探尋它們對進一步發掘藍色動能的啟示。
溫嶺潮光互補智慧光伏電站的光伏發電組件 共享聯盟溫嶺站 徐偉傑 攝
巧用資源
工業遺産煥發新生
溫嶺江廈,一個曾被寫入我國中小學地理教科書的名字。
1980年5月,作為我國第一座自行研究、設計、製造、安裝的雙向潮汐能發電站,江廈潮汐試驗電站第一台機組投産發電。當時,電站設計裝機容量為3000千瓦,年發電量為1000多萬千瓦時,規模居全國第一、世界第三。為表紀念,它還被鐫刻在北京中華世紀壇的青銅甬道銘文上。
站長王浩平今年51歲,自踏出校門就入職電站,“江廈潮汐試驗電站始終致力於研究利用潮汐能發電,取得了顯著成效,有效擴展了新能源的版圖。”
當年主要承擔科研任務的電站,在能源需求走高、綠色低碳轉型加速的今天,如何發揮更大的價值?
2020年9月,“雙碳”目標的提出,無疑是一個絕佳的機遇。“我們從中看到讓工業遺産煥發新生的機會。”國家能源集團龍源電力浙江公司工程建設部主任張俊浩説。
從哪入手?大家將目光聚焦到試驗電站的水庫區域。“潮汐能發電需在海邊築起大壩,由潮水漲落形成內外水位差,最終利用勢能發電。”張俊浩解釋,因此,江廈潮汐試驗電站近2000畝的水面可大做文章。
經過多輪規劃研討,公司決定投資約4億元在庫區安裝光伏發電組件,打造潮汐與光伏協調運行發電的新模式。不到一年,江廈潮汐試驗電站就擁有了一個體量龐大的互補夥伴,它的總裝機容量達到100兆瓦,預計在20年的運行期內,年平均發電小時數可達1092小時,年發電量超過1億千瓦時,相當於滿足約3萬戶城鎮居民一年的家庭用電需求。與火電相比,每年可節約標準煤約31654噸,減少排放二氧化碳84479噸。
江廈潮汐試驗電站和“新夥伴”構成了全國首座潮光互補型光伏電站。
“我們還開發建設生産數字化平臺,建立風光設備健康預警模型,利用AI智慧診斷等技術,實現無人機一鍵巡航、故障定位、報告分析等功能。”張俊浩自豪地説,新電站有一顆“智慧心臟”,面對相當於187個標準足球場大小的庫區面積,運維人員借助數智工具快速遠程診斷,實現少人值班、無人值守。
在電站內,還配套建設有一個巨大的“充電寶”——5兆瓦時儲能設備。據國網浙江電科院網源協調技術人員張江豐介紹,由於太陽能具有隨機性,大功率併入電網可能影響電網穩定安全運行,而儲能系統具備靈活的充放電功能,響應速率更是從“秒級”提升至“毫秒級”,能夠快速平抑功率波動,實現清潔能源“應並盡並”、充分利用。
站在溫嶺七一塘眺望,左側是大海、大壩與江廈潮汐試驗電站,右側庫區水面上,逾18.5萬餘塊光伏發電組件鋪陳延綿到海天一線處,還有智慧無人機在上空巡航,一派新氣象。
與江廈潮汐試驗電站同期,浙江省在上世紀還開發了一批小型潮汐能項目。省能源局相關負責人表示,在繼續加大潮汐能科研力度的同時,可以通過開發多種能源、綜合利用土地等方式提高經濟效益,盤活老工業遺産。
位於岱山縣秀山島的LHD潮流能發電站 受訪者供圖
原始創新
加快核心裝備升級
屢破世界級難題,位於舟山岱山的LHD潮流能發電站彰顯的“浙江水準”。
自2017年至今,LHD潮流能電站已連續並網發電超過五週年,累計並網發電超過280萬千瓦時;今年2月,我國首臺兆瓦級機組“奮進號”完成吊裝下海,並於3月投入並網運行,標誌著我國潮流能規模化開發技術水準躍上新臺階……
