1、第四章 海洋能 （Ocean energy ）1本章內容4.1引言 4.2潮汐能 4.3波浪能4.4海洋熱能4.5鹽度梯度能 24.1海洋能引言 在地球與太陽、月亮等天體的相互作用下，不停運動著的海水蘊藏著巨大的能量，如潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等，這些能量總稱為海洋能。 每種海洋能都具有相當大的能量通量。如潮汐能、鹽差能能量通量均約為2TW；波浪能的能量通量也在TW級；海洋熱能的能量通量至少在102TW級。 由于海洋能分散在廣闊的海域，海洋能的能流密度相當低；大部分海洋能均蘊藏在遠離用電中心區的海域。 除潮汐能外，人類對海洋能的開發利用程度非常低。在可以預見的將來，也僅有一小部分

2、海洋能能夠開發利用。3 技術上，人類研究海洋能技術的歷史太短，技術上不成熟；對可能造成的環境問題，如影響生物種群、嚴重淤積、影響航運等引起人們的疑慮。 政策上，常規能源的定價以內部成本為基礎，未包括或未完全包括社會成本，使海洋能與其它可再生能源不能在一個平等的基礎上進行競爭。 經濟上，利用海洋能的一次投資龐大，運行成本卻很低。這種情況與常規能源相反。高利率的金融政策將使可再生能源更難以取代礦物燃料。 另外，可再生能源的回報周期長，風險高，也加大了商業投資成本。44.1海洋能引言4.2.1潮汐能形成 潮汐能月球和太陽的引力作用于地球而產生的能量。 潮汐主要是由于月球、太陽對地球表面海水的不均勻引

3、力作用產生的，且以月球對地球表面海水不均勻引力影響為主，運動著的地、月、日的相對位置存在著多種周期性變化，因而海水也在作多種周期性組合的復雜波動. 月球的引力使地球的向月面和背月面的洋面水位升高。因地球旋轉，洋面上升的周期為12h 25min,振幅不大于1m。 太陽的作用與月球相似，但作用力較小，周期12h。 潮汐形式大潮、小潮 大潮：太陽、月球與地球處于同一條直線上時，太陽潮+月球潮=大潮； 小潮：太陽、月球與地球三者成直角時，月球潮-太陽潮=小潮。 54.2.1潮汐能形成64.2.1潮汐能生成 潮期除半日周期、月周期外，還有幾天至幾年等其它周期。當潮汐波沖擊大陸架和海岸線時，通過上升、收聚

4、、共振而使潮差增大。 潮汐系統是一種復雜的現象，因地而異，但任何地點的潮汐都是可以預報的。如我國著名的錢塘江大潮，預報的準確性可以用分、秒計。74.2.1潮汐能生成 由于大潮的能量較集中，人們利用潮汐能主要是利用大潮。如在適宜的地點建設潮汐電站，利用潮差的能量來發電。 據估計，全世界有開發潛力的潮汐能約為200Gkwh/a。法國朗斯潮汐電站法國朗斯潮汐電站 84.2.2 潮汐能潮汐能技術 潮汐能現代利用技術以發電為主，其類型有 落潮發電單庫單向發電 漲落潮發電單庫雙向發電 這兩種方式，發電都是間歇的，年平均功率因數僅為0.250.35。 d 潮汐能是一種古老的能源，公元1100年，英國、法國、

5、西班牙海岸就有了潮汐磨坊，其基本原理仍為現代潮汐能技術所應用。9單庫單向發電 漲潮 向水庫注水 落潮等待（待水庫內外產生水位差） 落潮發電至最小水位 重復10單庫雙向發電 漲潮 通過水輪機向水庫注水并發電 落潮等待（待水庫內外產生水位差） 落潮發電至最小水位 等待漲潮114.2.2 潮汐能潮汐能技術 實現連續發電的可能技術： 潮汐電站與河流電站配合發電，功率因數1； 泵水儲能改變發電時間，功率因數0.75； 壓縮空氣儲能發電，功率因數0.90。 12世界首臺潮汐能發電機2008年安裝在英國斯特蘭福德灣,海水流速超過13km/h，“SeaGen”的裝機容量達到1.2兆瓦，“是世界上第一個利用洋流

