1、第4章 海洋能發(fā)電4.1 海洋能及其開發(fā)利用 4.2 潮汐發(fā)電 4.3 波浪發(fā)電 4.4 海流發(fā)電 4.5 溫差發(fā)電 4.6 鹽差發(fā)電 4.1 海洋能及其開發(fā)利用 海洋能（Ocean Energy）是指依附在海水中的可再生能源，海洋能主要以潮汐、波浪、海流、溫度差、鹽度差等形式存在于海洋之中。潮汐能和海流能源自月球、太陽和其他星球引力，其他海洋能均源自太陽輻射。海水溫差能是一種熱能。低緯度的海面水溫較高，與深層水形成溫度差，可產(chǎn)生熱交換，其能量與溫差的大小和熱交換數(shù)量成正比。潮汐能、海流能、波浪能都是機械能。潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。波浪的能量與波高的二次方和波動水域面積成正比。在河口

2、水域還存在海水鹽差能（又稱海水化學能），入海徑流的淡水與海洋鹽水間有鹽度差，若隔以半透膜，淡水向海水一側滲透，可產(chǎn)生滲透壓力，其能量與壓力差和滲透能量成正比。目前，發(fā)電是開發(fā)利用海洋能的主要方式。海洋能具有如下特點：（1）在海洋總水體中的蘊藏量巨大，但單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小，利用效率不高，經(jīng)濟性差。（2）具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。（3）能量多變，具有不穩(wěn)定性。潮汐能與海流能不穩(wěn)定，但其變化有一定規(guī)律，人們可根據(jù)潮汐和海流變化規(guī)律，編制出各地逐日逐時的潮汐與海流預報，潮汐

3、電站與海流電站可根據(jù)預報表安排發(fā)電運行。波浪能是既不穩(wěn)定又無變化規(guī)律可循的能源，而海水溫差能、鹽差能和海流能變化較為緩慢。（4）屬于一種潔凈能源，海洋能一旦開發(fā)后，其本身對環(huán)境污染影響很小。4.1.1 海洋能的分類4.1.2 海洋能的開發(fā)4.1.3 中國海洋能資源及開發(fā)利用概況4.1.1 海洋能的分類 根據(jù)呈現(xiàn)方式的不同，海洋能一般分為潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、鹽差能等幾種。（1）潮汐能。潮汐能是因月球、太陽引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所引起的水的勢能即為潮汐能。潮汐能利用的原理與水力發(fā)電的原理類似，而且潮汐能的能量與潮量和潮差成正比。

4、（2）波浪能。波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是一種在風的作用下產(chǎn)生的，并以勢能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪的能量與波高的二次方、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(wěn)定的一種能源。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。（3）海流能。海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導致的有規(guī)律的海水流動所產(chǎn)生的能量，是另一種以動能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風力發(fā)電相似。 （4）海水溫差能。海水溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間溫差的熱能，是

5、海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在的溫差，蘊藏著豐富的熱能資源，其能量與溫差的大小和水量成正比。 （5）鹽差能。鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能，是以化學能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，主要存在于河海交接處。 4.1.2 海洋能的開發(fā) 人類開發(fā)海洋能的歷史和水能利用差不多。1930年在法國首次試驗成功海水溫差發(fā)電，現(xiàn)在，許多國家都在進行海水溫差發(fā)電的研究。利用海水的溫差來進行發(fā)電還兼有海水淡化的功能。 早在12世紀，人類就開始利用潮汐能。當時法國人利用潮汐能代替人力推磨。隨著科學技術的進步，人們開始筑壩攔水，建起潮汐電站。目前世界上最大潮汐電站是法

6、國的朗斯潮汐電站。我國浙江省的江廈潮汐電站為國內(nèi)最大。 海洋能開發(fā)作為未來的海洋產(chǎn)業(yè)，將給海洋經(jīng)濟的發(fā)展帶來新的活力。海洋資源的綜合利用，要把海洋能發(fā)電技術與各種海洋能系統(tǒng)副產(chǎn)品的開發(fā)結合起來，例如潮汐能發(fā)電可與海水養(yǎng)殖業(yè)、濱海旅游業(yè)相結合，海水溫差發(fā)電、波浪能發(fā)電可以海水淡化、漁業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)相結合。 4.1.3 中國海洋能資源及開發(fā)利用概況（1）資源分布極不均勻。全國潮汐能資源主要集中在東海沿岸，又以福建、浙江兩省最多。值得指出的是，潮汐能資源最豐富的東南沿海地區(qū)正是我國經(jīng)濟發(fā)達，能耗量大，常規(guī)能源十分缺乏的地區(qū)，如能開發(fā)滬浙閩的潮汐能資源，則可為緩解東南沿海地區(qū)的能源供求矛盾做出貢獻。（2）

