潮汐能发电（上）技术与风电接近全球或有9000万千瓦开发潜能

潮汐能发电（上）技术与风电接近全球或有9000万千瓦开发潜能

东南风能游泳吗,通风能吃贝壳类,wasp风能　　笔者在上两篇文章中，就波力发电进行了介绍，本文将继续介绍全球潮汐能发电相关事例。潮汐能发电的技术开发比波力发电进步更快，成本也较低，在实用化方面领先了一步。

　　东南风能游泳吗,通风能吃贝壳类,wasp风能在月球及太阳引力的作用下，地球上的海水会发生涨潮和退潮。并且地球还在不断自转，因而每天要发生2次涨潮和退潮，潮水的流向每6个小时交替变化，每天共计4次。而且，每个月有2次，即在满月及新月之日，在月球引力与太阳引力的同时作用下，会发生“大潮”。在大潮时，满潮与低潮的水位差变大，海水的流动也会加快。利用这种海水流动进行的发电就是潮汐能发电（Tidal Power）。

　　潮汐能发电的优点是，发电量可预测。并且，由于是在水面下运转，因此对景观没有影响，噪声影响也较小。可利用潮汐能的海域限定在突出的海岬或海峡等处，因此与波力发电及温度差发电相比，其潜能较小。即便如此，据估算，全世界仍有9000万千瓦（kW）的潮汐能发电资源可进行开发（资料1）。

　　从技术方面来看，潮汐能发电基本上与风力发电相同。发电量与流体密度、旋转面积（发动机叶片长度的2次方）以及流速的3次方成正比。由于水的密度是空气的830倍，因此，在相同的输出功率下，可以进行小型设计（资料2）。另一方面，可耐受高密度流体的叶片长度有极限，且与3次方成正比的流速很小。据说，为了确保可与风车匹敌的经济效益，流速必须为每秒2米以上。潮汐能发电尚处于黎明期，可靠性、耐用性、有效性等方面存在很多课题。

　　本文将列举计划在全球性海洋能源实证基地进行大规模实证实验及商业化的3家潮汐能发电企业。即（1）安德里茨水电哈默菲斯特公司（Andritz Hydro Hammerfest）、（2）OpenHydro公司、（3）Atlantis Resources公司。这些企业都在苏格兰引以为傲的欧洲海洋能源中心（European Marine Energy Centre，EMEC）进行着实证实验。

　　安德里茨水电哈默菲斯特公司是一家具有代表性的潮汐能涡轮机开发及制造企业。该公司是澳大利亚大型成套设备制造商安德里茨集团将挪威当地电力企业Hammerfest Energy公司设立的设备开发企业Hammerfest Strom公司收归旗下后成立的。2010年4月，安德里茨集团将出资比率从33.3％提高到55.4％，从而将Hammerfest Strom收为子公司，并改成了现在公司名称，然后将总部转移到了苏格兰的格拉斯哥（Glasgow）。身为安德里茨集团水力部门的安德里茨水电公司拥有在170年间销售了3万套水力涡轮系统（相当于4亿万千瓦）的业绩。

　　安德里茨水电不仅是制造及销售涡轮机，还开发出了全套潮汐能发电阵列（Tidal Array）设备，并以“只要转动一下钥匙就能马上使用”的总承包方式提供这种设备。制造、组装、试验、设置作业都外包给合作伙伴企业。与各行业企业组成供应链，承担项目管理业务，并将从中得到的信息反映到产品的研究开发中。该公司拥有所有产品的知识产权（IP）。

　　安德里茨水电的首台设备HS300（额定输出功率为300千瓦）的实证试验，是在流速及水深等环境条件具备、可避开风浪的挪威克瓦尔松（Kvalsund）进行的。将设备设置在水下50米左右深处后，对性能进行了确认。从2003年到2009年，运转了1.7万小时，创下运转率达到98％的最高纪录等，获得了良好成果。2004年以后，在全球率先实现了大规模设备并网运转。这些成果都反映在了第二代设备HS1000上（资料3）。

