| 词条 | 海洋能发电 |
| 释义 | § 简介 海洋能发电 海洋能是海流动能、海洋热能、潮汐能和波浪能等的总称。海洋能用于发电有海流发电、海洋温差发电、波浪发电和潮汐发电等几种方式。目前成熟的只有潮汐发电。 海洋能源从本质来说，可以分为两大类：一类是由太阳能诱发的海洋热能和动能，另一类是由天体（主要是月亮和太阳）的引力造成的海洋潮汐能。海水的容热量比空气要大得多，海水容热量为0.956卡／立方厘米，而空气只有0.00030卡／立方厘米，因此它是一个巨大的贮热库。 海洋里的热量可以改善气候，也可以引来加温土地。由于太阳辐射不均匀，海水各处温度不一样，导致海水定向流动，形成海流。利用海流可以像水力一样发电。 潮汐是巨大的海水运动，利用这股动能也可以发电。地球上潮汐的总能量有 100亿千瓦，用来发电大有可为。海水在风力作用下，还会产生波浪动能。据估计，海水在5级风吹动下的波动能，1千米海岸就可以达到24000千瓦。看来，利用波浪能也很有潜力。由此可见，利用海洋发电，从而造福人类，是完全可以期待的。 § 分类 海洋能发电 浩瀚无边的海洋，约占地球表面的71%，它汇集了97%的水量，蕴藏着丰富的能源。随着陆地资源的不断消耗而逐渐减少，人类赖以生存与发展的能源，将越来越依赖于海洋。中国大陆的海岸线长达1.8万千米，海域面积470多万平方千米，海洋能资源非常丰富。 海洋能主要包括潮汐能、波浪能、海水温差能、洋流能和盐度差能等。 据权威统计，全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。其中，海水温差能约400亿千瓦，盐度差能约300亿千瓦，潮汐能大于30亿千瓦，波浪能约30亿千瓦。目前，世界各国正竞相探索海洋能开发利用技术。 一、潮汐能 因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。 现代潮汐能的利用，主要是潮汐发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。 潮汐发电与普通水力发电原理类似，差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。 目前世界上最大的潮汐发电站，是法国朗斯的24万千瓦潮汐电站。中国的江厦潮汐试验电站，建于浙江省乐清湾北侧的江厦港，装机容量3200千瓦，于1985年正式投入运行。 潮汐发电大体有3种形式: (1)单库单向发电。在海湾或河口)建造堤坝、厂房和水闸将海湾或河口与外海分隔涨潮时开启水闸将水库充满，落潮时其水位与外海潮位保持一定的潮差，带动水轮发电机组发电。这种形式只建造一个水库，只能在落潮时发电。也有的采用反向形式，即利用涨潮时水流由外海流向水库时发电，落潮时开闸把库水放低。 (2)单库双向发电。同样是建造一个水库只是采用一定的水工布置形式或采用双向水轮发电机组保证电站在涨落潮时都能发电。 (3)双库双向发电。是在有条件的海湾建造两个水库在涨、落潮过程中，两水库的水位始终保持一定的落差，水轮发电机组在两水库之间，使其连续不断地发电。 二、波浪能 波浪是由于风和水的重力作用形成的起伏运动，它具有一定的动能和势能。 波浪能利用的关键是波浪能转换装置。通常波浪能要经过三级转换：第一级为受波体，它将大海的波浪能吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量；第三级为发电装置，与其他发电装置类似。 1985年，英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75千瓦的振荡水柱波力电站，1991年建成且并入当地电网。1995年8月，英国建造了第一座商业性波浪能发电站，输出功率为2兆瓦，可满足2000户家庭的用电要求。日本已有数座波浪能发电站投入运行，其中兆瓦级的“海明号” 波浪能发电船，是世界上最著名的波浪能发电装置。 值得一提的是，若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置，不仅可利用波浪发电，而且还可将它们当作防波堤，起消波作用。 