我國(guó)作為海洋大國(guó)，擁有1.8萬(wàn)公里海岸線，300多萬(wàn)平方公里的海洋國(guó)土。海島散布于海洋中，能發(fā)揮人員居住、船只靠泊、應(yīng)急救援等重要支撐作用。但由于遠(yuǎn)離大陸電網(wǎng)，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜等原因，海島上的供電問(wèn)題成了制約海洋資源開發(fā)主要的瓶頸之一。
近期，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所（以下簡(jiǎn)稱廣州能源所）研發(fā)的“深海多能互補(bǔ)發(fā)電生產(chǎn)生活探測(cè)綜合平臺(tái)”獲歐盟發(fā)明專利授權(quán)。該技術(shù)此前已獲得中國(guó)、美國(guó)、日本發(fā)明專利授權(quán)，完成在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的專利布局，為國(guó)際化應(yīng)用奠定了知識(shí)產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)。
深海多能互補(bǔ)發(fā)電生產(chǎn)生活探測(cè)綜合平臺(tái)示意圖
一、靠海吃海 向波浪要電能
海上用電，還得看“就地取材”的波浪能。所謂波浪能，是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。人類利用波能的裝置有許多種，但工作原理都是將波浪的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者電能等能夠利用的形式。
波浪能轉(zhuǎn)換原理
其中，絕大多數(shù)波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)都是首先將波浪的動(dòng)能或者勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；其次，再將得到的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中（如透平、液壓馬達(dá)等）；最后，再將旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)向海島的電力輸出。
二、從微波到大浪 保障電力穩(wěn)定輸出
由于海洋工作環(huán)境復(fù)雜多變，如何實(shí)現(xiàn)波能裝置自治控制，在不同波況下自適應(yīng)發(fā)電，保證發(fā)電系統(tǒng)的高效性、高穩(wěn)定性，是波能裝置研究中至關(guān)重要的問(wèn)題。
廣州能源所研發(fā)出具有自治控制功能的液壓能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，發(fā)電機(jī)組在液壓自治器控制下，會(huì)根據(jù)來(lái)波功率分級(jí)先后啟動(dòng)，自動(dòng)匹配發(fā)電功率，保證裝置能量轉(zhuǎn)換的高效性和電力輸出的穩(wěn)定性。
在小浪中，裝置持續(xù)將能量蓄積在蓄能器中，集中發(fā)電，保證轉(zhuǎn)換效率的高效性。
在中等浪況中，經(jīng)蓄能器穩(wěn)壓之后，裝置持續(xù)發(fā)電，能量穩(wěn)定輸出。
在大浪中，若來(lái)波功率超出裝置裝機(jī)容量，液壓系統(tǒng)自動(dòng)溢流或切出停止發(fā)電，保證發(fā)電系統(tǒng)的安全。
不同模式下發(fā)電功率對(duì)比
三、錨泊系統(tǒng) 抵抗極端天氣
我國(guó)南海海域，臺(tái)風(fēng)多發(fā)，為了提升波浪能發(fā)電裝置在臺(tái)風(fēng)極端海況下的生存能力，廣州能源所發(fā)明了恒張力錨泊系統(tǒng)，通過(guò)錨泊線自適應(yīng)收放實(shí)現(xiàn)錨泊能量削峰填谷，大幅降低瞬時(shí)脈沖錨泊力，實(shí)現(xiàn)了在惡劣海況下安全生存。
四、功能升級(jí) 面向國(guó)際化應(yīng)用
針對(duì)目前深遠(yuǎn)海單一能種發(fā)電平臺(tái)輸出功率波動(dòng)大、度電成本高等問(wèn)題，廣州能源所進(jìn)一步開展海上波風(fēng)光儲(chǔ)一體化多能互補(bǔ)發(fā)電平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)研究，將波浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)創(chuàng)新集成在一個(gè)半潛漂浮式基礎(chǔ)上。
該技術(shù)共享平臺(tái)、共享錨泊、共享電纜，利用波浪能、漂浮式風(fēng)電、漂浮式光伏等可再生能源之間的互補(bǔ)特性和儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)控，保障海上平臺(tái)綠色電力的穩(wěn)定輸出。
目前，“深海多能互補(bǔ)發(fā)電生產(chǎn)生活探測(cè)綜合平臺(tái)”技術(shù)已經(jīng)獲得多國(guó)和地區(qū)發(fā)明專利授權(quán)，實(shí)現(xiàn)國(guó)際化專利布局，為打造海上多能源多產(chǎn)業(yè)融合開發(fā)新模式、實(shí)現(xiàn)海域高效綜合開發(fā)提供技術(shù)支撐。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