6、發電的商用系統”世界主要潮汐電站 13國國 家家站站 名名潮差（潮差（m）容量（容量（Mw） 投運時間投運時間 法 國朗斯8.5240 1966加拿大安納波利斯7.119.11984前蘇聯基斯拉雅3.90.41968中 國江廈5.13.21980中 國白沙口2.40.64 1978 中 國幸福洋4.51.28 1989中 國岳浦3.60.15 1971 中 國海山4.9 0.15 1975中 國沙山5.1 0.04 1961 中 國例河2.1 0.15 1976中 國果子山2.5 0.04 19774.2.3潮汐能研究與發展 無壩型潮流發電是一種正在研究中的新技術，該技術盡管能量密度較低，但具

7、有投資省的顯著優點，發展潛力很大。 預計2020年，可達12Twh60Twh（折2.7 Mtoe13.5 Mtoe）。 我國潮流能發電試驗最早是1978年由一位浙江農民自費進行的。他制作的螺旋槳式水輪機，通過液壓傳動裝置帶動發電機，在舟山群島西候門潮流流速3米/秒條件下，發出了5.7干瓦功率的電力。144.3 波浪能 資源特點 波浪能一種由風作用于洋面產生的能量。 在風力的推動下，水團相對于洋面發生位移，使波浪具有勢能和位能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。 波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。臺風導致的巨浪，其功率密度可以每平方米迎波面數千千瓦，而波浪能豐

8、富的歐洲北海地區，其年平均波浪功率也僅為2040千瓦平方米。中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為 27千瓦平方米。 154.3.1波浪能 資源特點 波浪的表征： 波高； 波長相鄰波峰或波谷間的距離； 波周期相鄰波峰或波谷到達同一地點的時間間隔。 波浪能的能級，kw/m。 波浪能源密度波浪在單位時間通過單位波峰的能量，千瓦平方米。 由于全球風的作用，波浪能密集區主要為40N60N，40S60S以及赤道附近30N30S的信風區。 可利用的波浪能僅局限于靠近海岸線的地方，大洋中的波浪能因距離太遠則難以提取。 16中國波浪能資源中國波浪能資源 我國沿岸波浪能資源理論平均功率為1285.22萬千瓦，這些

9、資源在沿岸的分布很不均勻。 以臺灣省為最多，為 429萬千瓦，占全國總量的 13。其次是浙江、廣東、福建和山東，總計約為706萬千瓦，約占全國總量的55，廣西沿岸最少，僅8.l萬千瓦。 全國沿岸波浪能源密度分布，以浙江中部，臺灣，福建省海壇島以北，渤海海峽為最高，達 5.117.73kwm2。這些海區平均波高大于1m ，周期多大于5s。 其次是西沙、浙江的北部和南部。福建南部和山東半島南岸等能源密度也較高，資源也較豐富。 其他地區波浪能能流密度較低，資源蘊藏也較少。 174.3.2波浪能 利用技術 海洋波浪屬于低品位能源，在自然狀態下，由于大部分波浪運動沒有周期性，故很難經濟地開發利用。 以波

10、浪為動力的裝置一般都具備以下3個特點： 能夠增大與波浪高度有關的水位差； 對波浪的幅度和頻率有廣泛的適應性； 既能適應小的波浪，又能承受大風暴引起的滔天巨浪。 主要的3種概念設計 利用波浪的垂直漲落來推動水輪機或空氣渦輪機； 用凸輪或葉輪利用波浪的來回或起伏運動推動渦輪機； 利用波浪沖力把海水先匯聚到蓄水槽中，再推動水輪機。18波浪能提取裝置分類 波浪能的利用研究較晚，20世紀70年代才開始，已有13個國家開展了研究，提出了多種提取波浪能的裝置。裝置分類 運動原理 垂蕩式浮體 上下起伏 垂蕩與搖擺式浮體 起伏與搖擺 縱搖式縱搖 振蕩水柱 振蕩水柱 沖動式 前后搖擺波浪發電裝置示意圖20空氣透平

