2021年3月15日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议并发表重要讲话强调，实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。“十四五”时期是碳达峰的关键期，大力发展清洁可再生能源成为必然趋势。在海洋这片“蓝色沃土”中，蕴藏着丰富的可再生能源——海洋能，“碳达峰、碳中和”将为海洋能发展带来怎样的机遇与挑战？围绕海洋能的发展，《科技导报》专访了中国可再生能源学会海洋能专业委员会主任、浙江大学教授李伟。

海洋可再生能源是解决能源短缺与环境污染问题的重要方案之一，也是进行深远海开发、海岛建设及国防建设的重要支撑。在众多海洋可再生能源中，波浪能具有品质好、易利用、能流密度较大、分布广泛等优势，因此被广泛研究应用。为全面了解海洋波浪能研究进展，准确把握海洋波浪能发展趋势，以各种型式波浪能发电装置为出发点，综述了海洋波浪能研究进展，介绍了波浪能发电装置的工作原理、主要类型、技术、工程实例。研究发现，波浪能发电装置的技术类型未达到收敛，当前目标主要在于研发高效率、高可靠性及高可维护性的发电装置。波浪能发电装置发展趋势为以大型化及阵列化为基础进行商业化开发。

充分利用海洋能源，是人类实现可持续发展的重要途径。海洋能源中海上风能和波浪能储量尤其显著，综合利用海上风能和波浪能是可再生能源利用领域的研究热点。设计了全新的海上风浪复合发电装备，将无规则、不稳定的风能和波浪能均通过液压能转换为电能，同时设计了包含5个装备的单排复合发电场，综合计算和部分实验表明，该发电装备和发电场的功率分别为17 MW和91 MW。

波浪蕴含着巨大的能量，也具有较大的破坏作用。提出了一种跷跷板式的波浪能发电装置，采用双浮筒型的水面浮子结构形式，在水下设置垂直阻尼板。波浪激励浮子产生横摇运动，利用浮子与水下阻尼板的相对摇荡运动发电，结构简单，运行可靠。利用ANSYS-AQWA水动力分析软件计算了标准单体、大面积单体和多体阵列的发电性能，结果显示，在周期6.28 s，波高2 m的海况下，跷跷板装置具有每平方米上百瓦的发电能力，具有显著的应用前景。

复杂海洋环境下振荡浮子式波能装置与波浪相互作用过程中，浮子迎浪侧会发生波浪爬升等非线性现象，严重时波浪会越过浮子顶部，这对波能装置的发电效率及工作性能产生不利影响。设计并进行了规则波作用下垂荡浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验，探讨了波浪周期、常数PTO（能量摄取，power take-off）阻尼以及不同周期下改变常数阻尼对波浪爬升特性的影响。研究结果表明，波浪周期较大和PTO阻尼较小时，有利于降低浮子迎浪侧的波浪爬升幅度；波浪周期较小时，改变PTO阻尼对迎浪侧的波浪爬升幅度影响较小。

振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时，各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用，影响装置的运动和发电性能。开展物理水池试验，研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性，着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律。研究发现，在所考虑的参数范围内，相同波况条件下，小半径浮子波能装置的发电功率更高；窄频带波浪环境中，小间距布置有利于产生更大的功率峰值，且入射波高对装置的发电功率有显著影响。

为优化振荡浮子式波浪能装置的能量俘获效果，针对圆柱形浮子底部的形状对装置俘能的影响展开研究，选取主流的平底、圆锥底和半球底进行计算对比。首先，建立浮子运动的频域模型；然后，通过ANSYS-AQWA对3种浮子进行水动力计算，得到3种浮子的附加质量、辐射阻尼、波浪激励力、幅值响应算子等水动力参数，对结果进行比较；最后，在频域运动模型中加入阻尼控制，研究在波浪激励下不同底部形状浮子的能量俘获效果，结果表明，阻尼控制可以明显提高浮子的能量俘获效率，半球底浮子在波浪谱较宽的工况下能量俘获效果更好，而平底浮子更适合谱峰频率在其固有频率附近且波浪谱较窄的工况。