在前期運行成果支撐下,LHD潮流能電站兩度入選國際能源署海洋能系統技術合作計劃(IEA OES-TCP)發佈的《全球海洋能20大亮點工程》和《全球潮流能亮點工程》,進一步提升了我國海洋能的國際關注度。
誰也沒有想到,以“綠盛牛肉乾”知名的溫州企業家林東能夠在海洋能領域取得成就。
“原始創新是最重要的,我們的技術路線和世界上其他潮流能項目完全不同。”林東説。“從0到1”,項目首創將“平臺加渦輪模組化發電原理”應用到海底,借海流平移的動能推動渦輪轉動發電;“從1到100”,技術不斷迭代,“奮進號”較此前三代機組投資不到1.5倍,單機容量提升5.3倍,發電能力提升了好幾倍。
林東向記者展示“奮進號”並網首月的發電數據:單月上網電量12萬千瓦時,再次刷新紀錄!目前,該發電項目已獲國際國內授權的專利63項,但研發的腳步不會就此停歇,林東的下一個目標是“上規模、提效率”,最終讓潮流能發電成本低於火電。
有核心技術創新還不夠,産業鏈上下游必須協同創新。千百個大噸級零配件,需要按照圖紙一一定制,團隊分赴杭、甬、舟三地尋找廠家。“第一次加工出來的零部件有2/3都是失敗品,工程款都做了研發學費。”林東笑説。原來,海底的現實情況有著計算機倣真模擬難以預估的“意外”,鹽霧腐蝕、密封漏水、海底垃圾侵擾……都需要廠家根據試驗數據再改進生産。
直到現在,測流儀仍是“攔路虎”。測流儀的數據關係到機組開停機,而市面上各國研發的測流儀,在海底只能持續使用不超過10個月,只能不斷更換,“為此我們也在自主研發耐用産品。”林東説。
去年,浙江省發改委、能源局發佈《浙江省可再生能源發展“十四五”規劃》,其中提到,在十三五期間,我省潮流能裝備研發取得重大突破,技術總體接近國際先進水準。一批裝機規模在60至650千瓦不等的潮流能機組在舟山海域完成實海況測試,舟山LHD潮流能示範項目完成多輪裝備技術更新並實現長期並網運行,裝機容量達到1700千瓦,浙江大學等高校和科研機構潮流能試驗場在舟山建設並投入測試運行。
“當前我省潮流能技術開發仍處於示範階段,我們將繼續推動海洋能開發利用新技術、新裝備的創新研發與示範應用,加快核心裝備升級,保持我省在海洋能技術研發與應用方面的領先地位。”省能源局相關負責人表示。
“絕酷”新型波浪能發電機組在大型波浪水池中測試 受訪者供圖
政企合力
探尋市場化之路
産業化開發成本很高,大規模應用困難很大,這已經是海洋能領域的共識。但路途再遠,也要有勇攀高峰的氣魄。位於舟山嵊泗的波浪能項目已經制定出“路線圖”。
目前,沒有通海底電纜的偏遠島嶼上往往採用柴油發電。“93%至95%的成本在原料端,度電成本在3元以上,同時會産生大氣污染。”韓洋能源科技設備(南通)有限公司執行董事兼總經理韓磊介紹,如果能利用波浪能發電,為偏遠島嶼或海上設施組建獨立的微電網,無疑是個理想的方案,這也是韓洋能源瞄準的商業應用方向。
最近,團隊在嵊泗縣五龍鄉漁人碼頭投放的第三代“絕酷”新型波浪能發電機組,已經進入實海測試的第6個月。它體格較小、“不挑地方”,在0.2米以上的微波中即可發電,應用範圍較廣;平均效率比光伏發電高15%以上,預計年發電量可達7萬千瓦時,除去研發成本,度電成本已降至0.44元。“目前小規模安裝已經沒有問題,商業化推廣只爭朝夕。”韓磊信心滿滿。
在他的“路線圖”中,兩條應用路徑逐漸明晰。一是小規模商業化安裝,依託碼頭、防波堤、海上油氣平臺、養殖漁場等建築投放單臺發電機組,向客戶售賣電力或設備。“對於海島來説,相較太陽能和風能,波浪能具有更高的能量密度、更長的全年發電時間等優勢。”韓磊説,目前,團隊還在研發由10台發電機組拼合成的兆瓦級陣列,擴大發電規模,提高經濟效益。