11、發電波浪能的用途 波浪能的主要用途是發電，亦可用于海水淡化?？偟目磥砑夹g尚不成熟，目前僅有少量小規?；蛟囼炐缘难b置在工作。 初步估計，至2020年，波浪能的發電能力將達112Twh（折0.22.5Mtoe）。214.4.1海洋熱能歷史 1881年，法國物理學家德爾松瓦首先提出利用海洋熱能發電的構想。20世紀30年代，他的學生克勞德在古巴建立了一個試驗電站。但直到20世紀70年代，由于油價上漲，才引發了人們對利用海洋熱能的興趣，加強了研究與開發工作。 自1979年8月在美國夏威夷建成世界上第一座溫差發電裝置以后， 世界各國都對海洋溫差發電給予足夠的重視，目前186MW級的海洋溫差電站已投人試運行

12、。 美國16萬kw海洋溫差發電站-1982224.4.2海洋熱能資源特點 海洋熱能海洋表面與海洋深處溫差產生的能量。 在熱帶、亞熱帶海區，海平面與1000m深處的海水溫差達20以上，這是熱能轉換所需的最小溫差。 全世界蘊藏海洋熱能資源的海域面積為6000萬Km2，發電能力可大于幾萬億瓦。 但海洋熱能豐富的海區都很遙遠；在近海，由于溫差小，提取熱能的效率很低。故海洋熱能的利用效率很低，但潛力的絕對量仍相當可觀。 234.3海洋熱能利用技術 海洋熱能的基本利用形式海洋熱能轉換電站（OTEC），其工作方式主要有以下三種： 開式循環 閉式循環 混合循環 24開式循環 表層溫海水 閃蒸蒸發器 蒸汽 渦輪

13、機發電 蒸汽冷凝 淡水 來自深層的冷海水作為凝汽器的冷卻介質。由于水蒸汽是在負壓下工作，所以必須配置真空泵。 這種系統簡單，還可兼制淡水；但設備和管道體積龐大，真空泵及抽水水泵耗功較多，影響發電效率。25閉式循環 表層溫海水 蒸發工質 工質蒸汽發電 工質蒸汽冷凝 工質循環 深層冷海水仍作為凝汽器的冷卻介質。這種系統因不需要真空泵是目前海洋溫差發電中常采用的循環。 混合循環開式與閉式聯合循環 。 264.4.4海洋熱能發展前景 海洋溫差發電由于冷熱溫差很小，其效率遠低于普通火電廠， 僅為3左右，且溫差小，換熱面積大，建設費用高；海水腐蝕和海洋生物的吸附以及遠離陸地輸電困難等不利因素都制約著海洋溫

14、 差發電的發展。但海洋遼闊，儲能豐富，修建海上溫差發電站仍具有廣闊前景。 預計到2020年，海洋熱能發電量可達35109168109kwh. 27海水溫差發電的利用方式離陸地較近時，可用海底電纜向陸地變電站送電； 離陸地較遠時，可利用電能先蒸發海水，制取淡水，再將淡水電解成氫和氧，然后用船將它們分別運往陸地。 利用電能從濃縮海水中提取鈾和重水，然后運往陸地供核電站使用； 利用電能從海水中提取稀有金屬，其中鉭也是一種熱核燃料； 向海上采油和錳礦開采提供電力。 284.5.1鹽度梯度能資源特點 這是一種以化學能形式存在的海洋能。 海水的含鹽量高，每立方公里海水有鹽3500萬噸，含鹽濃度高的海水以較大的滲透壓向淡水擴散，這種滲透壓所產生的能量即為鹽度梯度能。 在大洋的河口，如上海吳淞口，產生的滲透壓理論上可以使海水的水頭提高240m。換算為發電能力，每m3的淡水可發電23kwh。 死海的鹽度更高，其與淡水間的滲透壓相對于水頭5000m。 理論上，如果用有效