海洋能发电（共5篇）
海洋能发电 篇1
摘要：近年来,海洋能利用的研究与探索仍是可再生能源领域备受关注的课题之一,研究热点更多集中在对海洋能发电装置的研究上,然而研究成本过高是制约海洋能技术发展的因素之一。在新能源发电领域,国际上通常采用能源均化(发电)成本(levelized cost of energy,LCOE)方法来对不同发电技术和规模的能源项目进行比较。借鉴能源均化成本(LCOE)的计算模式,对引导和推进海洋可再生能源技术和产业发展具有重要意义。文章首先阐述海洋能LCOE的影响因素,并以波浪能和潮流能为例介绍英、美两国如何推算其开发成本,进而探讨降低能源成本的可能性,为我国海洋能发电装置提供参考。
关键词：海洋能,能源成本,均化(发电)成本,成本控制
1 引言
当前各国之间围绕海洋的竞争日趋激烈,在海洋能的开发利用上,起步较早的美国、英国等先进国家和地区走在前列,但在发展过程上各国普遍面临技术不成熟、成本比较高等困难,导致海洋能源的大规模应用存在难题,多数国家还处于试验、小规模应用阶段。
为了实现海洋能行业的长期可持续发展,使能源成本降至与海洋风能发电和其他传统发电相同的水平是关键所在。目前的各种激励措施,如“可再生能源义务证书(ROCS)”等,都是为提供一个与其他更为成熟的发电方式公平竞争的环境;然而英国ROCS将于2017年让位于下一代能源计划,这将在业界产生更大的不确定性。
在新能源发电领域,国际上通常采用能源均化(发电)成本(levelized cost of energy,LCOE)[1]方法来对不同发电技术和规模的能源项目进行比较。LCOE在国际上不仅被用于学术建模分析,也常见于政策讨论等领域,是一种被广泛认知的透明的计算手段。研究表明,不同国家或地区的能源尤其是新能源的LCOE有很大不同,而在我国尚缺少这方面的公开研究。本文将探讨海洋能LCOE的影响因子,以波浪能技术和潮流能技术为例,介绍美国、英国如何推算其开发成本,以期丰富有关研究,并为我国能源发展战略提供参考。
2 海洋LCOE的影响因素
2.1 直接影响因素
计算海洋能装置的能源成本,需要包括投资成本和运行成本,以及累积发电量,其中贴现率也被用来计算未来成本的现值(图1)。
设备的投资成本包括安装和项目管理,大多发生在项目的初期阶段;而运行成本,如维护、租金和保险则贯穿整个项目周期,其中还需考虑到拆撤成本。
以千瓦时计算的发电成本取决于阵列装置的发电总量,因此装置在特定位置的发电量是计算能源成本的关键值。这将取决于可再生资源的可用性、将资源转换成电能的装置特性、装置的可用性以及对综上所述的可操作的时间比例。负荷系数(LF)可通过以下公式计算[2]:
式中:AEP(Annual Energy Production)为年发电量,单位是kW·h;R为额定装机量,单位是MW。
贴现率将未来的成本和收益转成现值成本,以此计算单位产能,即贴现率是“金钱成本”的折射,在LCOE计算公式中属于一个重要变量,用来反映项目的预期风险以及货币市场利率和市场融资(债务或股本)走势。
均化(发电)成本计算方法是通过使用贴现率将未来各个时段的支出折算成在某一选定日期(通常是电厂投产日期)的现值。对未来各个时间的发电量也进行同样的贴现计算。支出的现值按照类型(投资、燃料、运行和维护)增加,对发电量现值采用类似的方法累加到一个单一的数值。假设所发生的运行和维护成本与发电量是每年恒定的,则均化(发电)成本可通过下列公式表示[3]:
式中:LCOE为能源均化(发电)成本;SCI为电厂的资金成本;SLD为具体的均化拆卸成本;LF为设施的负荷系数;r为贴现率;n为设备使用寿命;OM为年化的运行和维护成本。
2.2 间接影响因素
除上述公式所涉及的直接影响因素外,人为及潜在的间接影响因素也不容忽视,主要包括以下几方面。
(1)项目风险。对风险的评估是影响海洋能源项目融资的一个重要因素,在工程计算中使用的实际回报率均取决于融资项目所涉及的整体风险评估,视为高风险的超支项目或收益较低的项目往往需要较高回报率以吸引项目投资商。主要包括:项目风险,即所有的项目都有不可预见事件和成本超支的风险,海洋环境就其特性而言存在极端的海洋气象条件,可能导致正在安装的设备和船舶损害及延误;技术风险,是与特定技术相关的额外风险,将取决于是否安全可靠地执行技术研发并产生预期成果,海洋能源阵列技术难免存在失误风险,包括在设计、安装和运行实践阶段的风险;其他风险,具体体现为缺乏明确的有关补贴制度及对技术的政治支持。
