被誉为“千岛之城”的浙江省舟山市,拥有多样化的海域地理条件,在强潮影响和岛屿集流作用下,许多水道或海域具有较大流速,潮流能资源开发潜力巨大,在开发海洋能方面具有得天独厚的优势。

 LHD海洋潮流能发电站是我国自主研发的潮流能发电项目。2016年7月,项目第一代机组在舟山顺利下海发电。此后经过迭代优化,2022年2月,项目第四代1.6兆瓦“奋进号”机组下海发电,成为我国首台兆瓦级潮流能发电机组,也是目前国际上单机容量最大的潮流能发电机组;同年4月,该机组正式并网运行。

 目前,LHD海洋潮流能发电站投运的机组模块,已全面涵盖国际潮流能发电机主流机型,装机规模和科技水平达到国际领先。截至今年4月6日,项目已连续运行超过105个月,打破世界纪录;累计发电量突破1011万千瓦时,所发电量通过电网实现全额消纳,相当于节约标准煤2881吨,减排二氧化碳5303吨,环保效益显著。浙江省经济和信息化厅组织专家对兆瓦级模块化潮流能发电装备进行了验收评价,认为机组总体达到国际领先水平。近日,记者来到东海之滨,探访这片蓝色海洋中蕴藏的绿电能量。

 涨潮退潮生绿电,“水下风车”是绿色清洁能源新赛道

 从秀山岛东南角登船,乘坐快艇不到3分钟,便可看到一座海上平台。若从空中俯瞰,长近200米、宽35米、平均高30米的超大平台酷似一把“小提琴”,深入秀山岛东南海域的“喇叭口”,这里便是世界首座海洋潮流能发电站——LHD海洋潮流能发电站。

 登上平台,只见一个个“房间”内装载不同模块,而脚下就是湍急的海流。潮起潮落,岸边、海峡、岛屿间的水道或湾口潮流速度很大,且海岸集流作用使潮流更为丰富,成为建设潮流能电站的理想场所。

 潮流能发电,是一种利用涨潮退潮动能发电的新技术,也是绿色清洁能源的新赛道。与风力发电原理类似,潮流能也是利用流动的能量来驱动发电机,但海水的密度更高,同样流速下产生的能量远远大于空气,因此常被形象地称为“水下风车”。

 站在总成平台上,大型海洋潮流能浙江省工程研究中心主任、杭州林东新能源科技股份有限公司董事长兼总工程师林东介绍起从潮流能到电能的转换过程:“平台底部钉入嵌岩桩,牢牢固定在海床上,海底潮流发电机放置在海中,涡轮机随潮流转动,同时带动齿轮旋转,然后带动发电机运行。”

 2025年2月,自然资源部、国家发展改革委等联合印发《关于推动海洋能规模化利用的指导意见》,明确提出“探索潮流能、波浪能开发利用前沿技术”“支持兆瓦级潮流能发电”“实施百兆瓦级潮流能重点工程”。

 林东很早就看到了潮流能的潜力。2009年,还在食品加工行业的他,做出了一个不太符合常理的决定——跨界进入海洋潮流能发电领域。他找来两名合作伙伴成立实验室,用厂房申请抵押贷款、置换个人股权筹集资金。“最坏的结果就是账面上的钱少了。可一旦成功,这就是一项颠覆性的创新成果。”林东说。

 从设计、研制到建造、安装,团队坚持自主创新,攻克一系列关键核心技术

 当时,海洋潮流能发电是世界级难题,而且国内也没有太多可借鉴的经验。林东的项目曾受到不少质疑,被认为是“不可能完成的任务”。

 彼时,国际上主流技术路线是“坐底式”设计,不过在强腐蚀、高流速的复杂海况下,大型发电机组如果全部坐落于海底,就会带来运维难、成本高、难以长期稳定运行等难题。林东创新性提出了“所有需维护设备必须人可到达”的理念,团队决定采用“平台式+模块化”设计,来破解海上安装运维、电力输送等关键难题。

 “平台式+模块化”设计就是将发电机组的核心部分设置在露出海面的总成平台上,就像在海上搭建了一个稳固的“工作台”。复杂的发电系统则被拆解成多个独立的功能模块,如同积木那样在海上搭建。

 “当某个模块需要维修或升级时,无需将整个庞大的机组从海底吊起,只需在平台上更换即可,大大降低了运维难度和成本。”杭州林东新能源科技股份有限公司副总裁、研发中心副主任陈历介绍,他们还设计了类似太空对接舱的密封结构,实现内轮毂与艇舱之间的安全连接,使人员可以在不潜水条件下进入机组,进行内部维护。

