中国的海洋可再生能源的现状

中国的海洋可再生能源的现状摘要:基于中国的海洋可再生能源的回顾，给出了一个关于发展现状与各种海洋可再生能源资源,包括潮汐能、潮流能、波浪能、海洋热能、和盐度梯度能在中国沿海海域,如渤海,黄海,东海和南海的评估。我们发现这些类型的海洋可再生能源在满足中国未来的能源需求上发挥了重要作用。此外,考虑到中国的海洋可再生能源开发不均匀分布对环境的影响,我们提议了几个各类海洋能源潜力巨大的地点。此外,关于中国海洋可再生能源的观点和挑战也将一一解决。1、前言在过去的三十年里,中国经济发展迅速,和合成能源需求也迅速增加2013(IEA),而国内能源供应受到越来越多的限制。自1997年以来,中国已成为能源净进口国。近年来,由于日益增长的全球能源危机和消耗化石燃料造成的环境问题,如温室效应,众多的研究如爱登霍费尔等人(2011)进行了可再生能源实验以减少温室气体的排放。2009年中国的能源消费结构是如下(2011):天然来源的煤、石油和天然气分别占70%,17.8%,和3.9%,而水电的可再生能源,核能和其他类型分别占6.7%、0.8%和6.7%。可再生能源的比例在中国的年度能源消费总量从2006年的7.2%增加到2009年的8.3%。根据中国国务院在2009年底设置的目标，中国的能源消费总量的比例中可再生的能源消耗将在2020年达到15%(IOSC-PRC2007)。因此,可以推断可再生能源消费的比例将每年增长0.61%。虽然这种2020年可再生能源所占比例不大，但考虑到在中国未来的能源需求增长,,实现这样一个目标仍然是具有挑战性的。中国必须调整能源结构,加快发展可再生能源，特别是丰富的海洋能源,太阳能和风能资源。在这些资源中,海洋能源潜力得到太多的关注，因为海洋以不同的形式储存大量的能量,如波浪、潮汐、热、盐度梯度,和当前的能源，可以满足全球电力总需求的几倍多。众所周知,海洋可再生能源是取之不尽用之不竭的。实践经验的海洋可再生能源如潮汐能的商业应用程序的实践经验已经证明,长期而言,这些技术可以与常规电厂相媲美(Andre1978)。海洋能源潜力的评估可以在选择适合的开发地点与海洋能源开发利用的能力上起到帮助,以及确定最合适的类型的能量转换器。在这种背景下,系统的评估中国的海洋能源资源和其发展的前景是基于调查他们的储备、密度、分布和可利用性,从2004年到2009年。这些海洋能源资源分布在32000公里的海岸线。到目前为止,中国的海洋能源潜力部分已经由各种研究项目和野外观察所评估。在这项研究中,我们海洋可再生能源分为潮汐能量,潮流能,、波能、海洋热能、和盐度梯度能。我们回顾这五种海洋可再生能源在中国的储备,分布和发展状况。根据本文,我们提出了一些建议和观点,并点名了挑战。2潮汐能2.1资源和分布潮汐能是一个最可用的类型的海洋能源,创造的月球和太阳的引力和地球的旋转。这是潜在的水位差的能量消退和洪水造成的潮汐和提取主要由河口或构造一个堰湾口与一个大型的沿海水域潮差盆地。大坝的水位差异双方是用于驱动发电机安装在墙上。潮汐的能量成正比的平方潮差和流域面积。据估计,大约有11010GW的潮汐能利用在中国的四个沿海水域,如渤海的沿海水域,黄色海、东海和南海,和426年潜在潮汐能大坝网站中国沿岸的总装机容量21.8千瓦,每年能源的输出6.244瓦·h(Shietal.2011年)。2.2发展现状中国领先的国家之一是利用潮汐能。利用潮汐潮汐电站的能源资源和建筑可以追溯到1950年代42潮汐发电厂建成。从那时到1970年代超过10潮汐发电厂建成。然而,被投入使用后不久,大多数这些潮汐发电厂抛弃了。这主要归因于以下因素:坝址缺陷、不足技术,发电机组维护不足,低成本效益比,冲突灌溉和水之间运输和操作不便(李2008;常etal.2003年)。