7、資源開發(fā)條件浙江、福建最好。從潮差（能量密度）和海岸類型（地質(zhì)條件）看，以福建、浙江沿岸最好，其次是遼東半島南岸東側、山東半島南岸東側和廣西東部岸段。這些地區(qū)潮差較大，為基巖港灣海岸，海岸曲折多海灣，具有很好的潮汐電站建站條件。（3）能量密度較低。中國沿岸潮差較大的地區(qū)，浙江的三門灣至福建的海壇島沿岸平均潮差45m，最大潮差78.5m，僅相當于世界最大潮差的一半，在世界上處于中等水平，這是中國潮汐電站單位裝機容量造價高的原因之一。除潮汐能外，波浪能和海水溫差能也較為豐富。 中國也是世界上主要的波浪研究開發(fā)國家之一，波浪發(fā)電技術研究始于20世紀70年代，從80年代初開始主要對固定式和漂浮式振蕩水

8、柱波能裝置以及擺式波能裝置等進行研究，且獲得較快發(fā)展，微型波浪發(fā)電技術已經(jīng)成熟，小型岸式波浪發(fā)電技術已進入世界先進行列。 而海水溫差能是海面上的海水被太陽曬熱后，在真空泵中減壓，使海水變?yōu)檎羝缓笸苿诱羝啓C而發(fā)電。同時，蒸汽冷卻后回收為淡水。這項技術我國正在研究和開發(fā)中。 我國海流發(fā)電研究始于20世紀70年代末，首先在舟山海域進行了8KW海流發(fā)電機組原理性試驗。80年代一直進行立軸自調(diào)直葉水輪機海流發(fā)電裝置試驗研究，目前正在采用此原理進行70KW海流試驗電站的研究工作，在舟山海域的站址已經(jīng)選定。4.2 潮汐發(fā)電 潮汐是海洋的基本特征。和波浪在海面上不同，潮汐現(xiàn)象主要表現(xiàn)在海岸邊。到了一定的

9、時間，潮水低落了，沙灘慢慢露出了水面，人們在沙灘上捕撈貝殼，又過了一段時間，潮水又奔騰而來。這樣，海水日復一日，年復一年的上漲、下降著，人們把白天海面的漲落現(xiàn)象稱作“潮”，晚上海面的漲落稱作“汐”，合起來就為“潮汐”。圖4-1 潮汐漲落的過程曲線根據(jù)潮汐漲落周期和相鄰潮差的不同，可以把潮汐現(xiàn)象分為以下三種類型： （1）正規(guī)半日潮。一個地點在一個太陰日（24h50min）內(nèi)，發(fā)生兩次高潮和兩次低潮，兩次高潮和低潮的潮高近似相等，漲潮時和落潮時也近似相等，這種類型的潮汐稱為正規(guī)半日潮。（2）混合潮。一般可分為不正規(guī)半日潮和不正規(guī)日潮兩種情況。不正規(guī)半日潮是在一個太陰日內(nèi)有兩次高潮和兩次低潮，但兩次

10、高潮和低潮的潮高均不相等，漲潮時和落潮時也不相等；不正規(guī)日潮是在半個月內(nèi)，大多數(shù)天數(shù)為不正規(guī)半日潮，少數(shù)天數(shù)在一個太陰日內(nèi)會出現(xiàn)一次高潮和一次低潮的日潮現(xiàn)象，但日潮的天數(shù)不超過7天。（3）全日潮。在半個月內(nèi)，有連續(xù)1/2以上天數(shù)，在一個太陰日內(nèi)出現(xiàn)一次高潮和一次低潮，而少數(shù)天數(shù)為半日潮，這種類型的潮汐，稱為全日潮。 根據(jù)國際上常用的伯恩斯坦潮汐能估算公式，正規(guī)半日潮海域的潮汐能日平均理論功率P（KW）可以表示為： 因為P表示的是日平均功率，并不能直接用來確定潮汐電站的裝機容量，但是可以用于確定潮汐電站的年發(fā)電量E（KWh），即將上式乘以365d和24h可得：4.2.1 潮汐電站分類4.2.2

