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“惊涛拍岸”也是新能源?中国人要对海洋下狠手了?

加新网CACnews.ca| 2023-7-9 10:57 |来自: 酷玩实验室


今天要给大家介绍的就是一种非常“小众”的能源——波浪能。



利用波浪,也能发电,而且中国人还首次对它实现了规模化利用。



6月14日,中国自主研发的第一台兆瓦级漂浮式波浪能装置“南鲲”号在广东珠海投入了试运行.中国正式进入了兆瓦级波浪能发电技术的工程应用阶段。


1兆瓦也就是1000千瓦。

现在功率最大的光伏板,大约是700瓦。

也就是说南鲲号工作起来,相当于1000多块光伏板同时工作的发电功率。



这个大家伙是广东的中远海运重工做的,重量达到6000吨,发电装置面积超过3500平米,通过三角形的设计充分吸收波浪,通过“三级能量转换”,把波浪能变成电能,实现对远海岛礁的稳定供电。



装置整体的转换效率22%,可以理解成100瓦的波浪的能量,能转换出22瓦的电能来,听起来不是很高,但近几年中国大规模量产的光伏组件的光电转换效率跟这个水平也差不多。



如果南鲲号满负荷运转,每天可以产生24000度电,足够给3500户家庭提供绿色电力。

相当于一个海上的大型移动充电宝。

如果海上风平浪静的时候,南鲲号就利用屋顶的光伏板发电,再把多余的电储存在储能装置当中。



但他们没有介绍这个波浪能究竟是怎么发电的,包括央视新闻做的动画演示也不清不楚。


不过细心的我发现,这次装置的设计方是中国科学院广州能源研究所。

随后我就发现这家研究所之前还研发设计了另一个波浪能的发电装置,装在了一艘渔船上,它的名字叫“澎湖号”。



这看上去不太像一艘典型的渔船对吧?

它其实是一个波浪能发电+光伏发电+储能+渔业养殖+旅游为一体的半潜式海上渔业综合平台。



就是这么一个长66米、宽28米的平台,可以提供1.5万立方米的养殖水体,上面还有各种现代化的渔业生产设备,比如自动投饵、鱼群监控、水质监测、活鱼传输和制冰。

但是这些渔业作业活动都需要电能提供支持。

波浪能是怎么给澎湖号提供电力的呢?明白了这个,也就明白了南鲲号的工作原理。

首先像冲浪运动一样,波浪会冲击冲浪板。如果我们只是拿一块木板,往上面垒砖头,波浪也会冲击木板砖头上下起伏,把波浪的动能转换为物体的动能和势能。


那么我们就可以利用这点,然后对这块板——学名叫“吸波浮体”,进行优化设计。

中国科学院广州能源研究所设计出来一种“鹰头”的方案,能更高效地吸收波浪能。



鹰头后面连的是液压杆。波浪的动能转化成鹰头的动能,鹰头推动液压杆,进一步转化成压力能,储存在液压油当中。


液压油的能量可以一点点积攒,变成高压状态,再释放能量,就可以驱动液压发电机发电。

这样时有时无的波浪能就转换成了可以稳定输出的电能。

你注意看南鲲号下面的这个大型装置,是不是很相似?



但是波浪能同其他可再生能源一样,具有间歇性和波动性。

所以澎湖号上也装有60千瓦的光伏板,还有500度电的储能装置,形成了多能互补的体系。



有人说,渔民们乘小船出海打渔,或者网箱养殖就挺好的,为啥要搞这么个复杂的大装置呢?

