海上能源开发前景无限

□ 高 峰

每当夏季来临，各地因用电量激增频响缺电警报，部分地区甚至拉闸限电，这个时候总有人会忍不住发问：“既然电力紧张，为什么不多建几座发电站呢？”

抛开诸如资金、征地、施工建设等实际操作的问题不谈，仅仅进行纯“技术流”的讨论，发电站也不是拍拍脑袋就能建的——建一座火电站，需要为其提供大量煤炭，还要提防它对周边环境的污染；水电站没有火电的污染问题，但只能建在有落差的河道上，而为了筑大坝、修电站，可能会抬高河床、改变河道水文环境。此外，在降水变化大的地区，一到枯水期发电量就会减少。至于核电站，尽管有很多优点，但在经历福岛核泄漏事故后，不少国家已经将核电站看做“不定时炸弹”……经济发展需要更多的电能，然而因为污染治理、土地资源、运输瓶颈等限制因素，大多数国家在目前发电站规模的基础上，继续进行大规模建设的难度很大，这就形成了一个“又要马儿跑，又要马儿不吃草”的悖论。

幸好，除了土地与河道，我们还拥有广阔的海洋；除了高污染的传统发电站和前景模糊的核电，科学家正在为我们寻找到更多的“清洁”发电技术。两者“联姻”，“海上清洁发电站”的轮廓，正变得越来越清晰。

潮汐发电站：海中的工厂

在北爱尔兰邓恩郡，有一个名叫斯特兰福特的海滨小镇。小镇的周边点缀着几座丰饶的小山，不时有阵阵清风拂过，满山的绿色随之微微晃动。在距离小镇几步之遥的地方，坐落着宁静的深蓝色天然港湾斯特兰福特湾。海湾长30公里，总面积为150平方公里，是爱尔兰海沿岸最大的一个。有人说，斯特兰福特湾“名副其实”，因为它在凯尔特语中被称为“Cuan”，意为“宁静的海湾”。但有时也会有深色的巨浪从外海气势汹汹地“劈”入海湾，这也就不难解释，为什么曾在此定居的维京人会叫它“狂暴湾”了。特别的是，斯特兰福特湾中不仅停泊有各式渔船，在离岸边不远的海湾入口处，还能看见一截红黑相间的铁塔露在海面上——这小半截铁塔尖，正是世界上首个商用潮汐发电站SeaGen的一小部分建筑。

发电站不影响海洋生物

SeaGen发电站形似倒置的风车，主体建筑由塔身和两个外置的涡轮发电机组成，于2008年投入使用，装机容量1.2兆瓦，利用进出海湾的潮汐发电，能满足1 500户家庭的用电需求。目前由一家名叫“洋流涡轮”的英国公司负责日常运营、维护。

SeaGen的发电主要靠那一对巨大的涡轮发电机，每个涡轮发电机重27吨，风车叶片般的涡轮叶片直径长16米，通过一组横向构件与直径3米的塔身相连。与风力发电技术中“风力带动涡轮旋转产生电流”的原理类似，潮汐能发电用的也是流体的动能，只不过它用的是潮汐流或洋流。两个涡轮叶片均可旋转180度，这样就意味着，不管洋流方向如何改变，这一对发电机都能够通过调整叶片方向，确保每天发电20个小时。

在斯特兰福特湾附近，通常人们在海上只能看到塔尖，看不到塔身和涡轮叶片——为了最大限度地利用洋流，以及不妨碍海面行船，涡轮叶片一般保持在距海面3米以下的位置，居民划着小船从叶片上悠悠驶过，可能都不会注意到海面下的“异常”。如果要维修发电机也很简单，通过一个液压升降系统，可以将连接涡轮叶片的横向构件提升至海面以上，然后维修人员就可以进入发电厂了，塔身最多可以露出海平面20米。

其实，世界上第一个商用潮汐能发电站“落户”斯特兰福特湾并不是偶然的。首先，一个重要的原因是，海湾入口附近的海水比较浅，只有30米左右，有助于施工单位在海床上固定发电站。其次，在海水比较浅的地方，潮汐流速相对快。流速要达到至少每秒一米才能推动电站的涡轮机旋转发电，而在斯特兰福特湾入口处，洋流速度据测已经达到每秒4米。

由于海湾中存在许多海洋生物，有人担心，SeaGen的运营将危及海豹等海洋哺乳动物的生存。对此，涡轮发电机的英国设计师弗伦克尔说，涡轮机转速不快，而海豹这类哺乳动物行动敏捷，涡轮机不会对它们造成威胁。