11、潮汐電站的水輪發(fā)電機組4.2.3 潮汐電站的站址選擇4.2.1 潮汐電站分類 潮汐電站通常由七部分組成：潮汐水庫，閘門和泄洪建筑，堤壩，輸電、交通和控制設施，發(fā)電機組和廠房，航道、魚道等。按照運行方式及設備要求的不同，潮汐電站分單庫和雙庫兩種。圖4-3 單庫單向型潮汐電站圖4-4 單庫雙向型潮汐電站圖4-5 雙庫單向型潮汐電站4.2.2 潮汐電站的水輪發(fā)電機組 要求水輪發(fā)電機組主要具有以下特點：應滿足潮汐低水頭、大流量的水力特性；機組一般在水下運行，因而對水輪發(fā)電機組的防腐、防污、密封和對發(fā)電機的防潮、絕緣、通風、冷卻、維護等要求高；水輪發(fā)電機組隨潮汐漲落發(fā)電，開、停機運行頻繁，雙向發(fā)電機組需

12、要滿足正、反向旋轉(zhuǎn)，因而要選用適應頻繁起動和停止的開關設備。1-最高水位；2-最低水位圖4-6 豎軸式機組圖4-7 臥軸式機組1-上游水位 2-閘門槽 3-水輪機 4-調(diào)速器 5-發(fā)電機 6-下游水位圖4-8 燈泡貫流式機組1-流道 2-發(fā)電機 3-水輪機 4-燈泡體圖4-9 全貫流式機組1-流道 2-發(fā)電機 3-水輪機4.2.3 潮汐電站的站址選擇潮汐電站的站址選擇應當綜合考慮以下條件：（1）潮汐條件。 潮汐條件是選擇潮汐電站站址最主要因素。潮汐電站的可利用水頭與發(fā)電水量主要取決于潮汐情況，也與庫區(qū)地形和大壩的位置有關。潮汐能的強度與潮差有關。（2）地貌條件。 總體來說，應選擇那些口門小而水

13、庫水域面積大，可以儲備大量海水和修建土建工程的地域。（3）地質(zhì)條件。基巖是電站廠房最理想的地基，因此基巖港灣海岸是最適合建設潮汐電站的海岸類型。 （4）綜合利用條件。潮汐電站工程的綜合利用，不僅會增加經(jīng)濟效益，而且還會大幅度降低工程單位投資。因此，潮汐電站應以水庫、堤壩和岸灘為依托，提高除發(fā)電以外的綜合效益，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖、圍墾海灘、改善交通及發(fā)展旅游等多方面。（5）工程、水文條件。進行站址評價時還應該考慮到潮汐擋水建筑物的總長度、廠房的位置及長度、地震情況、航道和魚道設施的要求等工程條件，以及潮汐水庫的規(guī)模、沿擋水建筑物軸線的平均水深、擋水建筑物對風和波浪的方位、潮流和截流的流速等水文條件。

14、（6）社會經(jīng)濟條件。除以上各項之外，潮汐電站站址選擇必須綜合考慮腹地社會經(jīng)濟狀況、電力供需條件以及負荷輸送距離等因素。4.3 波浪發(fā)電 海水在風等外力作用下沿水平方向的周期性運動，形成波浪，俗稱海浪。海浪經(jīng)常表現(xiàn)為滾滾的波濤，如圖4-10所示。圖4-10 海上的波浪 波浪可以用波高、波長（相鄰的兩個波峰間的距離）和波動周期（同一地出現(xiàn)相鄰的兩個波峰間的時間）等特征來描述。海浪的波高從幾毫米到幾十米，波長從幾毫米到數(shù)千千米，波動周期從零點幾秒到幾小時以上。4.3.1 波浪能資源的分布和特點4.3.2 波浪發(fā)電裝置的基本構成4.3.3 波浪能的轉(zhuǎn)換方式4.3.4 波浪能裝置的安裝模式4.3.5 典