　　作为HS1000的实证场所，安德里茨水电哈默菲斯特选择了欧洲海洋能源中心。在这里，能够在水流很快的严酷环境下测试对涡轮机的冲击。2011年11月在水深48米处设置了设备，2012年2月并网，同年5月达到了1兆瓦（MW）的额定输出功率。

　　此项实证业务从英国碳信托公司（Carbon Trust）得到了390万欧元补贴，从挪威的基金公司得到了70万欧元补贴。业务主体是安德里茨水电哈默菲斯特的合作伙伴Scottish Power Renewables公司（SPR）。顺便提一下，SPR的母公司是西班牙最大的能源及公共服务商伊维尔德罗拉公司（Iberdrola），其旗下拥有世界最大的风力发电企业。

　　SPR将利用欧洲海洋能源中心正在进行实证实验的设备，在苏格兰的艾拉（Islay）海峡设置世界首座潮汐能发电阵列。由于处在虽然流速很大，但却与海风及波浪隔绝开来的绝好环境中，因此，并网十分容易。总容量为10兆瓦，于2011年3月获得了苏格兰政府批准。计划在2013年年底动工，已经完成资源量调查及海底检查，并提交了环境影响评估报告。

　　SPR计划进一步在彭特兰海峡（Pentland）的邓肯斯比角（Duncansby-Head）铺设95兆瓦潮汐能发电阵列。将设置95台HS1000。该业务已成为苏格兰政府授予最佳海洋能源业务的圣安德鲁十字奖（Saltire Prize）的候选项目。SPR力争在2016年投入试运转，2017年实现商业化运转。

　　OpenHydro公司是2004年成立的爱尔兰潮流涡轮机开发企业，已实现了多个“世界第一”。包括：在欧洲海洋能源中心设置潮流涡轮机、发电设备接入英国国家电网、在海底实地设置及打捞设备、设置商业规模涡轮机（1兆瓦、2.2兆瓦）等。潮汐能发电的最近动向与该公司的业绩有着密切关系，这样说也毫不为过。

　　OpenHydro的潮汐能技术特点在于“中心开口”（Open Center）结构（资料4），这也是其公司名称的由来。16枚叶片被固定成圆盘状，内圈（中心）的内侧是一个空洞（开口）。由安装在外圈的永久磁铁进行发电。这是一种简单而又坚固的结构，即使在严酷的环境中，耐久性也很出色。OpenHydro称，这种技术目前具有可与海洋风力发电比肩的经济效益，将来会具有可与陆上风力发电比肩的经济效益。

　　上述结构采用了生物风险性较小、充分考虑到环境的设计。鱼可以从空洞的中心穿过。叶片不仅以一定的缓慢速度旋转，还参考流体力学进行了形状设计，形成了鱼类不会卷入叶片的结构。并且不使用润滑油，因而不会造成海洋污染。机械噪声低的特点也已得到了证实。中心开口技术在1990年代开始进行开发，在海中已进行了10年以上实验。

　　2006年，OpenHydro在欧洲海洋能源中心最先开始进行潮汐能发电设备的实证实验。采用从两侧支撑250千瓦涡轮机的结构，发电单元在海中上下运动，能够以最小成本完成多种实证实验。商业设备将设置在海底。除了欧洲海洋能源中心外，该公司还在世界各地进行实证实验，为实现商业化而努力。

　　DCNS对潮汐能发电的发展前景给予了很高评价，预测全球至少有9000万千瓦的开发潜能。这相当于60座法国新一代反应堆———欧洲压水反应堆（EPR）的装机容量。DCNS预计，在2025年之前潮汐能发电至少能实现10亿欧元的销售额。

　　DCNS的主业是建造海军舰艇。一直在进行潜水艇和海防兵器设计、建造及技术支持，以及相关系统及基础设施等的开发，并为海军基地及港湾地区提供服务。其能源部门则致力于核能和海洋能源的开发，计划开发浮体式风力、温度差发电、波力及潮汐能等所有海洋能源。（日经能源环境网 供稿）