 在千岛湖,全球最大的LHD模拟海洋流大型实验室,具备0.5米/秒至6米/秒的流速模拟能力。团队一点点摸索,打磨优化一个个核心零部件。“海洋环境异常复杂,泥沙含量、盐度、水温、地形等都不一样,只有建立自己的叶型库,才能匹配不同海况。”陈历说,团队人员虽说专业分散,但大家的目标非常一致,就是要把海洋潮流能搞出来。

 协同作战、合力攻关,求解一道道难题。针对海水强腐蚀特性,团队开发专项海洋环境防腐方案,设备在高速海流和盐雾环境中能够长期稳定工作;海洋中漂浮的渔网等杂物是机组的“天敌”,研制出多层过滤和防护装置,有效防止杂物撞击或缠绕叶片……

 安装,更是一道难关。潮流能机组在国内安装尚属首次,没有成熟经验可以参照。从海洋船舶专家,到“船老大”等一线从业者,只要熟悉潮流、海况的,都是团队的“老师”。陈历回忆,团队用一年半时间反复论证,结合实际潮流规律制定专属施工方案,确保机组稳定吊装与平台下放。

 挑战接踵而至。2016年,LHD海洋潮流能发电站第一台机组下海安装。当机组下放到预定深度的3/4时,突然被卡住,下不去也吊不上来。现场气氛瞬间凝固,如果设备无法安装,意味着数千万元的投入可能付诸东流,整个项目面临失败风险。

 彻夜未眠的林东,在脑海中反复“回放”安装过程。他冷静分析后推断:是潮汐变化导致水流变急,强大的推力让机组发生了轻微偏移,恰好卡在了支架的凹槽上,于是果断下令,调整第二台机组的下放时间,提前1小时,避开急流时段。第二天,当机组顺利入水,现场响起热烈掌声。

 技术走向成熟,成本不断下降,惠及更多海岛居民

 第一代机组顺利下海发电后,团队没有停下脚步。他们加紧研发,推动海洋潮流能发电技术不断走向成熟。

 “第一代是垂直轴重力型的高扭矩设计;第二代则是低扭矩垂直轴机型;第三代的300千瓦水平轴机组通过自研的换向系统,根据来流方向自动转向,实现双向发电;第四代则推出了1.6兆瓦的大功率水平轴机组,采用全球独有的变桨系统,可根据来流能量密度动态调整桨叶角度,实现最优效率的双向发电。”林东介绍。

 与之伴随的,则是发电成本明显下降。林东介绍,第一代机组度电成本为106元;到第二代、第三代,合并核算后度电成本降至8.45元;第四代“奋进号”机组单台运行,其度电成本为4.2元;未来随着技术进步、规模扩大,成本有望大幅降低。

 此外,通过全功率变流技术,LHD海洋潮流能发电站实现了电能平滑接入,并通过高精度预测系统,将发电曲线纳入电网日前计划,并通过10千伏线路直接送至秀山岛,形成了“就地发电、就近消纳”的高效闭环。

 对LHD海洋潮流能发电站而言,眼下最重要的技术突破点,是研发中的第五代机组,它有望突破大功率潮流能水轮机叶片的关键技术,并计划采用不同的桩基工艺,从而大幅降低成本。“最终目标是通过不断研发、迭代,将度电成本降至0.25元。届时,潮流能这一清洁能源的发电成本将低于火电。”林东展望。

 如今,秀山岛的8000多户居民已经用上了来自LHD海洋潮流能发电站的绿电。58岁的徐萍是土生土长的秀山人,提起从前,她记忆最深的就是在海岛用电高峰时跳闸。“空调、洗衣机、大功率厨房电器根本不敢一起开。”她说,现在完全不同了,家里还用上了洗碗机。

 在秀山岛开了8年民宿的郝元杰感受更深,以前一到旺季就跳闸,客人投诉不断,如今供电稳了,客人体验好了,回头客自然也更多。“说不准以后潮流能发电站能成为一个新打卡点,能成为秀山岛旅游的新亮点。”他打趣道。

 林东还盘算着更加广阔的潮流能应用场景:“通过人工智能,我们能够更加精准认识潮流能资源,像单向高速流动的‘黑潮’,无论是在流量、流速还是满发小时数等方面,都是名副其实的‘富矿’。未来在深远海地区,我们还可以部署建设海底算力中心,利用潮流能直供电力,并借助海水自然冷却。”