直到1980年代,8家工厂还在服务或在测试:江夏,Haishan、BaishakouShashanYuepu,六合,Xingfuyan,Guozishan潮汐发电厂(李2008),江夏潮汐电站(图1)位于北结束浙江乐清湾是中国最大的一个,第四个世界上最大的一个,排名后南的西化潮汐能电站韩国,兰斯潮汐电厂法国,安纳波利斯潮汐能植物在加拿大(谢etal.2009;金etal.2012年)。它的建设开始于1974年,1985年竣工。它有一个原始总容量为3.2兆瓦,500千瓦机组一套,一套600千瓦机组,和三套700千瓦单位。第一组500千瓦单位开始发电1980年。2007年6月,第四组700千瓦机组已成功开发和集成入电网。从那以后,江夏潮汐电厂的总装机容量已经达到了3.9MW朱(2009)。目前尽管江夏潮汐电站操作江夏潮汐电厂,一个伟大的利润来自其发电,土地回收、水产养殖和贝类养殖。此外,丰富的经验优化生态环境已经积累。自从江夏潮汐电站于1985年投入运营,在进步潮汐能的发展在中国。例如,Xingfuyan潮汐能工厂在中国是第二大的,是构建和集成到电网1989年5月(Cai和李1996)。与潮汐的技术进步发电、潮汐的能量从金融行业仍面临多重挑战,随着它的发展从技术和环境方面研究和发展方向广泛的商业规模部署(史和郭2012)。选址在潮汐能源的利用率是非常重要的。因此,426潜在的网站利用潮汐能源在中国已经初步选定,其中242网站适用于潮汐能源水坝安装能力从200到1000千瓦(Shietal.2011年)。这些网站,萨沙湾的潮差8m,和象山湾,潮汐的范围6米,坐落在福建和浙江两省,分别被认为是最好的候选人的网站(吴1999)。萨沙湾有两个水域,Dongwuyang湾和Sanduao,组成两个水库大坝延伸3.9公里和5.7公里,和封闭的两个地区1.44×108m2和2.33×108米2,分别(Shietal.2011年)。这将允许萨沙湾形成两个水库大能力和短的堰坝。所有这些因素可以满足要求3潮流能源3.1资源和分布潮流能源利用动能提供电流,可以转换与潮流可再生电力设备直接放置在流而不是前面提到的大坝结构。电流正比于速度的立方的力量和通量。一般来说,水流在水通道的最大流速超过基于潮流能量密度及其对环境的影响,潮流的能源资源金汤通道,龟山通道,在舟山群岛和西堠门通道,在杭州湾通道,值得优先被剥削。在这些渠道,最大流速超过5米/秒。类似于潮汐能源资源分布、潮流的能源资源海岸的中国也不是均匀分布的。当前大多数的沿海水域的速度渤海的小于0.77m/s,除了水通道(如Laotieshan水通道)。目前的速度是0.5到1.0m/s在黄海,并且可以达到1.5-3.0m/s长江口、杭州湾的嘴,水通道在舟山群岛,和嘴的河流在浙江和福建两省沿着海岸线中国东海。海洋气流速度在南海沿海水域最低的,低于0.5m/s。潮流的理论容量能量的海岸浙江省位于中国东海海岸是最大的,达到7090兆瓦,占总数的50.8%泰德3.2发展现状潮流在中国能源利用可以追溯到1980年代。到目前为止,4潮流电站已经构造(表5)。新委托Haineng我潮流电站,发电能力300千瓦,使用了一种潮流涡轮和已经成为世界上最大的潮流电站。这表明中国已经进入示范阶段潮流能源的利用率。的进一步促进和大规模商业化种潮汐涡轮机技术将推动进一步发展相关机械制造以及材料吗加工业,促进区域经济发展和就业。潮流发电机可分为轴流式涡轮或错流涡轮机。轴流式涡轮可分为种涡轮机和水平轴涡轮机。种涡轮机可以双向流动没有投球的叶片,和发电机可以加载在一艘,避免严格的密封要求。它们很容易操作和维护。种涡轮机的发展在中国有大约30的历史年,快速发展在过去的十年里。主要是致力于努力提高涡轮效率,力量,和承运人的稳定。我的70千瓦万向潮流电站加载双体船。它包含两种涡轮机矩形主见叶片组成。收集到的数据显示,平均输出功率5-20kW,以目前的速度达到2到2.5m/s水平轴风力发电机的研究开始后。研究水下涡轮机浙江大学始于2004年。5千瓦水平轴涡轮机的原型进行了测试2006年在一个水通道(林etal.2008年),和一个升级25千瓦原型设计2009年在海上试航先后和测试(Maetal.2010年)。