(2)项目开发商的角色。成功的海洋能发电项目除政府财政支持外,还离不开项目开发商投入大量资源和资金,以促进在未来发展阵列式规模发电;在各国实践中不难发现,项目的主要投资方除政府外就是能源公司,而后者的支持力度远远不及政府的扶持力度。因此,海洋能未来投资的一个关键问题是,如何促使海洋能源项目成为能源公司愿意投资的项目,以期降低开发成本、形成规模化发展,更好应用于市场。
(3)项目开发和许可成本。在海洋能装置制造和安装之前,还要开展一系列的评估和调查工作,如选址、环境影响评估、工程设计准备、计算实施成本、获取必要的许可权限等,只有通过相关机构获得批准才能开展初期的设计工作,所有与这些活动相关的成本均被列入“项目开发和许可成本”。
(4)电网连接和传输成本。电网连接成本与距主电网系统的距离有关,确保恰当地连接到输电网络从而得到最优成本;传输收费标准也反映了加强远程电网连接的需求。
(5)能源均化(发电)。成本是一种较为清晰计算某一特定能源系统成本的方法,然而鉴于可供参考的资料以及实际运行经验的缺乏,有关成本和性能参数职能只基于少量资料进行评估,仅以此作为技术发展状态和技术风险管理的客观手段。
3 国际推算海洋能成本走向
波浪能和潮流能装置基本都处于初期发展阶段,借鉴风能及其他可再生能源技术取得的经验将降低波浪能和潮流能的投资成本。但由于实际经验很少,这种论断只得到少量数据的验证。目前的投资成本估算仅是从单一样机获得的,其数值很可能高于未来技术更成熟的商业化机型。
根据联合国政府间气候变化专门委员会减缓气候变化第三工作组出台的《可再生能源和减缓气候变化特别报告》“海洋能”一章中的第七部分内容,在为数不多的对未来成本的研究中,美国电力研究所(Electric Power Research Institute,EPRI)在2005年利用预期布放在加利福尼亚沿海的 “海蛇”号波浪能发电装置进行商业化项目成本的理论研究[4]。 假设整个电站规模为213×500 kW(106.5 MW)、设计寿命为20 年、设备利用率为95%,计算得到LCOE值;研究结论是:安装2.79亿美元(2 620美元/kW)的投资成本,7.5%的贴现率,38%的设备利用率,1 310 万美元(123 美元/kW)的年均运行和维护成本,10 年后的改造成本为2 810万美元(264 美元/kW),那么LCOE将达到13.4美分/kW·h。
2006年,英国碳信托(Carbon Trust)根据搜集到的大量投资成本数据对波浪能和潮流能样机和前商业化发电装置的现时成本进行评估,并发布评估结果:波浪能发电装置的投资成本为7 700~16 100美元/kW、中值为11 875美元/kW,潮流能发电样机的投资成本为8 600~14 300 美元/kW、中值为11 400美元/kW,一些概念性潮流能发电装置的投资成本或许更高;项目研究估算英国早期波浪能电站的LCOE为21~79美分/kW·h,而早期潮流能电站的LCOE为16~32美分/kW·h[5]。
美国加利福尼亚州为 “可再生能源输送行动”所作的一项研究显示,潮流能发电(布放在加利福尼亚州)成本为1~3美分/kW·h[6]。
潮汐电站被认为是最成熟的海洋能技术,因为目前已经持续运行的潮汐电站实例很多,不过有关成本的数据却很少。潮汐电站的成本估计为4 500~5 000美元/kW,运行和维护成本约为100美元/kW/a[7]。
海洋温差能发电技术(OTEC)没有长期持续性的运行经验,因此很难预测当前的成本以及未来的发展趋势。有关OTEC的最新成本估算来自洛克希德马丁公司,估计10MW的试验电站的投资成本为32 500美元/kW;而达到商业化阶段的100 MW电站,成本将降低到10 000美元/kW[8]。
有关波浪能发电的各种理论分析表明,近期波浪能的LCOE可与20世纪80年代的风能相媲美。目前还不清楚英国碳信托(Carbon Trust)和美国电力研究所公布的较低LCOE值是如何得出的,可能是采用了比常用标准更低的成本数据或更高的性能参数。与其他能源相比,潮汐能技术的投资成本较高,潮汐电站工程的规模一般大于其他海洋能项目,因为只有通过规模效应才能降低发电的单位成本。而OTEC技术只能通过新材料和建筑技术等领域取得的进步才能提高其在经济和技术方面的可行性。在海洋能LCOE估算中,最大的不确定因素是对长期利用率及运行和维护成本的估算,这些都需要实际的运行数据积累。
4 降低成本的可能性探讨
由于海洋能技术仍处于发展阶段,尚未形成规模化发展,鉴于风能产业经验,在装机数量增加后,通过生产效率自然提高、经验积累、规模经济效应和技术创新等,将有望降低成本。
4.1 “学习曲线”效应