15、型的波浪能發(fā)電裝置4.3.1 波浪能資源的分布和特點 波浪能是指海洋表面的波浪所具有的動能和勢能。波浪的前進，產(chǎn)生動能，波浪的起伏產(chǎn)生勢能。1.全球波浪能資源 圖4-11所示為波浪能年平均功率密度（單位時間單位寬度波峰的能量）的全球分布圖，圖中的數(shù)字表示離岸深水處的波浪能平均值（KW/m）。 圖4-11 波浪能年平均功率密度的全球分布圖2.我國波浪能資源 圖4-12 中國沿岸波浪能資源區(qū)劃圖3.波浪能的優(yōu)點4.3.2 波浪發(fā)電裝置的基本構成 波浪發(fā)電，一般是通過波浪能轉(zhuǎn)換裝置，先把波浪能轉(zhuǎn)換為機械能，再最終轉(zhuǎn)換為電能。波浪上下起伏或左右搖擺，能夠直接或間接到帶動水輪機或空氣渦輪機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動發(fā)電

16、機產(chǎn)生電力。 波浪能利用的關鍵是波浪能轉(zhuǎn)換裝置。通常要經(jīng)過三級轉(zhuǎn)換：第一部分為波浪能采集系統(tǒng)（也稱受波體），作用是捕獲波浪的能量；第二部分為機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（也稱中間轉(zhuǎn)換裝置），作用是把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形式的機械能（一般是將其轉(zhuǎn)換成某種工質(zhì)如空氣或水的壓力能，或者水的重力勢能）；第三部分為發(fā)電系統(tǒng)，與常規(guī)發(fā)電裝置類似，用渦輪機（也稱透平機，可以是空氣渦輪機或水輪機）等設備將機械能傳遞給旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。目前國際上應用的各種波浪能發(fā)電裝置都要經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換。4.3.3 波浪能的轉(zhuǎn)換方式1.機械傳動式 海面浮體在波浪作用下顛簸起伏，通過特殊設計的機械傳動機構，把這種上下的往復運動轉(zhuǎn)換為

17、單向旋轉(zhuǎn)運動，帶動發(fā)電機發(fā)電。基于這種原理的波浪能發(fā)電裝置，稱為機械傳動式波浪能裝置。 機械式裝置多是早期的設計，往往結構笨重，可靠性差，并沒有獲得實用。2.空氣渦輪式 空氣渦輪式波浪能發(fā)電方式，也稱壓縮空氣式，是指利用波浪起伏運動所產(chǎn)生的壓力變化，在氣室、氣袋等容氣裝置中擠壓或者抽吸氣體，利用得到的氣流驅(qū)動汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。這種裝置結構簡單，而且以空氣為工質(zhì)，沒有液壓油泄漏的問題。氣動式裝置使緩慢的波浪運動轉(zhuǎn)換為汽輪機的高速旋轉(zhuǎn)運動，機組尺寸小，且主要部件不和海水接觸，可靠性高。但由于空氣的可壓縮性，這種裝置獲得的壓力較小，因而效率較低。3.液壓式 液壓式是指通過某種泵液裝置將波浪能轉(zhuǎn)

18、換為液體（油或海水）的壓力能或位能，再通過液壓馬達或水輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的方式。 波浪運動使海面浮體升沉或水平移動，從而產(chǎn)生工作流體的動壓力和靜壓力，驅(qū)動油壓泵工作，將波浪能轉(zhuǎn)換為油的壓力能或產(chǎn)生高壓液體流，經(jīng)油壓系統(tǒng)輸送，再驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。 這類裝置結構復雜，成本也較高。但由于液體的不可壓縮性，當與波浪相互作用時，液壓機構能獲得很高的壓力（壓強），轉(zhuǎn)換效率也明顯較高。目前的液壓系統(tǒng)大都利用液壓油，因而存在泄漏問題，對密封性提出了很高的要求。利用海水做工質(zhì)顯然是最好的選擇，但由于海水黏度小，目前還較難利用。4.蓄能水庫式 蓄能水庫式，也稱收縮斜坡聚焦波道式。波浪進入寬度逐漸變窄、底部逐漸抬高的