因为我国东南沿海地区,每年都可能面临数次台风的侵袭。

台风可能对传统的重力式网箱造成非常严重的破坏,甚至导致网箱破裂,鱼都跑了。



即便鱼没跑,风暴中传统深水网箱容易出现大幅度变形、扭曲,鱼群容易被网箱擦伤。

而澎湖号就像一个腹中空空的大水箱,海上环境恶劣的时候,它就多吃水,往下沉,抵御台风的侵袭,而鱼群都在“水箱”的肚子里,也不会受到外界的侵扰。

16~17级的台风,鱼也不会跑。

相当于一辆海上的坦克,把鱼护在里面。



而且由于它可以在水更深、水流更急、水质更好的海域进行养殖,养殖面积更大,水深可以达到12米,海上的冷空气只能作用到水体表面,鱼群可以下潜到深处温暖水体避寒。

这就像给鱼儿们建了个大别墅,环境好了,鱼肉品质也有所提升。经过检测,澎湖号养殖出的鱼品各项指标均达到优良,没有任何破网、跑鱼事故发生,也没有网箱内鱼群死亡现象发生。


从2020年投产至今,澎湖号3年都没有更换过网衣。

而且因为把鱼养在“肚子”里,所以钓鱼就变成了一件很轻松的事。

于是在澎湖号上,他们还搞起了旅游业。

平常人们海钓如果是乘竹筏,条件是比较艰苦的,干粮要自带,没地方住宿,钓鱼过程也存在很多不确定性。



而对很多海钓初学者来说,澎湖号的“模拟”海钓非常友好,因为网箱里的鱼成群结队,用不了三五分钟就能钓上一条,钓完了就可以在船上煎炒烹炸。






有的钓客一晚上就可以钓上100多斤鱼。



澎湖号不仅解决了钓鱼的问题,因为内部空间巨大,还能安排客房住宿。除此之外,他们还空了很多间房,以后可以留给渔业短工住宿。



这样旅游一条龙就串起来了:从珠海港口出发到澎湖号上,要先乘客轮到桂山岛,再坐快艇到平台上,交通、餐饮、住宿,按每人800元计算,2022年限流情况下的钓客平均一天上船30人,一年1万人,就可以给当地带动800万元一年的产值。





而如果船主需要集中捕捞的话,船上还有冷冻鱼的冰箱。

澎湖号每天都可以发出400度电,因为船上空间很大,电也用不完,所以未来还要做成水产养殖加工一条龙——鱼捞上来,直接在船上把鱼获加工成冷冻的海鲜制品,最大程度缩短捕捞和水产加工的时间间隔。



而我们不要忘了,澎湖号之所以能做到这一切,离不开新型能源的供给——波浪能。

一艘船对一种新能源的规模化利用,让传统的渔业养殖演化出了更多的海洋经济商业模式。

现在类似南鲲号、澎湖号这样的海上平台还有很多,比如闽投1号、海威1号等等。



这样一台海威1号,只需要3个人就可以管理。

而接下来的海威2号又进行了全面的升级,养殖水体3万立方米,一个养殖周期可以收获上百万斤的深远海养殖鱼类。



所以说我们这一期文章有点特殊,开头讲的是“海洋能源”,但其实越研究你就会越发现,海洋上的问题都不是孤立的,而是连在一块儿的。

在陆地上,你可以只建一个风电场、光伏电站,除了发电,啥也不干。

但是在海洋上,你要解决农业养殖的问题,就得解决能源供给的问题。

你要解决能源供给的问题,就得解决能源装备运营维护人员生活安置的问题。

你解决了小部分人的生活安置问题,就可以捎带手解决更多人短期的旅游住宿问题。



所以渔业、能源、旅游,在海上就可以变成一个一揽子解决方案的问题。

也就是我们看到的这些“波浪能大船”。

因为传统的波浪能装置,一般的能量转换器是拴在海底的浮动结构上,这个系泊系统很复杂,占到波浪能装置成本的10%。


而如果波浪能跟水产养殖结合在一起,共享系泊系统,那么这部分成本就能下降一半。多挣钱,少花钱,何乐而不为呢?
国家对海洋能源和养殖产业复合式发展十分重视。
2022年年初,农业农村部在《对十三届全国人大四次会议第2782号建议的答复》中提到要“按照陆海接力,三产融合的思路,借鉴珠海‘澎湖号’发展模式,会同有关部门积极支持深远海养殖产业融合发展,加快推进深远海养殖产业现代化步伐。”