“学习曲线”效应可能是驱动降低LCOE的一个重要因素。20世纪80年代初到2008年近30年时间里,风电产业“学习率”达到11%[9]。作为一类估计,海洋能产业(不包括已经相对成熟的潮汐能)也可以达到11%的“学习曲线”。以英国碳信托给出的投资成本中值点位为例,11%的学习率意味着当装机容量达到2010年9倍的规模时,投资成本可下降到2010年的约1/3(波浪能和潮流能初始装机容量均假设为5 MW)。
也就是说,通过研发所获取的专业知识,同样也丰富了整个行业的学术经验。设备建模(在设备和阵列级别)、试验、水槽测试和海上测试都能提供全方位的学习机会,通过“知识储备库”的运用,为未来项目的发展提供最优设计,以此降低能源成本。
4.2 规模化生产
规模化和批量生产为降低成本提供重要契机。逐步扩大规模可以通过以下几种不同方式降低成本。
(1)大规模装置。总的来说,由于制造和安装成本不会随着能量输出而呈线性增加,大规模设备成本会较低(以每千瓦装机量来衡量)。然而设备的升级却和与海面的相互作用相关,如潮汐涡轮机的叶片长度可能会受到现场水深的影响,波浪能装置尺寸也会受到造波条件的位置影响等,尽管如此,装置在尺寸上进行升级改造的可能性还是很大[10]。但考虑到升级改造所产生的高昂材料费用,就需要找到一种折中方式来实现最高的成本效益。
(2)装置的数量。多台装置阵列化安装可以降低电厂安装和配套设施的成本(以每兆瓦装机量衡量)。阵列式规模安装所带来的收益体现在可以购买更大更专业的安装船,在电缆连接成本、项目开发、站位动员和其他项目成本中允许安装多台设备,以此达到更好的利用率;在一个基础设施上共享系泊点或安装多个设备,以此通过共享高昂的基建设施和安装成本来均衡其经济效益。
(3)规模化生产。相似设备的规模化生产可以降低成本,相比专用设计生产组件,通过批量生产可以降低整体单一组件的成本。
(4)工程支持。大型原始设备制造商投资给海洋能设备制造商,为海洋能技术发展带来了资源和经验。近期大型设备投资商如法国舰艇建造局(DCNS)、西门子和阿尔斯通,通过将其他行业的知识转移到海洋能产业中,很可能带来生产成本的降低[11]。
4.3 创新
降低成本的重要机制之一是创新。创新包括设计或制造过程中发生的根本性改变,可以发生在整体设备和子系统的任一阶段,也就是说创新贯穿于最初的新概念能源捕获设计到创新性设备布放和操作流程。这种注重实验和实践的新方式明显不同于当前单纯依靠实践获得经验,创新和学习是随着实践慢慢融合的。
在研发的早期阶段,创新很可能发生在研究和开发环境中,继而萌芽出开发和测试的新概念。随着技术发展,当接近商业运行阶段时,创新就会出现在产业化项目短期至中期的挑战上,如开发创新型的安装方法,以此作为大规模布放试验的一部分。
5 结论和建议
借鉴国外海洋能发电装置成本计算的先进方法,结合国内实际情况,推行能源成本估算是海洋能发电装置自主产品创新发展的必然选择。尽管目前海洋能技术发展处于初期阶段,可供参考的资料以及实际运行经验缺乏,英美的能源成本估算同样存在较大的不确定性,但不可否认的是随着新技术的不断发展,更多的经验累积将有助于降低成本。
对能源成本估算的方法有几点建议。
(1)深入研究欧、美等国有关成本建模及成本分析公式,包括丹麦能源成本模型、美国能源局参考模型、美国国家可再生能源实验室离岸风能模型、英国碳信托模型、西班牙TECNALIA模型、爱尔兰HMRC公司开发的NAVITAS模型、爱尔兰梅努斯国立大学开发的TEOWEC软件、EU-JRC(联合研究中心)开发的经济建模、葡萄牙波浪能中心开发的技术经济建模等,对这些现有模型进行分析与总结,提炼出适合波浪能、潮汐能、潮流能、OTEC等LCOE计算通则。
(2)能源成本估算可以纳入海洋能项目的立项论证、中期检查和结题验收等项目管理环节中,以此搜集相关技术的成本数据。
(3)建立“能源成本”数据库,将搜集的成本数据分以不同类别,以年为单位绘制成本走势图,为政策制定者和投资商提供风险评估依据,更科学地制定技术发展路线图。能源成本数据是一切政策扶持(发展路线图、资金补助、电价补贴、税收激励等)、投资融资、风险评估等的基本依据,不断降低制造成本、采用新技术、从其他行业获取知识和经验,通过实际运行来优化技术的未来发展。
我国自2011年加入“国际能源署海洋能系统实施协议”以来,先后多次参加执委会会议及参与海洋能国际合作项目。“能源成本”是该组织近期推出的短期项目,我国作为成员国也参与其中,通过该项目的实施和推进,有助于我国获得来自世界更多更详实的最新海洋能项目成本信息,也有助于我国通过借鉴与比较找出差距,寻求更有效的能源成本降低之路。
参考文献
[1]Renewable U K.Offshore Wind Forecasts of future costs and benefits[R].Renewable UK,London:2011.