19、收縮波道后，波高增大，海水翻過坡道狹窄的末端進入一個水庫（稱為瀉湖或集水池），波浪能轉(zhuǎn)換為水的位能，然后用傳統(tǒng)的低水頭水輪發(fā)電機組發(fā)電。其實就是借助上漲的海水制造水位差，然后實現(xiàn)水輪機發(fā)電，類似于潮汐發(fā)電。 這類裝置結構相對簡單，主要是一些水工建筑，然后是傳統(tǒng)的水輪機房。而且由于有水庫儲能，可實現(xiàn)較穩(wěn)定和便于調(diào)控的電能輸出，是迄今最成功的波浪能發(fā)電裝置之一。但一般獲得的水位不高，因此效率也不高，而且對地形條件依賴性強，應用受到局限。4.3.4 波浪能裝置的安裝模式 各種結構的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，往往都需要一個主梁或主軸，即一種居中的、穩(wěn)定的結構，系錨或固定在海床或海灘上。若干運動部件（例如擋板、浮

20、子等）系于其上，并在波浪的作用下與主梁做相對運動。有時可以利用慣性或結構很大的主體，橫跨若干個波峰，使整個裝置在大多數(shù)波浪狀態(tài)下保持相對穩(wěn)定，如圖4-16所示。 根據(jù)主梁與波浪運動方向的幾何關系，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為三種不同的模式： （1）終結型模式。波浪能轉(zhuǎn)換裝置的主梁平行于入射波的波前，可以大面積地直接攔截波浪，終結波浪的傳播，從而在理論上最大限度地吸收波浪的能量。不過，遇到大風大浪時，這種裝置會承受很大的外力，容易遭到破壞。（2）減緩型模式。波浪能轉(zhuǎn)換裝置的主梁垂直于入射波的波前，即裝置的主梁方向與波浪的傳播方向一致，只是在一定程度上減緩波浪的傳播，可以避免承受狂風巨浪的全部沖擊。這種模

21、式對波浪的攔截寬度較小，能量收集率低。（3）點吸收模式。不用漂浮于海面的主梁，而是采用垂直于海面的主軸作為居中的穩(wěn)定結構，由于只能吸收該裝置上方那一點海面波浪變化的能量，因此被稱為“點吸收”。點吸收裝置能夠吸收超過其物理尺寸的波浪的能量，而且可以同等地吸收來自各個方向的波浪能。但由于尺寸有限，不能高效地捕獲長波浪的能量。 根據(jù)系留狀態(tài)，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為兩大類：固定式和漂浮式。（1）固定式。優(yōu)點是容易建造和維護。缺點是一般在淺水水岸工作，從而獲得的波浪能較小。岸式裝置需要經(jīng)受大風浪的考驗，波浪拍岸時出現(xiàn)了高度非線性現(xiàn)象，它的作用力難以用現(xiàn)有方法正確估計。固定式裝置又有岸邊固定式和海底固定式兩

22、種。（2）漂浮式。主要優(yōu)點在于：由于海洋中的波浪能密度比岸邊大，漂浮式波浪能裝置比岸邊固定式可收集更多的能量；投放點機動，安裝限制少；對潮位變化的適應性強。由于波浪的表面性，吸收波浪能的物體越接近水面越好，而漂浮式能在任何潮位下實現(xiàn)這一要求。相比之下，固定的空氣式吸收波浪能的開口無法適應潮位的改變，意味著至少有一半時間處于不理想的工作狀態(tài)，大大影響了總體效率。然而從工程觀點出發(fā)，漂浮式波浪發(fā)電的難點在于系泊與輸電。4.3.5 典型的波浪能發(fā)電裝置1.振蕩水柱式圖4-17 岸式振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的建筑結構示意圖2.振蕩浮子式圖4-18 美國AquaEnergy公司開發(fā)的Buoy波浪能轉(zhuǎn)換裝

23、置3.點頭鴨式圖4-19 點頭鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置4.海蛇式圖4-20 英國海洋動力傳遞公司開發(fā)的Pelamis波浪能發(fā)電裝置5.擺式圖4-21 擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置示意圖圖4-22 以色列S.D.E Energy公司開發(fā)的Hydraulic Platform裝置6.收縮坡道式圖4-23 收縮坡道式（Tapchan）波浪能電站示意圖如圖4-24 挪威波能公司設計的Seawave Slot-Cone Generator7.阿基米德海浪發(fā)電裝置圖4-25 阿基米德海浪發(fā)電裝置（Archimedes Waveswing）8.CETO漂浮系統(tǒng)圖4-26 英國Trident Energy公司在澳大利亞西部布