在测试期间,机械传输显示表现不佳,没有能量缓冲,密封失败(Maetal。2011)。为了处理这些问题,一个电液变距控制系统采用液压传动(马马etal.2011;etal.2010b)。此外,一个改进密封机制和基于压力梯度的检漏系统提出了解决密封问题(刘etal.2007b;曾庆红2007)。最近,东北师范大学的研究人员致力于发展小型水下直接驱动发电机,它可以满足水下设备。一些特殊的设计是使设备紧凑、高效和可靠。首先,自润滑,免维护,降低了电磁推力轴承包friction-induced轴承之间的能量损失。第二,密封的发电机隔离的材料保证它可以作用即使在水下300米(朱etal.2012年)。第三,主见涡轮机是为了保证它可以在一个旋转迪对横流式涡轮机,中国海洋大学的研究人员提出一个新奇的想法使用灵活的叶片涡轮(王etal.2011年)。灵感来自于帆,前进的风和逆风。刀片是由时间组成的灵活的材料,使涡轮容易生产和运输。涡轮旋转升力和阻力不需要下一个变距控制系统。5千瓦在海上试验样机进行了测试,结果表明,它可以从当前的速度开始0.8m/s,产出约3千瓦的当前速度1.5米/秒,有力量王系数28%到30%(2009)。4波能4.1资源和分布波浪能是海洋能源资源中最为很难预测,因为波是由风吹在海洋的表面,这是高度可变的。的能量波与波高的平方与运动时期。因此,在海浪和一段时期的4到6s和振幅1到1.6米,有明显的能量一般通量平均2至8千瓦每单位宽度的迎面而来的巨浪。它是估计大约有12.85千瓦的沿海水域波浪发电的渤海海,黄海,东海,南海在中国。平均波在表6中给出了一些省份的沿海水域。基于波能量密度和小对环境的潜在影响,波浪能资源的优先级应发展海岸4.2发展现状振荡水柱(油水界面)、摆振荡浮标,索尔特鸭四种类型的波浪能量转换器(wec)已经在海洋开发和测试试验在中国。相比其他类型的wec,owc的研究在中国花了很长时间。到目前为止,广州能源研究所建立了三个实验在岸owc的能力3千瓦,20千瓦,100千瓦,分别5kW浮动向后弯管浮标(BBDB)油水界面。此外,几个10WBBDBowc出口导航照明(你etal.2003年)。油水界面只是由一个空气室,里面的空气是由表面波的波动,和一个空气涡轮,运动能量转化为电能。结果20千瓦飞行员波电站表明空气chamb的捕获率摇摆的设备在轴向前和向后,因此驱动液压系统发电。有在中国两个在岸摆wec能力的8千瓦和30千瓦,分别。后来30kW摆WEC(图2)是建造在一起风力和光伏能源转化系统满足的权力要求Daguan岛山东省。此外,一个浮动的鸭子设备容量10千瓦的部署在2009年底,经过三年的研究,测试,和建设,一个水下板的稳定性和可靠性是附加到提高浮动鸭(你etal.2012年)。目前,wec的成本在中国还不能与传统的竞争能量转换器。然而,他们的使用是有前途的岛屿上,补充剂的化石燃料价格昂贵,而且很难进入未来。液压传动是好适合实现独立发电来满足岛上的电力需求。通过蓄电池和控制系统、发电机可以顺利进行。一个试验表明,56%的传输效率从钟摆的机械能输出电能可以通过液压传动(人民币1990)优化后的效率超过60%的估计(你etal.2008年)。一个闭环反馈电路由变量泵和液压传动变量马达来实现平滑generati力量5海洋热能5.1资源和分布海洋热能转换(OTEC)利用温度之间的差异深凉水,持有5℃,浅温暖水域(或地表水)通常保持25℃,运行一个热机和生产有用的工作。据估计,在中国大约有1.16×1018kJ的海洋热能储备技术可在水域主要沿美国东海岸的台湾和广东、广西两省的沿海地区以及从海南岛和南海群岛(王etal.2011年)。的海洋热能资源分配表7中给出了中国的海岸线王(Shietal.2011;和陆2009)。南中国海的沿海水域拥有最丰富的海洋热能中国的沿海水域(王etal.2011年)之间的平均温差水面和50