[2]SI Ocean.Ocean energy:cost of energy and cost reduction opportunities[M].The Strategic Initiative for Ocean Energy.2013.
[3]IEA&OECD.Projected costs of generating electricity 2010edition[R].Paris,France:International Energy Agency,2010.
[4]PREVISIC M.System level design,performance,and costs of california pelamis wave power plant[R].Palo Alto,CA,USA:Electric Power Research Institute,2009:09.
[5]CALLAGHAN J.Future marine energy-results of the marine Energy Challenge:Cost competitiveness and growth of wave and tidal stream energy.CTC601[R].London,UK:The Carbon Trust.2006.
[6]KLEIN J.Comparative Costs of California Central Station Electricity Generation Technologies.CEC-200-2009-017-SD[R].Sacramento,CA,USA:California Energy Commission.2010:12.
[7]ETSAP.Marine energy technology brief E13[R].Paris,France:Energy Technology Systems Analysis Program,2010:07.
[8]COOPER D J,MEYER L J,VARLEY R J.OTEC commercialization challenges[C]//In:Proceedings 2009 Offshore Technology Conference,Houston,TX,USA,2009.
[9]BUCKLEY W.H.Extreme waves for ship and offshore platform design:an overview.T&R report[J].Society of Naval Architecture and MarineEngineering,Jersey City,NJ,USA:7-30.
[10]WISER R,BOLINGER M.Wind technologies market report[R].Washington,DC,USA:US Department of Energy,2009:12.
[11]FITZGERALD J B.Bolund:Technology readiness for wave energy projects;ESB and vattenfall classification system[C]//Proc of International Conference on Ocean Energy2012.Dublin.2012.
海洋能发电 篇2
据青岛海斯壮有限公司总经理助理王同学介绍，利用潮汐发电不新鲜，我国从上世纪80年代开始，在沿海各地区陆续兴建一批中小型潮汐发电站，比如浙江省的江夏潮汐发电站。
海流（又称洋流）是海洋中海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等而形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而具有相对稳定速度的流动。王同学介绍，我国拥有丰富的海洋能资源，其中潮流能资源非常密集，中国近海潮流能属于世界上功率密度最大的地区之一。开发和生产新一代高效可靠的潮流发电机，对于我国实施可再生能源发展战略将起到巨大的推动作用。
据介绍，从2010年开始，青岛海斯壮铁塔有限公司开始与中国海洋大学、哈工大威海校区联合开发研制海洋潮流永磁直驱式发电设备。项目借鉴欧洲成熟经验，吸收最新技术，实现先进的潮流发电装置部件和整机的本土化生产。该潮流发电装置的系統能量转化效率大于30%。由于采用世界大型主流风机的永磁直驱技术，能耗较小，发电效率比常见的齿轮箱变速发电装置高5%—10%。
海底潮流发电机就像把风电发电机放到海里。”王同学介绍，真机风扇直径7米多，翅膀用的是碳纤维纳米材料，研制过程中攻克了密封、防海水腐蚀等数道技术难关，可以实现海上无故障运行时间大于1年的质量目标。设备通过船舶投放到近海海域16—40米左右的距离，只要潮流满足0.6—1.3米/秒的流速即可发电。