24、設的CETO漂浮系統(tǒng)9.后彎管式波浪發(fā)電裝置圖4-27 我國“中水道1號”燈船上的后彎管式波浪發(fā)電裝置4.4 海流發(fā)電 4.4.1 海流和海流能4.4.2 海流發(fā)電的發(fā)展狀況4.4.3 海流發(fā)電的原理4.4.1 海流和海流能 海流，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動（稱為洋流），以及由潮汐導致的有規(guī)律的海水流動（稱為潮流）。圖4-28 太平洋及周邊海區(qū)的洋流分布 潮流是海流中的一種，海水在受月亮和太陽的引力產(chǎn)生潮位升降現(xiàn)象（潮汐）的同時，還產(chǎn)生周期性的水平流動，這就是人們所說的潮流。潮流比潮汐復雜，除了有流向的變化外，還有流速的變化。 海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言，海

25、流能的變化要平穩(wěn)且有規(guī)律得多。其中洋流方向基本不變，流速也比較穩(wěn)定；潮流會隨潮汐的漲落每天周期性地改變大小和方向。4.4.2 海流發(fā)電的發(fā)展狀況 在大海上航行的水手都懂得借助洋流和潮流的力量，而今人們開始考慮利用海流的能量來發(fā)電。海流發(fā)電將是海流能利用的主要方式。 加拿大在1980年就提出用類似垂直軸風力機的水輪機來獲取潮流能，還進行了5kW海流發(fā)電試驗。隨后，英國IT公司和意大利那不勒斯大學及阿基米德公司設想的潮流發(fā)電機都采用類似的垂直葉片的水輪機，適應潮流正反向流的變化。1985年美國在墨西哥灣試驗了小型的海流渦輪機，在研究船下方50m深處懸吊著2KW的發(fā)電裝置。日本1980-1982年在

26、河流中進行的抽水試驗，以及1988年安裝在海底的215KW海流機組，連續(xù)運行了近一年的時間，是比較成功的海流發(fā)電項目。 我國是世界上潮流發(fā)電研究最早的國家。 1978年，我國舟山的農(nóng)民企業(yè)家何世鈞先生用幾千元錢建造了一個試驗裝置，發(fā)電裝置采用錨系輪葉式，在潮流推動下，通過液壓傳動裝置帶動發(fā)電機發(fā)電，并得到了6.3KW的電力輸出。 20世紀80年代初，哈爾濱工程大學研究一種直葉片的新型海流渦輪機，并完成60W模型的實驗室研究，之后開發(fā)出千瓦級裝置并在河流中進行試驗。2000年建成70KW潮流實驗電站，采用直葉片擺線式雙轉(zhuǎn)子潮流水輪機，并在舟山的岱山港水道進行海上發(fā)電試驗。 20世紀90年代以來，

27、我國計劃建造海流能示范應用電站，試驗站址選定在舟山海域。意大利與我國合作在舟山地區(qū)開展了聯(lián)合海流能資源調(diào)查，計劃開發(fā)140KW的示范電站。我國已經(jīng)開始研建實體電站，在國際上居領先地位。 利用海流發(fā)電有許多優(yōu)點，它不必像潮汐發(fā)電那樣需修筑大壩，還要擔心泥沙淤積；也不像海浪發(fā)電那樣電力輸出不穩(wěn)。目前海流發(fā)電雖然還處在小型試驗階段，它的發(fā)展還不及潮汐發(fā)電和海浪發(fā)電，但人們相信，海流發(fā)電將以穩(wěn)定可靠、裝置簡單的優(yōu)點，在海洋能的開發(fā)利用中獨樹一幟。4.4.3 海流發(fā)電的原理1.輪葉式海流發(fā)電（a）轉(zhuǎn)軸平行于海流 （b）轉(zhuǎn)軸垂直于海流圖4-29 海流發(fā)電裝置的渦輪機示意圖 輪葉式海流發(fā)電的原理和風力發(fā)電類