三、海水温差能 海水温差能是因深部海水与表面海水的温度差而产生能量。 首次提出利用海水温差发电设想的，是法国物理学家阿松瓦尔。1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了10千瓦的功率。1979年，美国在夏威夷的一艘海军驳船上安装了一座海水温差发电试验台，发电功率53.6千瓦。1981年，日本在南太平洋的瑙鲁岛建成了一座100千瓦的海水温差发电装置，1990年又在鹿儿岛建起了一座兆瓦级的同类电站。 海水温差发电涉及耐压、绝热、防腐材料、热能利用效率等诸多问题，目前各国仍在积极探索中。 海洋温差发电主要是利用海水表层与深层温度的差异，转换热量成为电力，属于再生能源的一种，然而在地理因素影响与经济效益的考虑下，世界各国对于温差发电的推动尚无出色的成绩。我国地理环境适合，在广倡再生能源利用的今日，对于温差发电的相关研究工作，应该给予更多的支持。 台湾东部面临太平洋，沿岸陡降，离岸不远处水深即可达1,000公尺，海水温差经年维持在20℃以上，且有黑潮暖流通过，有利于温差的提高，因此国际公认我国为最有开发海洋温差发电潜力的地区之一。 中国需要利用海洋温差发电基于两个诉求：一是缺乏自产能源，每年自国外进口约98％的能源，但东部海域却蕴藏着3,000MW的海洋温差能源尚待开发；二是现有发电厂产生的污染问题屡受民众抗议，电源开发不易，然海洋温差发电却不会导致严重污染。 在推行海洋温差发电之前，先就海洋温差发电的优点与限制做简单的介绍： 一、为天然能源，海洋本身蕴藏庞大的热能，取之不尽用之不竭，可源源不断的随时供应。 二、不需燃料，为一种干净的能源，无污染物。 三、发电厂可座落于海洋上，无购地觅地之苦。 四、可分馏出淡水，解决海岛的工业及饮水及工业用水。 五、可产生许多有价值的副产品，如氢气、冷冻、空调、冷藏、药品等，其中氢气更是燃料电池的动力来源，有利于再生能源的共生。 六、深海中的矿物质、营养盐、微生物贝藻类渔业资源丰富，可发展渔业、海洋牧场及海上观光事业。 七、可与教育、观光结合，以展览馆方式对其海洋温差发电的原理及价值做介绍。 八、可带动产业科技的发展，如海洋科技、海洋工程、海洋生物科技。 虽然海洋温差发电有许多优点，但仍有其缺点与发展的限制： 一、以经济层面观之，其成本较同样发电量的燃煤发电厂或其它发电方式来得高。 二、以技术层面观之，海洋工程困难，如大尺寸冷水管的装设、巨大零组件的制造、搬运与安装、风浪流的挑战，以及材料易腐蚀。 三、以能源转换效率观之，与一般火力发电厂相比，其能源转换效率相对偏低。 四、以环境影响层面观之，由于海洋温差发电的发展，因此引起许多科学家对海洋环境的评估与研究，虽然与传统电厂相比，显然是个较无害的技术，但其产物仍会引起海洋污染及环境调整的问题。 四、洋流能 海水不是固定的，它受天体运动和潮水涨落，以及海水温度变化等多种因素的影响，总是在流动着。川流不息的洋流，就像江河的水流一样，携带着巨大的能量。 洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流所具有的动能，约为全球所有河流具有的总能量的50倍。目前洋流发电技术仍处于研究试验阶段，欧、美、日等发达国家和地区居领先水平。 五、盐度差能 海水中含有大量的矿物盐，海水含盐浓度大于江河水，形成了盐度差。当两种不同浓度的溶液混合在一起时，淡的溶液就会向浓的方向渗透，直至浓度平衡为止，这种渗透就带有压差。 研究人员提出了用化学渗透膜隔开浓、淡水，构成盐度差能电站的设想，预计21世纪将取得实质性的突破。 § 发展现状 海洋能发电机站 一、世界海洋能发展现状 在陆地矿物燃料日趋枯竭和污染已趋严重，世界上一些主要的海洋国家纷纷把目光转向海洋，加大投入，促进和加快了人类开发利用海洋的步伐，摸清资源状况，制定发展计划，组织科技项目到实用技术的试验，均投入了大量的人力物力。 如英国从70年代以来，制定了强调能源多元化的能源政策，鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源。