（通讯员刘振华 记者王建高 责编：董子凡）
《科技日报》（2013-01-04 一版）
海洋能发电 篇3
关键词：海洋能,发电,可再生能源
提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护海洋权益,建设海洋强国是新时期我国海洋事业的发展方针[1]。由于两次石油危机和地球资源的持续锐减,各能源消费国加强了对可再生能源开发的重视,海洋能发电事业得到了快速发展。近年来,国内外关于海洋能源发电课题的研究逐步深入,英国、挪威、澳大利亚、日本、韩国及加拿大等国的海洋能发电装置已投运或商业化运营; 我国海洋能源发展起步较晚, 但针对具体海域情况和发展要求,在我国可再生能源政策的支持和引导下,部分海洋能发电站也已投运。
1国外海洋能发展现状
国外海洋能发电技术主要集中在欧洲,以英国为主,亚洲以日本为主,关键技术领先,掌握大量专利和知识产权,法国朗斯潮汐电站( 年发电量为5. 44亿k W·h) 、英国塞汶电站( 年发电量为720万k W·h) 及加拿大芬地湾电站( 年发电量为380万k W·h)[2]等均采用潮汐发电技术; 潮流发电技术,如Marine Current Turbine公司的Sea Gen潮流发电装置已在英国沿海投入运营[3], 单机功率达1. 2MW,整机运行可达2MW; 波浪发电技术方面,如日本的巨鲸号浮动型波浪发电站 ( 120k W) 已完全投入运营。表1为国外先进波浪发电技术的案例。在海洋温差发电技术上美国、 日本是主要强国,日本佐贺大学2013年3月在冲绳县完成一种新型OTEC电站,并在4月开始试验,其主要目的是向公众证明有效性并展示模型。 2014年7月,DCNS集团与Akuo能源合作,宣布由NER300计划资助NEMO项目,装机16MW、总输出达10MW的电厂将是迄今为止最大的OTEC电厂。盐差发电目前国外都处于实验室试验阶段,尚无成熟案例。
2潮汐发电
2.1我国潮汐发电现状
潮汐发电,利用海水涨潮落潮时造成的高低水位差,带动水轮发电机组发电。根据蓄水库型可分为单库单向型、单库双向型和双库单向型。
我国潮汐发电开始于20世纪50年代后期, 迄今为止建成8座电站,总装机量6 120k W。我国自主研制了单机容量500k W和700k W的灯泡贯流式水轮发电机组[8]。开发潮汐能一般在水深20 ~ 30m、距海岸线1km以内的海域。表2列出我国已建成的大型潮汐电站。
2.2我国潮汐发电的主要技术难题
我国潮汐发电的主要技术难题有: 工程投资大、水轮发电机组造价高; 水头低、机组耗钢多; 发电不连续; 泥沙淤积问题; 海水、海生物腐蚀和挂粘问题[9]。
2.3合理建议
潮汐发电技术在我国发展最早,技术成熟,证明我国在此领域已具备大规模建设并投运的可能,在水工建筑物形式及施工方法等方面不足的原因是国内没有关于此方面的专业施工团队,在单位装机造价方面,应考虑更多的大范围公开招标,降低成本的同时使该技术更成熟,同时应借鉴英国在此技术方面的发展经验。
3潮流发电
3.1潮流发电的原理和关键技术
根据海洋潮流运动和风场流动的相似性,以风力发电技术为原型衍生出新型海洋能发电技术,该项技术的关键是水轮机的设计。由于水平式潮流发电水轮机效率很低,为了提高发电机组效率,通常加装辅助导流罩,这样不仅可以提高能源利用率,还可以减少海生物对设备的影响,如图1所示。潮流发电机组的固定装置将承受巨大的负荷力矩才能保证整个系统稳定运行,因此固定方式采用较多的有漂浮式、系泊式、基桩式及重力式等[9]。
3.2我国潮流发电技术研究现状
由哈尔滨工程大学设计研制的“万向Ⅰ”型70k W潮流试验电站和“万向Ⅱ”型40k W潮流发电试验电站( 垂直式) ,分别被列入“九五”期间国家科技攻关计划和国家“863”计划。机械科学研究总院与中国海洋大学联合承接国家“863”计划项目海洋潮流能驱动的柔性叶片发电设备研究, 该装置已在中国海洋大学进行了水槽模型试验, 并获得了较好的试验效果。2014年,由哈尔滨工程大学协同中海油研究总院等多家单位研制,具有我国自主知识产权的“海能Ⅲ”号立轴潮流发电站在浙江岱山县龟山水道成功运行,“海能Ⅲ” 号是世界发电量最大的漂浮式立轴潮流能示范电站,标志着我国潮流发电在关键技术上处于世界领先水平[10]。
3.3合理建议
潮流能继承了潮汐发电中优势方面技术,应先建设百千瓦级示范装置,解决机组的水下安装、 维护和海洋生态环境中的生存问题。和风力发电一样,应发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产降低成本的目的。 同时研究人员还应加强国际间的技术交流。
4波浪发电
4.1波浪发电的原理、分类和关键技术
波浪发电是利用波浪运动的位能差、往复力或浮力产生动力,通过发电机来产生电能。波浪发电的关键技术在于如何有效利用不规则运动的波浪能。
