开发海洋能资源，发展海洋能发电和海水淡化等综合利用，为边远海岛提供充足、稳定的能源和淡水供给，是中国海岛经济建设和开发的迫切需要。

在现阶段，我国在利用海洋可再生能源技术方面有哪些进展？与国际领先水平相比存在哪些差距？

自然资源部第一海洋研究所的刘伟民研究员等对此进行了总结，建议在研发关键获能技术的同时，开展海洋能装备共性技术的研发，以提高海洋能装置运行的可靠性和安全性。同时，积极开展海洋能绿色技术和海洋能综合利用的研究，促进海洋能关键技术的转化，推进海洋能装备的产业化进程。

海洋可再生能源通常是指海洋特有的、依附于海水的潮汐能、潮流能、波浪能、温差能和盐差能，除潮汐能和潮流能由月球和太阳引潮力的作用产生以外，其他均产生于太阳辐射。

中国拥有长达1.8万km的大陆海岸线、1.4万km的岛屿海岸线，1万多个大小不同的海岛和岛礁，海洋能开发利用意义重大。

但海洋能开发利用存在开发难度较大、能量密度不高、稳定性较差、分布不均匀等难题，海洋能技术研发还面临着诸多风险和不确定性。

中国海洋可再生能源发电装置技术发展现状

潮汐能开发利用与技术现状

20世纪六七十年代，中国先后建设了100多座小型潮汐电站，在多种因素影响下，目前在运行的只有浙江江厦潮汐试验电站和浙江海山电站（正在实施改造）。

江厦潮汐电站及6台机组

江厦电站采用单库双向方式运行（一个水库，涨潮落潮都能发电）；海山潮汐电站采用双库单向工作方式（一个上水库和一个下水库，分别采用涨潮、落潮时发电）。发电机组型式主要采用贯流式水轮机，贯流式水轮机分为全贯流式和半贯流式（分为灯泡式、轴伸式和竖井式）等型式。中国潮汐能电站大多采用灯泡贯流式。

江厦潮汐电站是中国运行时间最长、装机容量最大的潮汐能电站，总装机容量4.1 MW，位居世界第四。

2009~2015年，中国先后开展了多个万千瓦级潮汐电站工程的预可研设计，测算的平均出厂电价与其他国家潮汐能电站发电价格相当，但相较于其他可再生能源仍处于较高水平。

新型潮汐能发电技术，主要开展了利用海湾内外潮波相位差发电（即利用海湾内外潮波相位差进行潮汐能发电）和动态潮汐能技术研究（即通过建造一个垂直于海岸且长度不低于30 km的“T”型水坝，干扰沿大陆架海岸平行传播的潮汐波，从而在大坝两侧引起潮汐的相位差，并产生水位差来推动坝体内的双向涡轮机进行发电）等。

潮流能开发利用与技术现状

据不完全统计，中国现有潮流能装置39个（32个完成了海试）：100 kW以下装置21个（17个装置完成了海试）；100 kW以上装置18个（15个装置完成海试）。

装置大部分处于比例样机海试阶段，存在海试运行时间短、发电效率不高、易损坏等问题，中国潮流能装置在实海况下运行的可靠性、稳定性等相关技术有待突破。

中国潮流能装置主要分为垂直轴（研发起步较早，但装置较少）和水平轴（研发起步较晚，但发展迅速）两种形式，还有部分装置对叶轮形式和形状进行了创新改造。

水平轴式机组与风机原理类似，机组在水中必须按水流方向放置，叶片可以是固定桨距，也可以变桨，比较适合在水深较深的海域应用。中国目前已开发了20多个水平轴潮流能机组，最大单机装机容量650 kW，最小单机容量1 kW。代表世界潮流能先进水平的英国SeaGen发电装置与浙大半直驱潮流能机组的主要参数对比如下表。

垂直轴机组是指转轴在垂向上与水流方向保持正交，或者在水平方向与水流方向保持正交，在浅水区或者狭窄且深的水道中有更大应用优势。中国目前已开发了8个垂直轴式潮流能机组，最大单机装机容量300 kW，最小单机容量15 kW。意大利Kobold潮流能装置与哈尔滨工程大学“海能III”号机组主要参数如下表。

2016年LHD林东模块化垂直轴设计装机容量为3.4 MW，实际装机容量1 MW 的大型潮流能发电机组在舟山岱山正式安装下海，后经扩容现机组容量为1.7 MW。

LHD海洋潮流能发电机组

波浪能开发利用与技术现状

中国现在有十几个研究所和大学开展振荡浮子式、摆式、筏式等波浪能转换装置的研究。据不完全统计，目前开发的波浪能装置50余个，23个采用振荡浮子式，装机容量范围10 W~500 kW。

100 kW以下29个装置完成海试，100 kW以上7个装置完成海试（今年7月开始海试的“舟山号”装机容量达500 kW，是中国单台装机功率最大的波浪能发电装置），大部分处于初级海试阶段。波浪能发电装置形式较多，但大多数装置在实海况条件下运行效果较差。

鹰式波浪能500kW发电装置“舟山号”

以中国科学院广州能源研究所漂浮式波浪能发电装置为例，与英国Pelami（海蛇）装置、美国PowerBuoy装置对比如下表所示。

中国波浪能开发利用应注重开发高效、可靠性高的波浪能装置，逐步向阵列规模化方向发展。同时，为海上观测仪器及设备提供电力也是发展方向之一。

温差能开发利用与技术现状

温差能发电关键技术是热力循环技术，主要包括开式循环、闭式循环和混合式循环。中国温差能发电技术研究起步较晚，装置的装机容量较小，还处于试验验证阶段，下一步研究方向应放在实海况示范运行方面。