潮汐发电站前景无限

事实上，一直以来，潮汐能都被看做是一种未得到充分开发的清洁能源。国际能源机构在评估全球潮汐能发电潜力时预测，如果能够“物尽其用”，未来潮汐能将可以为全球2亿5千万户家庭供电。而之所以一直未能“物尽其用”，主要是因为利用潮汐能的技术目前还是各个实验室的攻关对象。此外，在海洋中修建潮汐发电站也是一项非常“烧钱”的工程，修建一座潮汐能发电站的高额成本，足够修建两座离岸风力发电站。

尽管如此，潮汐能发电的前景依旧非常诱人：不仅因为它是一种清洁无污染、不影响生态平衡的可再生能源；也不仅因为它只受地月运动影响，很少受气候、水文等其他自然因素的影响，不存在枯水年和枯水期。此外，潮汐能发电不用燃料，不受能源价格影响，运行费用低。只要涨退潮的幅度明显、海岸地形能储蓄大量海水并可进行土建，到处都可以修建发电站……从这个角度出发，不管是苏格兰、法国、加拿大还是东亚各国，都具备建造潮汐能发电站的条件。

海上风电场

除了潮汐发电，利用海上风力资源发电的海上风电场也被普遍看好。在化石燃料资源枯竭形势日益严峻的情况下，各国均将眼光投向了风力资源巨大的海域。与陆地风电相比，海上风电资源量多、品质好、且用地相对宽松，已成为国际风电发展的新方向。近几年，欧洲多个国家已建立了多个规模巨大的海上风力发电厂，中国也逐渐开始涉及海上风力发电领域。

一秒发电量可烧6升水

任何一名想要前往技术员杰斯佩·莫雷心爱的“办公室”拜访他的访客，必须具备以下三个条件：没有恐高症、不晕船，以及没有幽闭空间恐惧症。为了前往他的办公室，人们必须在身上系上安全索、爬上狭窄的梯子，再乘坐有些摇晃的工程电梯，来到一座没有窗户的高塔的顶部。在那里，他会带着参观者进入这座高塔内最“神秘”的地方——海上风力涡轮机的“心脏”，一个6米长的圆柱形舱体。

一盏氖气灯照亮了这个长长的舱体，里面可以看到一个变速箱。通过变速箱，可以将外部叶片的旋转转化为内部发电机每分钟1 500转的转速。发电机就安装在高塔的背部。而在这座“高塔”的外部，最显眼的无疑是那几片长达45米的风车叶片。一旦外部风速达到每秒11米，风车叶片尖端的运行速度就可以达到每小时220公里，每小时能够产生2 300度电，而每一秒产生的电能就可以烧开6升的水。风电机还可以根据风力的大小、角度，调节风车叶片的角度，以保持最佳的发电状态。

莫雷负责维护的这部海上风力涡轮发电机，属于“合恩礁”二号海上风电场。该风电场位于北大西洋的北海东部海域，距离丹麦国土最西端约30公里，共装有91台风电机，总装机容量高达210兆瓦，足以为近14万户家庭提供充足的生活用电。2009年9月，“合恩礁”二号海上风电场完工，成为当时世界上最大的海上风电场。不过，仅仅过了一年，这个“世界第一”的头衔，就被位于英国东南部海域、总装机容量300兆瓦的塔奈海上风电场夺走。

组装一部风电机需至少6小时

海上风电场里风车上的叶片，全部产自230公里外的奥尔堡工厂。工厂负责人尼尔森带着他手下的800名雇员，一直致力于为遍布欧洲的客户制造着大型风车叶片。在尼尔森的工厂里，随处可以看到一排排整洁的巨型叶片被堆放在地上，甚至比喷气式客机的翅膀还大。如果用手摸那些叶片，会发现叶片表面惊人的光滑，甚至连一丝缝隙都感觉不到，而叶片尖端的边缘，又好像利刃一样的锋利。尽管很大，但即便空手也可以将这些符合空气动力学原理的叶片稍稍掰弯几厘米。

这些大型风车叶片的韧性非常惊人。比如，在一根3公里长的横梁一端摆一辆汽车，横梁另一端所受的力，就差不多是这些叶片需要在强风中承受的力。

如何将这些叶片从奥尔堡工厂运送到海上风电场上，再装配成一座座白色的风车，这绝对是门技术活。

首先，要将叶片装上大型铰接式卡车并固定好，从工厂运往丹麦境内北海油田的基地港艾斯堡港。在港口，一片片独立的叶片将在转轴上装配好，然后和诸如塔身、舱体等风电涡轮发电机的其他部分一道被吊装至“海上霸主”号重吊船。“海上霸主”一次可以装载整整3个海上风电机的全部零部件，货物总重量超过了1 000吨。