波浪发电技术按波浪发电机的种类被分为传统型和试验型。传统型波浪发电技术采用旋转式电机作为发电单元,目前大部分投运中或试验效果较好的装置都采用传统发电机作为发电单元, 其技术相对成熟,运行相对稳定,但能量转换装置使能源利用率较低。试验型波浪发电装置采用各种新型发电装置作为发电单元,如直线电机、飞轮电池及各种切割磁感线装置等,其相应技术都处于试验或理论设计阶段,但其简化或省去了能量转换装置,提高了能源利用率。
振荡水柱式( OWC) 波浪发电装置是当今世界最普遍的海洋波浪能转换器,其有效地将不规则波浪能转换为双向直线运动的气流,从而带动涡轮发电机发电,由于装置内气流双向运动,研制单向旋转的空气透平发电机成为其关键技术,图2所示为OWC波浪发电原理和双向冲击式透平。
4.2我国波浪发电技术发展现状
近30年波浪发电的研究发展迅速,我国首先成功研制了气动式航标灯用微型波浪发电装置, 在我国南北沿岸海域和大型灯船上广泛应用,弯管型浮标波浪发电装置已出口国外,这标志着我国在微型波浪发电技术和小型岸基式波浪发电技术上已进入世界先进行列。波浪能的并网方案和策略一直是国内研究的焦点[11]。为解决由于潮汐造成的水位差,波浪发电自适应装置的研究也成为国内主要的研究课题[12]。
由中国科学院广州能源研究所研制的“鹰式一号”新型海洋波浪发电装置于2012年12月28日在万山岛海域投放并成功运行,“鹰式一号”与现有波浪能装置相比具有较多优势,实现了小浪况下间断发电、大浪况下连续发电,并始终保持高效率运行[13]。装置在海洋中拖行或航行时,水阻小、稳定性好,可满足远距离拖行要求。投放与回收不需要海上工程船舶,装置回港维修或在海面检修时,装置整体上浮露出甲板,方便技术人员对其进行检修和保养。
4.3波浪发电发展趋势
波浪发电技术是一个集合了机械、物理、力学、防腐及海洋科学等多领域的课题,目前关于波浪能发电技术的研究大部分还处于试验阶段,少数处于运营阶段,所以该方面的课题尚处于发散状态[14]。
多元发展和综合利用是波浪发电技术的另一个方向,结合防波堤等海洋工程设施建造波浪发电站,可减少开发成本。多种可再生能源的综合利用也具有较大的发展空间,如波浪发电、海风发电、海洋太阳能发电的结合,为海岛、海上钻井平台供电等[15]。
4.4合理建议
我国波浪能发电事业应逐步发展为独立行业,近期主要以岸基式波浪能发电站为目标,但大规模利用要考虑发展漂浮式波浪发电站,鼓励制造水下装备经验丰富的传统企业与科研单位合作,缩短产业化的距离,发挥我国在制造成本上的优势,加强百千瓦级机组的商业化工作,经小范围推广后,再根据欧洲的波浪能资源,设计制造出口型装置。现阶段适合开发波浪能的地区为长江口以南沿海地区,以北海域由于全年浪低,波能功率密度较低[16]。
5海洋温差发电
5.1海洋温差发电原理和我国技术发展近况
海洋温差发电是利用深层海水与表层海水的温度差来汽化工作流体,带动涡轮机发电。根据循环方法不同分为闭式循环、开式循环和混合循环[17]。
我国海洋温差发电技术起步较晚,美国及日本等技术强国在此领域一直处于世界先进行列, 近年来由于国家对可再生能源发电的政策支持, 海洋温差发电快速发展,“十一五”国家科技支撑计划15k W海洋温差能发电装置所使用的国海循环发电效率达5. 1% ,而美国朗肯循环的发电效率为3. 0% ,日本上原循环的发电效率是4. 9% , 这表明我国已跻身海洋温差发电的世界前列,成为第三个独立掌握海洋温差发电技术的国家[18]。
5.2前景展望与合理建议
海洋温差发电技术的优点是几乎不会排放二氧化碳,可以获得淡水,由于它可将深海富营养盐类的海水抽到上层来,将有利于海洋生物的生长繁殖。我国若将发电、海水养殖和淡水供应结合起来综合开发,将会取得更好的经济效益。
中国华彬集团与美国洛克希德马丁公司技术投入型签约,计划在我国南海建造海洋温差发电站,这标志着我国在新能源发电设备制造领域已达到世界先进水平,所以我国应扩大该技术在商业化领域的投入,加大同民营企业的技术合作。
6海洋盐差发电
6.1盐差发电原理
盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能,主要存在于河海交界处或淡水资源丰富的盐湖和地下盐矿。按发电原理分为渗透压法、蒸汽压法和反电渗析电池法[19]。
6.2我国盐差发电技术成果与合理建议
西安建筑科技大学对水压塔系统进行了试验研究,上水箱高出渗透器约10m,用30kg干盐可以工作8 ~ 14h,发电功率为0. 9 ~ 1. 2W[20]。我国在盐差发电技术领域一直处于低速发展态势, 据预算,反电渗析电池装置投资成本约50 000美元/( k W·h) ,而渗透压法装置的发电成本也高达10 ~ 14美元/( k W·h) ,蒸汽压能法装置研制更是无法估算。导致盐差发电装置造价昂贵的原因是渗透膜成本太高、使用寿命过短,我国现阶段还不适合大规模应用盐差发电装置,应在理论研究和渗透膜研制方面加大投入和支持。
7海洋能综合发电系统
7.1近海可再生能源综合发电技术