盐差能开发利用与技术现状

中国盐差能利用技术处于原理研究阶段，目前仅有中国海洋大学开展了相关研究。

中国海洋能发电装置技术现状分析

中国潮汐能技术与国际先进水平差距不大，潮流能和波浪能等主流海洋能技术基本处于比例样机的海试阶段，温差能、盐差能等技术与国际先进水平存在一定差距。

海洋能基础研究

目前中国在能量俘获与转换机理、装置的环境适应性、最佳功率跟踪及负载特性匹配等海洋能基础理论研究方面取得了长足的进步，装置的工作原理大部分也从模仿国外技术，到充分考虑中国资源状况下的自主创新，转换效率进一步得到了提高。

海洋能关键技术

中国海洋能装备研发在获能技术方面与世界先进水平差距不大，在可靠性、稳定性等生存能力方面，潮流能、波浪能、温差能等与国际先进水平存在一定差距。

海洋能示范工程进展

目前中国海洋能装置示范应用规模通常在百千瓦级，远低于国际上的兆瓦级水平。海洋能发电装置海试之前，通常需要开展较长时间的实验室测试。中国相关理论基础及海洋工程等经验不足，装置需要频繁维护甚至重新加工，研发成本增加和示范工程进展较慢。

海洋能发展趋势

潮汐能发电站

潮汐传统拦坝式电站向更大装机规模发展。海水腐蚀性及海生物附着等对电站及水轮机有影响，建造拦坝对当地海域生态环境有一定影响。资源条件一定的前提下，只有更大的电站装机规模才会产生更高的经济效益。

环境友好型潮汐能技术成为新的研究方向。潮汐澙湖发电、动态潮汐能、海湾内外相位差发电等环境友好型潮汐能利用技术已成为国际潮汐能技术新的研究方向，这些新技术对海洋生态环境基本没有影响。

潮流能发电装置

水平轴式技术成熟度更高。现阶段还难以对不同形式的装置进行精确评定；大部分机组采用了成熟度较高的水平轴式技术。

漂浮式技术成为未来发展方向之一。随着技术的进步，开始向潮流能资源丰富的较深水域发展，固定式安装方式将不再适用。

大型潮流能机组与小型潮流能机组并重。开发兆瓦级装机容量的潮流能装置可有效保障潮流能开发目标的实现，研发小装机容量的潮流能技术适合于浅水区安装，可以有效降低成本和风险，促进技术积累和经验获取。随着兆瓦级潮流能技术进入商业化应用步伐的加快，大型潮流能机组的发电成本将很快下降。

波浪能装置

国际波浪能技术正朝着高效率、高可靠、易维护的方向发展。

发电装置稳定性和生存性稳步提高。波浪能装置海上运行时间是波浪能发电的关键技术指标，波浪能装置需要经过海试来验证其在恶劣环境下的生存能力，进而提高装置的稳定性和海上运行时间。

探索装置阵列化应用。适合开展大型化波浪能装置的国家下一步会从单独的全尺度装置向低成本的阵列式布放转变；不适合开展的国家则会因地制宜地开发小型装置；一些水下监听等特殊军事需求仍然需要小型波浪能发电装置。

布放海域由近岸向深远海发展。离岸越远的海域波浪能资源越好，可以捕获的能量就越大。下一代波浪能装置预计会布放在离岸更远、水深更深、波浪能资源更好的开放海域。

温差能发电装置

目前，海洋温差能开发利用发展方向主要包括装置的大型化、更高效的热力循环和温差能综合利用。

装置大型化趋势明显。随着大口径冷海水管制造、海上浮式工程技术等的不断突破，国际温差能技术的大型化趋势愈发明显。

海洋温差能关键获能技术是热力循环技术，由于冷热源之间的温差较小，混合工质高效热力循环使目前的热力循环效率提升到5%左右。

海洋温差能综合利用有较大发展空间。海洋温差能技术除了用于发电外，在海水淡化、制氢、空调制冷、深水养殖等方面有着广泛的综合应用前景。

热带岛屿国家成为温差能发电应用的潜在市场。热带海域的偏远岛屿国家，通过将海洋温差能发电技术与海水空调制冷和海水淡化等功能相结合，可将温差能技术更好地发挥综合利用的效果。

盐差能

总体上看，盐差能技术目前仍处于关键技术突破期，渗透膜、压力交换器等关键技术和部件研发仍需突破，尤其是渗透膜。

结论

总体上来看，中国在海洋能技术和装置研发方面与国际先进水平相比，在发电关键技术能量转化效率上接近国际先进水平，在装机功率规模上相对偏小，在装备的可靠性上仍存在一定差距。

从海洋能获能技术上看，各种海洋能获能技术逐渐收敛。在继续提高海洋能装置获能效率研究的同时，建议开展海洋能装备所需的抗台风、抗生物附着、抗腐蚀等共性技术，以提高海洋能装置运行的可靠性和安全性。

另外，建议加大力度开展海洋能绿色技术的研发和海洋能综合利用研究的力度，同时积极开展技术转化，推进海洋能装备的产业化。

本文作者：刘伟民，刘蕾，陈凤云，麻常雷，葛云征，彭景平

作者简介：刘伟民，自然资源部第一海洋研究所，研究员，研究方向为海洋温差能开发利用。

论文全文发表于《科技导报》第14期

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