二是與海上風電結合,打造綜合開發模式。“安裝風機的海域一般很難通航,在海面投放波浪能發電機組,可以提高立體空間的利用率、創造更高的畝均收益。”韓磊説。而更重要的是,通過共享海底電纜、變壓器等設備,波浪能發電的輸電成本將大大降低,這是相得益彰的“布陣法”。如此一來,發電機組也將與近岸建築解綁,開闢更廣闊的中遠海領地。
這幅“路線圖”與《浙江省可再生能源發展“十四五”規劃》不謀而合,《規劃》提到,我省將為海洋能規模化、商業化提供技術儲備和裝備支持,積極探索海洋能在海島能源供給和海洋水産養殖電力供應方面的推廣應用,並鼓勵開展海洋能與海上風電的綜合開發試驗示範。
“目前最缺的是資金、夥伴和機會,尤其是綜合開發,需要雄厚的商業夥伴。”韓磊希望在“雙碳”的時代背景下,波浪能的廣闊前景能被更多人看到。而好消息是,這次海試已吸引了不少央企、國企的目光。
除了面向用戶開拓市場,韓洋能源還在尋找同行間的商機。接下來,團隊計劃與嵊泗縣展開闔作,共同打造波浪能海試基地,吸引更多清潔能源項目入駐。“實海況測試與實驗室模擬的意義完全不同,海洋生物、海水腐蝕、颱風天氣等現實問題都會納入考慮。”韓磊説,基地可以為其他企業提供樣機的試驗場所,未來,這種商業模式也許能助推海洋能開發形成産業集群與産業鏈。
浙江省對涉海企業從事綠色高新技術研究,通過省産業基金給予市場化支持。省能源局負責人説:“我們也將指導企業用好綠色金融政策,助力我省海洋能利用産業的發展。”
此外,政策支持也是商業推廣的重要一環。2019年8月,省發改委為LHD項目“定制”我國首個潮流能臨時電價:2.58元/千瓦時。直到現在,LHD大型海洋潮流能研究中心仍收藏著一張256.9萬元的支票,這是LHD項目向國網岱山縣供電公司收取的第一筆電費。“儘管比起這些年的幾億元投入,這筆收益並不顯眼,但這是打開商業市場的開端。”林東説。
溫嶺潮光互補智慧光伏電站全景 共享聯盟溫嶺站 徐偉傑 攝
【浙江新聞+】
海洋能是什麼?
海洋裏蘊藏著巨大的動力資源。作為可再生清潔能源,海洋能開發對利用海洋資源、加快能源結構轉型及應對全球氣候變化等具有重要的戰略意義。在我省海洋經濟發展和“雙碳”目標推進的背景下,海洋能或將成為未來新能源開發的熱點。
海洋能多種多樣,主要包括潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能、鹽差能等。
我們來看看潮汐能、潮流能、波浪能:
潮汐能
利用的是潮汐垂直方向的勢能,也就是水位差,其發電原理與三峽大壩類似。經調查估算,浙江和福建兩省潮汐能資源蘊藏量約佔全國的81%。
潮流能
利用的是潮汐水準方向的動能,也就是衝擊力,發電原理與風力發電相像。浙江是國內潮流能資源最豐富的地區之一。僅舟山海域,潮流能可開發利用量就佔全國一半以上,相當於23座秦山核電站。
波浪能
捕獲的是波浪震蕩和搖擺中蘊含的能量。沿海地區,波浪能能流密度大約為每米2千瓦至7千瓦。在能流密度高的地方,每1米海岸線外波浪的能流就足以為20個家庭提供照明,應用發展潛力較大。(見習記者 胡靜漪 記者 趙靜 通訊員 富雨晴 陳澤雲)
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