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当前位置:中国海洋报 第1857期 第A3版:聚焦

浪花里飞出源源电流

——浙江大学60千瓦水平轴半直驱海流能发电机组项目纪实

  

■本报记者 周超

  在浙江舟山南部海域的摘箬山岛旁,矗立着一座耀眼的红色海上平台,这是浙江大学60千瓦水平轴半直驱海流能发电机组项目海试平台。该项目是国家海洋局海洋能专项基金首批项目,自2014年开始运行以来,已成为国内单机日平均发电功率最大、实际发电时间最长、累计发电量最大的海流能发电装备。
  今年5月,浙江大学在原有的60千瓦海流能发电机组海试平台旁,又建起了一座百千瓦级海流能发电机组海试平台,已实现并网发电。目前,浙江大学已实现60千瓦水平轴海流能发电机组海岛微网试验运行和120千瓦水平轴海流能发电机组并网运行,并实现样机列阵运行。截至目前,两台机组累计发电量已超过3万度,刷新了我国海流能装置发电纪录。

海流能发电:国际研究的前沿领域
  众所周知,海洋是能源之海。潮汐、海流、波浪、温差等海洋能作为新兴可再生能源,日益受到各国重视。其中,海流能和波浪能利用技术是国际研究的前沿和热点。海流、潮流、洋流为成因不尽相同但均蕴含有丰富流体动能的海水流动现象。海流能因其能量密度大,不需筑坝,利用技术相对成熟,被公认为最有可能实现产业化与商业运用的海洋能能种。
  据项目负责人李伟教授介绍,我国海流能蕴藏量丰富,仅浙江省海流能资源就超过7000兆瓦。舟山海域是我国海流能密集之地,能量密度高,蕴藏量大,开发条件好。海流能开发利用对沿海和岛屿、岛礁电力供应、经济社会发展具有重要战略意义。舟山有300多个无电、无水、无人岛屿,有效利用海流发电,实现就地取能、海能海用,满足岛屿开发、岛礁驻军、海防设施、海洋渔业、科学仪器的分布式供电需求,是当地民众、驻岛部队和地方政府的迫切希望。

技术攻关:三大科学难题汇聚点
  海流能有效利用的关键在其捕获转换装备。然而,海流能发电装备研发的进程并非一帆风顺,需要攻克的技术难关有很多。据李伟介绍,海流发电装备的研究是三大类科学技术难题的汇聚点:一是作为在开放式海洋恶劣环境中长期工作装置的可靠性问题;二是作为间歇式可再生能源转换供电装置的功率稳定性问题;三是作为能源装置的高效性问题,其中不乏科研人员以前还没遇到过的科学问题和技术难题。
  “这些科技问题的研究涉及但不限于机械学、材料学、力学三大学科,是典型的多学科研究交叉点。”李伟说。
  目前,海流发电装备主要有水平轴、垂直轴和振动式3种形式,形似“水下风车”。浙江大学所研发的海流发电机组就属于水平轴形式。据悉,高效水平轴海流发电装备的研究应用代表了目前国际主流方向和先进水平,它是创新设计与先进制造、新能源、海洋3方面国家重大发展战略的一个交汇点,也是机电液测控学科前沿研究的一个交叉点。
  “欧美和国际上其他一些国家主要采用高效水平轴的技术路线,特别是在大型机组中,英、美、法、德、挪威等国的主要项目均无例外采用主流的水平轴结构形式。”李伟说。

10年研发路:获得十多项发明专利
  在我国海流能水平轴发电装备研发上,浙江大学走在了前列。
  自本世纪初浙江大学开始研究开发海流能利用装备以来,迄今已历时十多年,经历了原理样机、工程样机、示范运行3个阶段,研发了3种基本传动方式的装备:
  2006年,浙江大学研制的国内第一台水平轴“水下风车”问世,该装备采用了机械传动原理,在浙江舟山海域海试发电成功。
  2008年,浙江大学研制的“半直驱”海流发电装置原型机组,在浙江舟山海域海试发电成功。
  2010年,浙江大学研制出了世界首台液压传动变桨式海流发电机组。
  得益于多年来的技术研发历程,自2014年5月8日开始运行以来,浙江大学研制的60千瓦水平轴半直驱海流发电机组及其海试平台,在舟山摘箬岛海域实现了多次跨年度试验运行,成为国内单机日平均发电功率最大、实际发电时间最长、累计发电量最大的海流能发电装备,也是国内第一个经第三方独立机构检测验证的海流发电装备系统。
  据李伟介绍,这一项目已获得十多项国家授权发明专利,在“大长径比”约束条件下的整机优化设计、一次捕能机构(叶片)高效设计、动态密封结构设计等方面有所创新。2014年年底,该项目通过了中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定,鉴定结论为:“该项目技术难度大,机电液集成程度高,取得了多项重大技术创新和突破,关键技术达到国际先进水平,其中大长径比半直驱结构、液压变桨和压差防渗的主轴组合密封3项技术具有原创性。”

未来发展:为海洋能装备产业化探路
  今年5月,一座百千瓦级海流能发电机组海试平台在原有的平台旁安装完成,浙江大学海流能发电机组研发工作又向前迈进了一大步。据李伟介绍,未来浙江大学在加强基础研究上,将通过海流能发电装备工程示范和应用研究,与国内企业和单位合作开展包括300千瓦机组定型和600千瓦研制等单机大型化研发,以及多平台多机规模化工程示范等。
  在加强基础研究方面,浙江大学将通过机电、材料、力学科技工作者的协力创新,建立中国海流发电装备设计体系和试验测试体系,为从根本解决可靠性、稳定性、高效性问题打下坚实基础。在集成创新与国际合作研究方面,浙江大学将依托摘箬山岛,力争实现世界上首个海流能海岛独立供电系统,为有条件的无人岛、无电岛、无水岛的开发利用提供科技支撑。
  同时,浙江大学还将开展海流能海水制淡、海流能渔业制冰等具有海洋特色的应用,为海岛开发和沿海地区经济发展,为海洋能装备产业化、商业化蹚出一条路,助力经济社会的可持续发展。