分析了随着波浪能发电技术的逐步成熟带来的功率预测技术现状，阐述了功率预测对规模化利用波浪能的现实需求，研究了不同模型的预测机理和特性，并在传统物理模型技术上提出了基于深度学习的数据驱动模型。基于长短时记忆网络的深度模型能够对波浪发电装置的短期功率开展预测，并通过与支持向量机、神经网络等模型的比较，证明了长短时记忆网络模型预测方法能够获得更优的短期预测结果。

能耗与淡水资源是制约电解水制氢发展的瓶颈问题，利用海洋能发电来制取淡水及氢气，是实现海能海用、海洋效益最大化的重要途经之一。提出一种潮流能发电制取淡水和氢气的集成技术方案。海水淡化后首先满足生活需求，冗余的淡水用于电解制氢。为验证系统方案的可行性，建立了系统模型并进行了仿真和部分试验验证，重点对发电装备的能量控制策略和制氢单元的高效能控制方法进行了研究，以60 kW潮流能发电机组单机系统为例，仿真结果表明，基于潮流能发电的制淡制氢系统具有较好的稳定性且理论上可日产淡水约90 t，同时制取氢气约55 Nm³。

为了研究发电场机组阵列排布方式对产能的影响，通过设置不同的行列间距组合，分析了每种机组阵列排布方式下行列间距对产能的影响及其内在联系。基于Delft3D-Flow模块，建立了斋堂岛水域水动力模型，根据全年平均TSE指数分布确定发电场布置区域，依据斋堂岛水域潮流特性及EMEC标准确定机组垂向放置位置。在选定区域内，通过对比研究25种不同的排布方式，结果显示：在一定范围内，行列间距增大会导致阵列总产能下降，且产能变化逐渐趋于平缓。

针对中国海况，研究了一种小功率的低速直驱型洋流能发电机，通过对发电机的长径比、气隙长度、定子内径等关键参数进行设计和优化，确定了发电机的最终方案。采用2D有限元对发电机的齿槽转矩和变速变载性能进行了仿真计算，理论上进一步校核了发电机的运行特性。加工制造了样机并进行了详细的厂内测试，测试结果进一步验证了设计方案的合理性，确认了发电机能够在额定工况下输出200 W功率，且变速变载运行性能良好。

海洋温差能发电系统新型热力循环在Kalina循环基础上增加贫氨溶液回热支路和抽气回热支路以提高热力循环效率。应用能量守恒原理和热平衡方程对新型热力循环——国海循环进行理论研究，计算了不同的透平入口蒸汽压力、氨水混合工质浓度、温海水温度和冷海水温度条件下的循环效率。理论计算结果表明，氨水混合工质浓度对国海循环效率影响显著，冷热源温度确定的条件下存在最优的氨水混合工质浓度使得循环效率最高，当温、冷海水温度分别为26、5℃，氨水工质浓度为92%时，系统效率最大达到4.56%；当氨水混合物浓度不变时，循环效率随透平入口蒸汽压力的升高先升高后降低，存在极大值；冷海水入口温度对循环效率影响很明显，而温海水温度对循环效率影响较小。

针对海洋温差发电系统中效率低的问题，对海洋温差发电朗肯循环进行了理论分析，建立了系统中关键设备数学模型，计算了发电系统循环热效率、净输出功率。通过计算得到：当透平进口气体温度和冷凝温度一定时，循环热效率随透平进口气体压力的增大先升高后降低，且存在最大值。研建了15 kW朗肯循环海洋温差能发电系统并试验验证，得到了在模拟海洋温差下循环热效率随各参数的变化趋势与规律，同时与理论计算结果比较，验证了理论计算结果的可靠性。

通过对海洋温差能发电向心透平气动部分进行设计，对其气动性能及喷嘴的影响进行模拟研究。采用经验参数和遗传算法对其进行一维参数设计，并通过三维造型得到透平气动模型。采用计算流体动力学（CFD）技术对透平的三维流场和性能进行了数值模拟。结果表明，在设计工况下透平的气动效率达到86.5%。在此基础上，对设计工况下的喷嘴-叶轮径向间隙和喷嘴叶片安装角进行分析，得到喷嘴-叶轮相对径向间隙为0.04左右，可变喷嘴安装角约为37°时，透平的效率最高。因此，在设计工况下，可通过对喷嘴-叶轮径向间隙和喷嘴安装角进行微调来得到更高的透平效率；在非设计工况下，可采用可调喷嘴来适应不同工况下的流动，使得透平在不同工况下均有较好的工作性能。