海洋能综合发电技术是将潮流发电技术、波浪发电技术及海上风力发电技术等结合在一起试验综合发电。目前在世界范围内对近海可再生能源综合发电系统的研究还很少。在混合发电系统的可行性、混合发电系统的控制策略、各个发电装置的最大功率跟踪控制及平滑功率波动等技术上还处于试验阶段[21]。
7.2我国海洋能综合发电技术的近况
近年我国在海风力发电、波浪能发电及潮流能发电等近海可再生能源发电技术领域蓬勃发展,在此基础上,提出了融合近海风力发电、波浪能发电和潮流能发电的近海可再生能源综合发电系统的构建、建模和控制,在发电装置优化组合和空间布置、综合发电单元能量转换效率、交互性影响分析、能量管理、综合发电单元等效建模及建立含综合发电厂电网的分层次控制策略体系等方面都取得了相应的成绩[21]。图3所示为近海可再生能源综合发电系统结构示意图[22]。
7.3合理建议
海上可再生能源综合发电系统在我国还是比较新颖的课题,目前国内对这个课题还只是理论研究和仿真模拟,我国海上可再生能源综合发电技术的主要问题还是并网策略问题,应借鉴我国风力及光伏发电等并网策略,进行部分试验装置的制造和投放,为灯塔、海标和海上各种平台进行供电试验。
8国内外相关政策阅读
英国政府在2013年12月确定了对海洋能的固定上网补贴,项目装机容量在30MW以内,波浪能和潮汐能项目给予508. 5美元/( MW·h) 的补贴。美国的海洋能发电融资为0. 41亿美元,较2012年增长20. 6% ,增幅具全球之首; 中国海洋能发电融资较2012年仅增长0. 01亿美元; 法国和韩国海洋能发电融资较2012年基本持平,融资难也成为制约我国海洋能发电事业的一大主要问题。《2013年全球海洋能发电产业概况》指出,降低成本是海洋能发电产业未来发展的重要 任务[23]。近日华东能源监管局对辖区内项目装机容量6MW( 不含) 以下的海洋能等新能源发电项目实行豁免电力业务许可,经营总装机6MW( 不含) 以下的海洋能新能源发电,可以简化相关发电类电力业务许可证申请要求[24]。2012年,我国海洋局908专项海洋能普查进行了波浪能重点开发利用区资源勘查和选划,为我国近海波浪能资源开发利用规划提供决策依据[25]。
9结束语
海洋能发电 篇4
秉承公司“节能、高效、低碳、服务人类”的宗旨, 针对当前能源短缺、环境污染日趋严重的现实, 重庆宇冠数控科技有限公司的科研专家团队经过多年艰苦努力, 克服重重困难, 在世界范围内首创数控海洋洋流发电技术并获得成功, 具有重大的经济价值和实用价值。目前, 该技术已经获得有关专利, 标志着该技术即将进入实用化阶段, 它是当今世界能源开发与发电领域的一场革命。
该技术是在宇冠数控科技有限公司原有专利基础上深度开发形成的又一专利技术, 既适合海洋洋流丰富的地区, 又适合海洋洋流不丰富的地区, 可实现满负荷高效率发电。该发电系统为球形外观, 采用特殊材料制成, 保守估计使用寿命超过25年, 内置数控海洋洋流发电机组, 实际运行效率可以达到95%。系统安装在有海洋洋流的地方, 可以单层也可以多层安装, 不受地形限制。系统采用智能控制和专利技术, 非常灵敏, 可以手动空转, 在海洋洋流极小情况下也可发电, 在每秒近2 m的海洋洋流情况下即可实现24 h不间歇满负荷发电。对于沿海海洋洋流不丰富的地区, 可以根据相关地区和国家的请求, 根据当地特定海域海洋洋流大小, 单独研发制造针对该特定海域的数控海洋洋流发电系统, 并同样能实现不间断满负荷高效率发电, 实现对海洋洋流利用的最大化。
首期拟推出的数控海洋洋流发电机系统为15 k W发电机组, 每套系统每天可发电360 k Wh, 5~10套即可满足一般海岛数十人全部生产生活、海水淡化用电的需要, 安装5 000套即可满足一般中小城市生产生活及海水淡化全部用电的需要, 大规模推广的费效比高。该系统安装架设相对方便, 不用进行海底基建工程施工, 节省了大量海洋工程建设费用, 保护了海洋环境。单套机组拆卸检修不影响整个系统正常发电, 系统可对每台发电机组运转情况实现实时监控, 并可以根据现有城市供电网输送能力、电流和电压等参数进行匹配设计制造。在独立的海岛, 也可以自行组网供电, 解决了跨海输电带来的一系列经济与技术问题。
海洋能发电 篇5
丽水36-1平台位于中国东海海域, 距温州150公里, 水深84.1米, 丽水36-1平台是一座中心平台, 包括油气处理设施、供电站、生活楼等, 设计处理天然气量为120×104Sm3/d, 丽水36-1平台使用的应急发电机的功率为800KW, 主要在紧急情况下为平台上的公用设施和安全设施提供电力保障。
2 调试准备阶段
正式调试前, 需要将工机具及消耗材料准备到位, 由于海洋平台调试阶段的特殊性, 在应急机调试时, 应急机柴油日用罐和进、回油管路施工可能未完成, 此时需要预置临时柴油罐及临时进、回油管线, 确保应急机调试正常进行。
(1) 工机具主要包括干电阻、振动仪、噪音仪、万用表、钳形电流表、兆欧表、压力表、红外线测温仪、转速仪、活动扳手等, 测量仪表的量程, 应使测试数据可能的最大变化范围在测试仪表量程的20%~90%范围内。
