迈向碳达峰 海洋能：专利挖掘“蓝色经济”

近日，第五批国家工业遗产名单新鲜出炉，温岭江厦潮汐试验电站作为总装机量中国第一、世界第四大的潮汐电站，榜上有名。温岭江厦潮汐试验电站是我国第一座潮汐能双向发电站，从1980年5月投入运行至今，累计发电超过2.35亿千瓦时，为我国大规模商业开发潮汐能积累了工程经验和技术储备。

今年10月，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出，要探索深化地热能以及波浪能、潮流能、温差能等海洋新能源开发利用。行动方案为我国海洋新能源的开发利用指明方向。

“海洋新能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。潮汐能、波浪能作为其中最主要的能源，是一种易于直接利用、取之不竭的可再生清洁能源。”中国科学院广州能源研究所（下称广州能源所）海洋能研究室主任盛松伟对中国知识产权报记者表示，近年来，随着我国技术攻关取得重大突破，一大批拥有自主知识产权的海洋能技术由试验样机向工程样机成功转变，这对于我国加快先进成熟绿色低碳技术装备推广应用，确保碳达峰、碳中和目标如期实现，都具有十分重要的意义。

创新发掘潮汐“宝藏”

潮汐电站的发电机组都在海平面之下，是真正的“深藏不露”。潮汐能是潮汐运动时产生的能量，是人类利用最早的海洋动力资源。1972年3月，原国家计划委员会正式批准建设温岭江厦潮汐试验电站，重点围绕潮汐能特点、潮汐机组研制、海工建筑物技术问题研究和综合利用等四大方面展开，并将其列为国家“六五”时期重点科技攻关项目。

如今，这个由龙源电力集团股份有限公司运营的潮汐试验电站安装了6台双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量4.1兆瓦。“作为潮汐能发电的试验基地，温岭江厦潮汐试验电站运行41年来始终坚持发电和试验并举，坚持依靠现代技术对电站进行改造和完善，取得了丰硕成果，为我国潮汐能的开发利用积累了许多宝贵的经验。”柳沈律师事务所合伙人姚冠扬介绍，2015年，随着专利“一种六工况三叶片转轮双向潮汐发电水轮机”在该电站落地应用以及1号机组增扩容改造完成，该电站安装了国际上首次研发的三叶片六工况双向高效运行的潮汐发电机组转轮，填补了国内潮汐电站在设计优化及多工况运行方式等方面的技术空白。

姚冠扬通过专利检索后发现，经过多年的技术攻关，2015年清华大学和龙源电力集团股份有限公司温岭江厦潮汐试验电站在潮汐能技术开发方面取得了重大突破，针对现有技术中的4叶片转轮潮汐发电水轮机组仅能保证一个工况下的效率、震动和压力脉动大等技术问题，对导叶和转轮的型线进行近百次优化，世界范围内首次在三叶片的水轮机上实现了全部六个工况下的高效率运行。

清华大学能源与动力工程系流体机械及工程研究所所长王正伟作为“一种六工况三叶片转轮双向潮汐发电水轮机”专利的第一发明人，在潮汐发电方面进行了20余年技术攻关，取得了一系列创新成果。他介绍，目前，世界上所有其他的潮汐发电水轮机组都采用的是4叶片的转轮。传统观念认为，4叶片转轮具有控流能力强，流道内压力脉动小的特点，而王正伟团队结合我国潮汐能情况提出了三叶片转轮。

据了解，在研发过程中，王正伟团队通过30多个导叶和60多个转轮的型线优化，成功将叶片上的压力脉动降低到比传统的4叶片转轮的压力脉动还略低，同时还提高了机组的过流量，保证了潮起潮落时机组具有更多的发电量、更高的效率和更小的压力脉动及振动。

姚冠扬表示，目前，受到单机发电机组规模的限制，全球范围内潮汐发电装置的成本相对较高。相信，随着潮汐发电技术进一步取得突破，在不远的将来必将形成一批可借鉴、可复制、可推广的典型案例，加快先进成熟绿色低碳技术装备推广应用。

专利增添波浪“动能”

“除了潮汐能外，另一个埋藏在海洋中的能源宝藏就是波浪能。”盛松伟介绍，波浪能发电具有巨大的潜力,不仅可以为边远海岛等提供清洁能源，还能利用波浪能提供的动力进行海水淡化以及为海洋养殖平台或测量仪器提供电力。

近年来，随着我国科研院所和企业投入资金、技术和人才加紧攻关，波浪能利用技术不断取得突破。2020年，由广州能源所研发设计，招商局重工（深圳）有限公司建造的我国首台500千瓦波浪能发电装置“舟山号”交付使用。这是我国目前单台装机功率最大的波浪能发电装置。

自2002年开始，盛松伟带领团队从事新型海洋波浪能开发利用。经过近10年的攻坚克难，盛松伟团队在漂浮鹰式波浪能发电装置方面取得重大突破，并于2012年在多个发达国家提交名为“一种具有半潜船特征的漂浮鹰式波浪能发电装置”的专利申请，解决了波浪能装置效率低、建造与维护成本高以及投放后难以回厂维护或维修的难题。

“波浪能装置的样式各种各样，但工作原理都是将波浪的动能和势能转化为机械能等能够利用的能源。然后，再将得到的机械能传递到旋转机械中（如透平、液压马达等）；最后，再将旋转机械中的机械能通过发电机转化为电能，输送给用户。”盛松伟表示。

近年来，在相关专利的基础上，盛松伟团队进一步攻关，突破了海上漂浮式波浪能装置无法长期稳定发电的系列难题，完成了鹰式波浪能技术由试验样机向工程样机的成功转变。2015年11月,运用相关专利建设的100千瓦工程样机“万山号”在珠海市万山岛开始实海况试验。两年后，“万山号”在珠海市万山岛并网发电，实现了我国波浪能电力首次进入海岛居民家庭使用。

尔后，在中国科学院和南方电网的支持下，盛松伟团队利用相关专利实现了我国波浪能装置在近海、远海并网供电。2018年8月31日，260千瓦“波+光+储-海水淡化”海上可移动能源平台“先导一号”在我国西沙开展了远海发电试验，通过海底电缆成功并入远海海岛电网，标志着我国成为全球首个在深远海布放波浪能发电装置并成功并网的国家。

盛松伟表示，拥有中国、欧盟、日本和加拿大发明专利的半潜式波浪能养殖旅游通讯平台技术，已由研发和示范进入多省商业化建设运行阶段；拥有中国、美国、英国和澳大利亚发明专利的鹰式波浪能发电技术，已完成2台500千瓦波浪能装置“舟山号”及“长山号”的建设，正在开展实海况试验；同时在国家重点研发项目支持下，广州能源所联合南方电网正在开展单台装机1兆瓦的波浪能装置研建，预计2022年完成建设并投放南海示范运行，支撑我国海上碳达峰、碳中和目标实现。

责任编辑：牛淋淋