满载的“海上霸主”抵达北海指定位置后，组装船便会围拢上来施工。一切顺利的话，组装一部海上风电机大约需要6至8个小时。首先，组装船要用船上的吊车，依次将风电机的钢铁塔身、圆柱形舱体、组装好的叶片起吊并牢牢组装在一块事先铺设好的黄色基座上——黄色基座深埋在海底沙质的海床下20米，是整个海上风电机的“地基”。

只有在天气晴好的情况下，才可能在海上组装这么一个大家伙。一旦海浪超过1.5米，工程就必须暂停了。施工人员的宿营船就停泊在风电场不远的地方，那里是所有负责组装风电机和铺设电缆的工人的家。

丹麦：国家电力“风电化”

尽管已不是世界第一，但仍无损“合恩礁”二号海上风电场的先驱地位，因为它的祖国丹麦，是全世界最“懂”利用风电的国家之一。说起来即便在欧洲，丹麦也算不上一个大国，但在风电领域，它却已经是毫无争议的世界第一。目前丹麦已是世界上最主要的风电机制造国，国内用电总量的20%均由风电来满足。丹麦人钟情于风电有其特殊原因——因为丹麦是一个多风的国家，一年365天里面平均只有约十多天“风平浪静”。由于安装了大量的风电机，包括海上风电场和陆地风电场，一旦遇到大风天，丹麦大大小小的“风车”们可以提供国家所需的一半电量，而一旦遭遇暴风天，“风车”们就可以“扛”起整个国家所有的用电需求。

然而，风电也并非十全十美。由于太依赖自然风力、不确定因素很多，因此在制定长期发电计划时，人们总是很难给风电定位。特别当对电力需求上下波动时，风电由于无法随心所欲地调节发电量，而其他类型的发电站则可以根据用电需求随时进行调节，因此风电暂时无法在国家发电体系中取代其他类型的发电站。这也是为什么丹麦国家电网运行官表示，在选择电力管理系统时，特别加入了多个天气预报子系统，就是为了最大限度地减少风电利用中的不确定因素。

此外，如果遇到大风天，一时用不完的风电会被“暂存”至挪威的抽水蓄能发电厂，等遇到无风天时再调回丹麦国内使用。尽管这个办法再配合使用其他类型的一些发电站，目前已经足够应付丹麦国内的用电需求，但假借他人之手周转电力的做法，终究不是长久之计，特别是丹麦政府已计划在未来几年内要进一步加强对风电的利用强度。今年初，丹麦首相拉斯穆森宣布，丹麦政府计划在波罗的海上建设一个有200座风力涡轮机的巨型海上风电场。计划中的巨型风电场装机容量将达60万千瓦，可以为60万个家庭同时供电，建成后将和丹麦电网、德国电网和瑞典电网连接。

中国：筹建第二个海上风场

在海上风电的建设和利用这一领域中，中国也紧跟着丹麦、德国等欧洲强国，迈出了自己的步伐。

2007年11月，地处渤海辽东湾的海上风力发电站正式投入运营。该发电站是世界上第一个专为海上油气田供电的风电站，位于离岸70公里的渤海绥中36-1油田，在该油田30米水深的一个导管架上安装了一台1.5兆瓦的风力发电机组，并铺设了一条5公里长的海底电缆至绥中36-1油田的中心平台，实现了对该平台的并网发电。

而我国第一座大型海上风电场，是位于上海东海大桥东侧的上海市海域的东海大桥100兆瓦海上风电场（一期）。该风场由34台单机容量为3兆瓦的国产风电机组组成，总装机容量1 102兆瓦，设计年发电利用小时数2 624小时，已于2010年6月实现34台风机全部并网发电，而风场二期扩建项目则有望在年内开建。

美好的前景

潮汐发电是水力发电的一种形式，它利用潮汐水流的移动，或是潮汐海面的升降，自其中取得能量。虽然尚未被广泛使用，但前景十分看好。

潮汐发电目前的主流形式是潮流式系统，它利用海水流动的动能推动涡轮发电机，与风推动风车的方式类似。现代涡轮技术的进步有助于发电系统大量安装在海中，支持电力的供应。潮流式发电机可以安装在水流汇集，速度高的区域，几乎所有河川流入海湾或是汇流、水流集中的区域，都属于这样的地区。因为成本比较低廉，而且对生态环境的影响比较小，潮流式系统正受到各国政府和商业机构越来越多的关注。