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中科院广州能源所海洋能研究室盛松伟研究员团队:深海捕浪20载,打造“蓝色粮仓”!

发布者: 上下五千年 | 发布时间: 2023-5-26 11:15| 查看数: 197| 评论数: 0|帖子模式

近日,在广东省珠海市万山海域,凌晨可见一艘造型独特的大船缓缓从海面上升约10余米的高度后,一个巨大的网箱随之露出海面。) T) n, \2 ^6 L$ {2 n9 b6 i! t

8 z  v  U: v- v5 C6 S5 [+ q- h2 ~“收鱼了!收鱼了”伴随着此起披伏的吆喝声,映入眼帘的是一尾尾肥壮的石斑鱼、金鲳鱼在网箱里跳跃,渔民们一网接一网地将鱼称重装船后,就等着卖个好价钱。
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渔民满载而归。广州能源所供图
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9 [* P" W5 {0 D9 f0 K: f) [2 Y# ~屹立在海面上的大船宛如一座“海上堡垒”,它的名字叫“澎湖号”,由中国科学院广州能源研究所(以下简称广州能源所)主持研发。
/ @% _, t6 [/ o! `9 U4 E; [% p5 i“‘澎湖号’是我国首台半潜式波浪能养殖旅游平台。”广州能源所海洋能研究室研究员盛松伟在接受《中国科学报》采访时介绍,“未来,我们还将依托具有自主知识产权的鹰式波浪能发电技术,努力突破海上可移动多能互补平台大型化、规模化应用系列难题,服务远海岛礁和海上开发活动绿色可持续发展。”, z! q0 `+ W2 p# r. f# k

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“澎湖号”照片 广州能源所供图3 @' [: [  g, k
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波浪能发电
/ Q7 A- `% {* D% n“发电了!发电了!”2012年12月28日11时,当“鹰式一号”波浪能发电装置的发电指示灯再次亮起的那一刻,所有在风浪中奋战的广州能源所科研人员抑制不住内心的激动,兴奋地高呼。
4 @' @! o8 t2 N) R$ ^  j* W3 Y0 T然而就在不久前,他们刚经历了惊魂一刻。( W- o# O7 {% l$ y
当天早晨6时,广州能源所科研人员匆匆吃完早饭就投入到紧张的准备工作中,当他们将“鹰式一号”从调试地点拖往投放点的过程中,拖拽装置的缆绳在波浪的剧烈作用下突然断裂,装置瞬间失去了牵引,在海面上肆意漂流。
- n* g9 @$ _) H+ L  s8 w( a“当时,海上风力达7级,幸亏我们的人反应及时,将预先挂好的备用系泊锚链收紧,才保证了‘鹰式一号’没有被大海卷走。”盛松伟回忆道,“鹰式一号”到达投放点后,按设定程序抛锚,下潜、调浮态、调负载,最终在波浪的推动下成功发电。
- C. f# W& g. R1 e: m+ A( r广州能源所研制的“鹰式一号”是一种新型海洋波浪能发电装置,可将波浪能转换为电能。谈及为什么叫“鹰式”,盛松伟解释道:“波浪能吸波浮体的弧度,看起来特别像鹰嘴,所以就被称为鹰式装置。”
6 D4 O6 P& M0 q# m6 `6 C2002年,盛松伟来到广州能源所工作,正式开启了他的“波浪能”研究。“波浪能是一种不稳定的能源,其转化为电能非常困难。”盛松伟说。
' A9 E, T: s& ~& L' K7 V早在1979年,广州能源所就开始进行波浪能转换研究,40多年来倾注了5代科研人员的心血和汗水,其间波浪能转换研究经历了从近岸到近海,再到远海的过程,波浪能发电装置也完成了从岸式到漂浮式,再到为偏远海岛并网供电的升级。
7 ^6 G: Z+ J; r) [$ J" f" h盛松伟告诉《中国科学报》:“当年刚好赶上从岸式波浪能发电装置到漂浮式波浪能发电装置迭代的时期,我们希望从国外引进一台波浪能发电装置,却遭遇技术封锁。最困难的是2006年,团队只剩3个人。”
0 [2 H) _( j$ ?6 a6 K4 i6 z尽管如此,海洋能团队还是坚持下来,迎来了从波谷到波峰,成功研制出“鹰式”波浪能发电平台,突破了波浪能装置无法稳定发电的瓶颈。2020年6月,我国首台500KW鹰式波浪能发电装置“舟山号”正式交付。目前,全球单台装机功率最大的1MW波浪能发电装置也即将建成。& W" }  G+ ?) W6 x8 i7 O6 l  W: h; g