(2) 消耗材料主要包括柴油、润滑油、防冻液等。
3 预调试阶段
预调试阶段主要对设备完整性进行检查, 并在启机前进行冷态绝缘测试。
3.1 机械方面的检查项主要有
滑油的油位;冷却水系统;确认风扇能正常运转, 散热片的保护盖安装正确;消音器和排气系统已被正确安装且没有杂物;确认燃油系统管线正常工作。
3.2 电气方面的检查项主要有
应急机铭牌与新版单线图、所有接线箱防护等级符合要求;所有电缆填料函正确安装;控制盘外壳的防护等级符合要求;所有指示仪, 仪表, 开关安装正确;所有接地线连接可靠;电池已充电;所有电缆接线正确;动力电缆铠装、控制电缆护套接地保护可靠;
3.3 测量每相绕组对地绝缘、主进线电缆绝缘
在测量每相绕组前, 需拆掉动力电缆, 主进线电缆绝缘应不小于5MΩ。
4 陆地调试阶段
陆地调试阶段主要进行启动测试、报警测试、空载测试、加载测试、突加/突减负载测试等, 其中加载、突加/突减负载测试, 用干电阻作有功负载。
4.1 启动测试
机组在环境温度不低于0℃及冷却水、滑油不预热的条件下, 机组应可以顺利起动。连续起动六次, 每次起动时间间隔不超过1min。试验中均采用秒表记录每次启动的时间。
4.2 报警测试
电池电压过低报警;电池充电失败报警;排气温度过高报警;润滑油压力过低报警;润滑油温度过高报警;电机转速过高报警;冷却水液位过低报警;冷却水温度过高报警。
4.3 空载测试
确认机组状态正常后, 起动柴油机, 经怠速后, 提升转速至额定转速, 不加任何负载的情况下运行15min, 观察柴油机运行状况。
测试并记录以下数据:噪音;振动;电机转速;润滑油温度、压力;冷却水温度、压力;排放气温度;电机温度;电流、电压、频率等。
4.4 加载测试
通过干电阻投放, 进行加载测试, 依次加载到额定负载的25%、50%、75%、100%、110%, 分别持续10min、20min、30min、60min、30min。
每15min测量并记录以下参数:电机转速;电机轴承温度;排放气温度;润滑油温度、压力;冷却水温度、压力;振动;噪音;电压、电流;有效功率;无效功率;功率因数;燃油消耗率。
4.5 突加/突减负载测试
通过调节负载干电阻, 进行突加/突减负载测试:从100%负载突卸到空载;从空载突加50%负载;从50%负载再突加100%负载。
测试并记录以下参数:电机转速;初始电压;加/减负载后电压;初始频率;加/减负载后频率。
4.6 热态绝缘电阻测试
在机组试验后马上进行机组热态绝缘检查, 测试并记录每相绕组对地绝缘、主进线电缆绝缘。
5 海上调试阶段
海上调试阶段主要进行并机实验和黑启动测试。
5.1 黑启动
需要将应急发电机本地盘打到远程控制, 远程控制盘打到自动模式, 主机停机使整个平台失电, 远程控制盘得到失电指令后发出信号, 应急发电机短时间内 (一般为几秒) 启动。
5.2 并机测试
海洋平台上, 一般在负荷增加或需要替换发电机时需要并车, 理想条件是相位相同、电压相同、频率相同、相序相同, 一般只调节转速满足频差和相位要求, 电压条件由自动调压装置完成。
在进行应急发电机和柴油发电机的并机实验时, 启动应急发电机, 调速调压正常后, 合ACB7, 使LE母排带电, 再启动柴油发电机, 合ACB3、ACB5, 使ACB6下口带电, 然后通过手动、自动转换, 检测同步后, 进行手动、自动并车;天然气发电机和应急发电机的并机实验时, 需要在启动天然气发电机后, 合ACB2、ACB5, 实现手动、自动并车。
6 调试过程中出现的问题
6.1 冷却水泄漏
丽水36-1平台上的应急发电机冷却方式为风冷, 在加注冷却水后, 水箱底部出现渗水, 主要原因为在运输、吊装过程中导致水箱底部螺栓松动, 出现渗水。在调试过程中, 冷却水过滤器和冷却水加热器都出现渗水, 需要更换。
6.2 控制板接线松动
启机前, 发动机控制面板有转速显示, 数值在0到100之间波动, 经检查发现, 调速面板松动, 重新上紧后问题解决;在调试过程中, 百叶窗逻辑存在问题, 不能实现应急机启动百叶窗开的逻辑, 检查后发现百叶窗接线箱有两根线虚接。
6.3 突加/减负载测试时频率波动大
负载从0-50%-100%依次突加, 恢复到稳态后, 频率依次为50.1Hz-49.1Hz-48.1Hz, 频率变化大将导致并机无法实现, 经过检查, 原因为发动机调速板硬度值设置过低, 增大调速板硬度值后, 频率波动恢复正常。
7 结语
海洋平台调试是工程项目的重要一环, 调试工作检验设备、系统的安装情况, 设备性能和操作性是否符合设计要求。在调试过程中, 要解决和完善设计、建造等阶段的遗留问题, 只有调试工作顺利完成, 项目才具备向业主交接的条件[1]。调试过程中需要严密组织, 包括生产、设计、安全、检验、业主和厂家等人员的紧密配合, 发现问题、分析问题、解决问题, 将调试工作安全、高效完成。
参考文献