在山东省青岛市黄岛区琅琊镇东部黄海中，有一座仅有0.46平方千米的小岛——斋堂岛。岛上的300余户人家世代以渔业为生，清晨迎着第一缕阳光出海劳作，晚上在海浪的拍打声中入眠。2023年11月，这座山清水秀、景色迷人的小岛用上了由北方首个海洋能独立电力系统提供的绿色电力，此前这里的供电全部需要通过电缆长距离输送。
海洋中蕴藏着哪些能量？科学家怎样获取海洋能，又是怎样让海洋能发电的？从事海洋能研究三十余年的史宏达教授为我们讲述他为偏远海岛送电的故事。
向大海要能源
我国拥有11000余个海岛，由于电缆的最大负荷有限、输送距离较远、铺设成本高昂等原因，偏远海岛供电一直以来是世界性难题。2010年，史宏达带领团队来到斋堂岛，开启了向海洋要电为海岛“送光明”的艰辛征程。
为什么选择这座小岛？史宏达说：“我们需要它为研究人员提供生存空间。斋堂岛上有居民居住，我们可以借助从海洋中提取的能源给岛上供电。斋堂岛具备我国北方最为典型的波浪和潮流能源特点和资源特点，如果能在这里进行清洁能源的利用示范，就意味着我国大部分海域都可以使用。”
地球71%的面积被海水覆盖。当阵阵海风吹起，站在岸边，你能看到一排排的海浪此起彼伏，或波涛汹涌，或轻柔绵延。在它们中间，蕴藏着大大的能量，这些能量被称为波浪能，是海洋可再生能源的一种。海洋可再生能源是个“大家族”，除了波浪能，还有潮流能、潮汐能、温差能、太阳能等。它们产生于海水中或海面上，可以一直使用不会枯竭；它们来自拥有广阔胸怀的大海，储量大、清洁无污染，是蓝天白云的“好朋友”。
“如果能够充分利用，全球的海洋可再生能源完全可以覆盖目前全人类用电的总和。正因如此，我们要研究它，开发并且想办法利用它。”不忘我国海浪理论创始人文圣常的愿望——将波浪的能量造福人类，师从著名海洋学家孙孚的史宏达将波浪能作为自己的研究方向，三十余年来围绕海洋可再生能源利用领域“卡脖子”问题开展关键核心技术攻关，致力于让海洋清洁能源点亮祖国偏远海岛的每一盏灯。
披荆斩棘，攻坚克难
在海边玩耍嬉戏，既浪漫又美好，但科研人员想要从海洋中获取能源，困难重重。
向海洋要电，首先要能“抓住”海洋的能量。例如捕捉波浪能的时候，需要有与波浪一起运动的设备，将能量传递给后方的装置。这些装置放入动态的海水中，要不因外力发生位移。海洋环境并不是每时每刻都对我们很友好，“为了固定这些‘与浪共舞’的能量捕捉装置，即使采用非常牢固的锚泊系统和恰当的锚泊方式，依然会发生设备被海浪冲走或损坏的‘谜案’，我们不得不安排好随时能‘上阵’的‘预备队员’。”史宏达和团队采用“留一手”的方案解决问题。
“我们想要在海岛旁放置一个50米高的海洋能装置测试平台。”从外观来看，这个平台并不高，实际上它需要扎入海中38米左右。如此高的水深，施工难度非常高。怎么办呢？寻求帮助！史宏达感慨道：“研究工作不能单打独斗，需要很多领域的人通力合作，才有可能成功。”最终，在青岛海洋工程和港口工程施工企业的帮助下，通过陆地上装配和一次性吊装，使这一海洋测试平台安全且稳定地放置到了指定位置。
“海洋能电站需要通过海底电缆将电输送到海岛上。在海底铺设电缆非常不容易，需要了解海底的地质情况，熟悉登岛后的电缆和登陆点之间的相互作用等。”为此，史宏达和团队通过技术攻关，制定了非常巧妙的设计方案和施工方案，完善了电缆本身的设计，改进了安装电缆的过程，使得电缆不仅能够在海底顺利铺设，还能穿越到平台的立管中心，成功实现电力传输。
开拓创新一直在路上
要说与其他能源有什么不同，那就是海洋能可以直接驱动发电机发电，即变成电能只需要一次能量转换，所以被称为“一次能源”。它的优点很明显，能量损耗少，非常高效；缺点是很不稳定，不知道何时会来一阵风产生波浪能，也不知道下一个波浪有多大、能否发电或者能发多少电。
怎样让来自海洋的能量持续稳定发电？史宏达和团队经过各种尝试，决定将能量存储到一定容量后再释放，这样就解决了直接转化时不稳定的问题。怎样将海洋的能量存储起来呢？这需要多种虚拟设备和性能设备的“携手”合作。“我们经过多方研究，决定在斋堂岛建一个海洋能多能互补海岛电站。”2012年，史宏达带领团队在这里建起了我国北方首座海洋能示范基地；2013年，国内首座海洋能多能互补海岛电站投入运行。史宏达说：“这不仅解决了岛上居民的部分生活用电，还为当地渔民开展海水养殖提供电能。”
当谈及现在斋堂岛上的用电是否全部来自电站时，史宏达遗憾地说：“目前海洋能利用尚未达到特别成熟的阶段，我们只是建立了一个海岛‘微宝’，即独立电网，当能量足够时，可以替代电网给小岛供电。由于海洋能的输入并不充分，很多时候小岛仍然需要通过原来的电网供电。”
想要增大发电量，需要同时考虑提高发电能力、发电容量和可靠性。“那么大的设备放在海中，首先要保证它能‘生存’，再考虑它能发多少电。”史宏达认为，保证设备的安全、健康，是未来海洋能利用从理念、设计走向应用必不可少的路径。
近年，史宏达和团队又有新发现！“我们提出了一种创新的想法，即风浪联合发电，也就是将一台风机和一个波浪装置放在一起。”史宏达对此满怀信心，他解释说：“俗话说‘无风不起浪’，风浪联合可以大大降低利用海洋能的技术成本，提高发电容量。”目前，风浪联合开发的设计已初步完成，计划今年年底或明年年初开始设备选型，三年内示范风浪联合发电。
未来，希望更多的海岛因蓝色海洋中的绿色能源而“电量”满满！
Q&A
您需要常年在海上工作吗？
史宏达：我的很多研究需要在海上完成，但在这之前需要做足理论上的准备，例如提前做一些计算；在实验室模拟波浪和潮流，获得更多数据等。
海浪越大海洋能就越多吗？
史宏达：不尽然。风平浪静并不意味着海水没有流动，有可能有“流”，“流”也会产生能量。浓烈的阳光照射在海上产生的能量，也属于海洋能。可以说，只要是与海水有关的能源，都属于我们研究的海洋能范围。
研究海洋能需要学什么？
史宏达：了解基础知识，需要学习海洋科学；获取能量需要装备，要学习机械工程；将海洋能转化成电能，需要懂控制理论与工程以及电力知识；材料科学与环境科学也必不可少……当然了，不是要求一个人具备这么多知识储备，而是需要不同学科的人才携手合作。
史宏达，中国海洋大学工程学院教授，博士生导师，青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋能研发测试平台主任，中国可再生能源学会常务理事、海洋能专业委员会秘书长
新闻来源：2024年11月9日【光明少年】让偏远海岛因海洋能而“电量”满满
编辑：徐雨虹
责任编辑：左伟