28、似，就是利用海流推動輪葉，輪葉帶動發(fā)電機發(fā)電。區(qū)別在于動力來源于海洋里的水流而不是天空的氣流。 圖4-30 輪葉式海流發(fā)電裝置SeaGen圖4-31 佛羅里達大西洋大學研發(fā)的“海底發(fā)電機”2.其他形式的海流發(fā)電1）降落傘式海流發(fā)電 整個裝置由多個“降落傘”串聯(lián)在環(huán)形的鉸鏈繩上組成。“降落傘”應有足夠的尺寸和間隔（例如長度12m，間隔30m）。 當海流來自“降落傘”的系繩方向時，就會把“降落傘”撐開，并帶動它們向前運動；當海流來自“降落傘”頂端時，海流的力量會迫使“降落傘”收攏。2）磁流式海流發(fā)電 帶電粒子高速地垂直流過強大的磁場時，可以直接產(chǎn)生電流。 該型裝置目前主要考慮以海水做工作工質(zhì)，當存

29、在有大量離子（如氯離子、鈉離子）的海水垂直流過放置在海水中的強大磁場時，就可以獲得電能。4.5 溫差發(fā)電 4.5.1 海水的溫差和溫差能4.5.2 溫差發(fā)電的原理4.5.1 海水的溫差和溫差能 海水溫度的垂直分布，隨著深度增加而降低。海洋表面把太陽輻射能的大部分轉(zhuǎn)化成為熱能儲存在上層。從海面到幾十米或上百米深度，水溫較高，而且在強烈的風和波浪作用下水溫比較均勻，上下變化不大；往下直到1000m左右的深度，太陽已經(jīng)照射不到。 海水溫差能，是指由海洋表層海水和深層海水之間的溫差所形成的溫差熱能，是海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在較大的溫差，因而儲存著較多的溫差熱能，其能量

30、與溫差的大小和水量成正比。4.5.2 溫差發(fā)電的原理 海洋溫差能發(fā)電，就是利用海洋表層暖水與底層冷水之間的溫差來發(fā)電的技術。 通常所說的海洋溫差發(fā)電，大多是指基于海洋熱能轉(zhuǎn)換（Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC）的熱動力發(fā)電技術，其工作方式分為開式循環(huán)、閉式循環(huán)和混合循環(huán)三種。 最近，也有研究者提出根據(jù)溫差效應利用海水溫差直接發(fā)電的設想。1.開式循環(huán)系統(tǒng) 開式循環(huán)系統(tǒng)以表層的溫海水作為工作介質(zhì)。先用真空泵將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽成一定程度的真空，再用溫水泵把溫海水抽入蒸發(fā)器。由于系統(tǒng)內(nèi)已保持有一定的真空度，溫海水就在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰蒸發(fā)，變?yōu)檎羝徽羝?jīng)管道噴出推動蒸汽

31、輪機運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。蒸汽通過汽輪機后，又被冷水泵抽上來的深海冷水所冷卻，凝結成淡化水后排出。冷海水冷卻了水蒸氣后又回到海里。作為工作物質(zhì)的海水，一次使用后就不再重復使用，工作物質(zhì)與外界相通，所以稱這樣的循環(huán)為開式循環(huán)。2.閉式循環(huán)系統(tǒng)圖4-32 閉式循環(huán)海水溫差發(fā)電系統(tǒng)用氨這種低沸點物質(zhì)作為工質(zhì)，循環(huán)利用。3.混合循環(huán)系統(tǒng)圖4-33 混合循環(huán)海水溫差發(fā)電系統(tǒng)4.直接溫差發(fā)電 1821年德國化學家塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬導體接成閉合電路時，如果把它的兩個接點分別置于溫度不同的環(huán)境中，則電路中就會有電流產(chǎn)生。這一現(xiàn)象稱為塞貝克效應。 實際上，兩種不同的導體或?qū)щ婎愋筒煌陌雽w，若兩個接頭處的溫度不同，都可能產(chǎn)生一定的電壓。 溫差電動勢的大小與兩接點的溫差成正比。 總的來說，溫差能因其蘊藏量最大，能量最穩(wěn)定，在各種海洋能資源中，人們對它所寄托的期望最大，研究投資也最多。海洋溫差發(fā)電的優(yōu)點是幾乎不會排放二氧化碳，可以獲得淡水，因而有可能成為解決全球變暖和缺水這些21世紀最大環(huán)境問題的有效手段。4.6 鹽差發(fā)電 4.6.1 海洋的鹽差和鹽差能4.6.