2023年中央一号文件也写到:“建设现代海洋牧场,发展深水网箱、养殖工船等深远海养殖。”
“十四五”规划和2035年远景目标纲要中也提出推进海洋能规模化利用,建设现代化海洋产业体系目标。
说得再远一点,以后我们利用波浪能的手段更丰富了,单机功率更大了,能量转换效率提升了,还可以利用这些清洁电能做海水淡化,做海上制氢,提取海洋贵金属等。
波浪能虽然有很多优点,但它也有个“缺点”,就是电价还是要比我们民用电价更贵。


不过这个问题不大,因为电价这个东西,你要看使用场景,而不是都跟5毛钱的居民用电来比。
在海上的作业平台,在很多离岸的海岛上,不是电有多贵的问题,而是有没有电的问题。
一些人口稀少的海岛,把国家的大电网拉过去在经济上是算不过账的。


那么就可以给他们找一些替代性的能源解决方案。
最传统的,在非洲很多缺电的岛屿国家,那就是用柴油发电机。


这种方式不仅污染环境,产生碳排放,而且经济上也并不便宜。
事实上,小岛屿国家是全球电力成本最高的地方,每度电价格从人民币2~7元钱不等。
而现在海洋能源可以实现人民币1.4~4.2元的成本,虽然还是贵,但比他们当地的电力价格更低,还不需要燃料。国际可再生能源机构预计全球波浪能成本到2030年可以降到0.9~1.8元。
如果能利用好波浪能等海洋能源,那么很多海上和海岛有人的地方,就有了新的电力供给方案。
利用波浪能进行能量转换的方式有很多种,不只有南鲲号用上的这一种,所以全世界我们能看到五花八门、形态各异的波浪能发电装置。





但是大体上它们可以分成这样几种:


比方说做一级能量转换的时候,可以用“振荡水柱”,水波荡漾到装置的空腔里,让水柱振荡,压缩腔内的空气,让空气去做功发电。

还有一种波浪能发电装置叫“聚波越浪”,按字面意思理解,就是造一个坡,让波冲上去,再从坡上坠下来,推动水轮机发电。


还有一种叫“振荡体式”,浮子随着波浪来回升降运动,牵引着下面的潜伏体运动,再通过机械或者液压系统传递能量。


我们的南鲲号应该属于一种振荡体式装置,这种装置的优点是能量转换效率一般更高。


波浪能是海洋能利用形式的一种,而海洋能还包括潮汐能、潮流能、温差能、盐差能。


中国海洋能资源总量十分丰富,但是说这个没有太大的意义,重点还是要把发电装置的成本降下来,把发电规模搞上去,让应用场景变得更丰富。



现在全世界波浪能装置种类繁多,从侧面也说明了,全球波浪能利用整体上还处在工程样机的测试阶段,距离商业化应用还存在一定距离。
以前搞海洋能源研究的主要是欧洲人,现在欧洲之外的国家越来越重视海洋能源开发,相关专利申请数量,欧洲人只占两成,而欧洲以外的国家占了近8成。


现在中国已经在单体装机规模等方面领先于很多国家,我国已在近海海域累积部署了600多台波浪能发电装置,还把产品出口到了日本等国家。


根据国际可再生能源机构的统计,目前全世界正在筹备当中的潮汐能和波浪能项目达到3吉瓦,也就是3000兆瓦,是这次南鲲号单体规模的数千倍。


而如果中国的波浪能规模化利用继续提速,那么将有力助推中国打造更多像澎湖号一样的海洋牧场,让中国的海洋经济实现进一步的规模化、集约化、自动化、复合式发展。要知道,水产品每年为我国居民提供了30%的优质动物蛋白。
农业农村部海洋牧场重点实验室主任陈丕茂就指出,中国的海洋牧场每年产生直接经济效益近1万亿元,碳汇594.2万吨,实现生态效益达到1.8万亿元。


过去,波涛汹涌的大海对我们来说充满了未知。


而现如今,我们有越来越多的方式,让海洋成为人类的下一片沃土,从中汲取我们所需的食物和能量,用可持续的方式开发好人类广袤的蓝色家园。

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