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海洋能团队 广州能源所供图3 ?! d6 Q1 ^* J8 \8 B0 d- Z
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打造“蓝色粮仓”% {" \$ y  y2 X/ B0 S$ _
2016年,一家渔业企业准备在珠海某荒岛建渔业基地,因岛上缺水缺电,该企业找到盛松伟团队,希望他们把波浪能发电装置拉到基地,保障供水供电。
# ~- a6 x- o: p盛松伟也从中发现,海上养殖要从近海走向远海,装备必须解决以下三个关键问题:一是在风浪大的外海海域,抗风浪能力差;二是能源供给匮乏,无法为渔业机械化设施提供电力;三是缺乏搭载人员、设施和物资的稳定平台。
0 S- t7 \$ F+ e) [8 _& _2019年7月,盛松伟团队将历时3年成功研发的“半潜式波浪能发电系统”安装在“澎湖号”上,正式下海投入养殖。, c. n2 y* W; e0 w: B
“澎湖号”长66米,宽28米,高16米,工作吃水12米,采用钢结构加软体网结合形成养殖水体,可提供1.5万立方米养殖水体,搭载可再生能源装机120kW,其中波浪能装机60kW,太阳能装机60kW,能源自给自足,全部来源于海上可再生能源。
0 H8 d6 h$ u! J6 r" N盛松伟告诉《中国科学报》:“我们利用刚性主体框架与模块化柔性网衣安全连接技术,解决了传统海水养殖网衣难定型、易磨损的难题,有效提升了海水养殖的水体利用效率,减少因网衣摩擦对养殖鱼类造成的损失。
  L. Z) e' L/ I* r6 K“在清洁开阔的海洋环境中养出的鱼口感好,品质接近野生,在市场上也能卖个好价钱。”日前,在“澎湖号”收鱼的渔民说,去年收购过一次“澎湖号”养殖的金虎斑,全部售往香港并得到客户认可,今年收成可期。
; u6 _" t5 v+ R! ]; {% }- {' L/ O联合国粮食及农业组织曾指出,就全球角度而言,鱼类能提供人类约16%的动物蛋白质来源,3.6亿平方公里的浩瀚海洋是人类食物的重要来源和获取高端食品及优质蛋白的“蓝色粮仓”。
5 H; a. S0 I* @# [“‘澎湖号’不仅包含各种现代化设备,还拥有生活空间和仓储空间,实现了人们在海上体验垂钓的愿望,促进了休闲渔业的发展。”盛松伟希望通过团队的努力,开发新型波浪能与海洋渔业结合的养殖技术与装备,使海水养殖由港湾和近海走向开阔海域,打造“蓝色粮仓”。, v, Z( V" L3 r4 {
与风浪正面“较量”
9 C, v& V/ X+ b& b+ b# h% ^“我们每年有一半时间在出差,不是在海上,就是在去海上的途中。”盛松伟笑着告诉《中国科学报》,“远海的岛礁波浪能丰富,但也可能给科研人员的工作带来危险。”
* y  f4 R& V, q  |% Q/ ^2020年有一次远海试验,盛松伟一行4人刚把装置投放到海上,紧接着就来了台风,把装置调整完后已经是凌晨两点,此时海上的风浪已经很大,4个人直接被困在装置上了。“考虑到如果等到第二天早上风浪可能会更大,我们找来一艘渔船,每人身穿两件救生衣,从实验装置的侧面跳上渔船,才得以从装置上安全回来。”
( `; O2 U7 r, @这样与风浪正面“较量”,盛松伟在过去20年里遇到过五六次。“我们的工作就是跟风浪打交道,风浪越大的地方波浪能也越丰富。”盛松伟笑着说。2 P7 c/ I2 @. n( m) z
海上气候变幻莫测,如何在恶劣环境中保障发电平台的安全呢?为此,盛松伟团队发明了“恒张力锚泊系统”,先后获得中国、美国、日本发明专利授权,该技术大幅提高了发电平台的抗击台风能力,可实现平台长期驻海运行。$ w' u3 d* ?$ c& E3 f
据悉,“澎湖号”已经完成近4年无故障连续运行,经历多个风暴及一次14级台风正面袭击,装置在风暴中锚泊牢固、姿态平稳、监控正常,无网箱内鱼群死亡现象发生。
7 j9 A' O! j/ T0 C; \2 }# W这一切的背后离不开科研人员的实践摸索。“科学家思维与工程师思维不同,需要两方面同时兼顾,两者的有效结合才能实现由方法到产品的转型。”盛松伟感叹道,“研究院所初步实现了从0-1的过程,但如何实现从1-10000,让技术真正服务经济发展,还需要很多探索。
0 [  B" k1 e9 b3 A谈及未来,盛松伟表示,很多先进技术需要探索,如孤立平台的全直流电力系统,深远海养殖与大型风电、波浪能一体化的研究等。目前,盛松伟团队已提前开展相关技术的布局,希望通过持续研究,进一步提高平台的先进性、可靠性和经济性。7 c, ]' s1 }5 u  w' _

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; K0 o0 n& W& B信息来源:中国科学报 作者:沈春蕾 朱汉斌 原题:深海捕浪20载 打造“蓝色粮仓”* i1 D4 ]# M2 f% b

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