1992年联合国环发大会后，为实现对资源和环境的保护，又进一步加强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位，曾因投资多，技术领先而著称。决定在苏格兰西海岸兴建一座装机容量2万kW的固定式波力电站。在潮汐能开发利用方面也进行了大规模的可行性研究和前期开发研究，并计划在1997年在塞汶河口建造一座装机容量为8.640MW，年发电量约为170亿kWh的潮汐电站，英国已具有建造各种规模的潮汐电站的技术力量，并认为是极有潜力的世界市场。 日本在海洋能开发利用方面十分活跃，成立了海洋能转移委员会，仅从事波浪能技术研究的科技单位就有日本海洋科学技术中心等10多个，还成立了海洋温差发电研究所，并在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国，取得了举世瞩目的成就。 美国把促进可再生能源的发展作为国家能源政策的基石，由政府加大投入，制定各种优惠政策，经长期发展，成为世界上开发利用可再生能源最多的国家，其中尤为重视海洋发电技术的研究，1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成一座称为MINI─OTCE温差发电装置，其额定功率50kW，净出力18.5kW，这是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。 法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量24万kW，年发电量5亿kWH的朗斯潮汐电站。 印度面对能源供应不足，电力短缺的困境，在海洋能等可再生能源开发利用上加大投入，从减免所得税和关税，建立专门贷款机构，吸引外资以及加快折旧等多方面实施优惠政策，使它在短短的二三年内一跃跨入世界可再生能源开发利用的先进行列，1994年还计划用5亿美元在泰米尔纳德邦近海引入美国技术，建立一座10万kW的海洋温差发电装置。 印尼在挪威的帮助下，从1988年开始在巴厘岛建造一座1500kW的波力电站，并制定建造数百座波力电站，实现联站并网的发电计划。海洋能发电 二、中国海洋能发展现状 1．潮汐能发电技术进展及项目 潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。全世界潮汐电站的总装机容量为265MW，中国为5.64MW，如下表所列。 表5-1 中国主要潮汐电站 站 名 潮差（米） 容量（MW） 投运时间 江 厦 5．1 3.21980 白沙口 2.40.641978 幸福洋 4.51.281989 岳 浦 3.60.151971 海 山 4.90.151975 沙 山 5.10.041961 浏 河 2.10.151976 果子山 2.50.041977中国是世界上建造潮汐电站最多的国家，在50年代至70年代先后建造了近50座潮汐电站，但据80年代初的统计，只有8个电站仍正常运行发电。江厦电站是中国最大的潮汐电站，目前已正常运行近20年。 “八五”期间，在原国家科委重点攻关项目的支持下，还开展了相关技术设备的研究开发，如全贯流机组的开发和灯泡贯流机组的改进。总的说来潮汐发电机组的技术已基本成熟。 2．波浪能利用的研究进展与主要项目中国是世界上主要的波能研究开发国家之一。从80年代初开始主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究。1985年中科院广州能源研究所开发成功利用对称翼透平的航标灯用波浪发电装置。经过十多年的发展，已有60W至450W的多种型号产品并多次改进，目前已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。“七五”期间，由该所牵头，在珠海市大万山岛研建了一座波浪电站并于1990年试发电成功。电站装机容量3kW，对称翼透平直径0.8m。“八五”期间，在原国家科委的支持下，由中科院广州能源研究所和国家海洋局天津海洋技术所分别研建了20kW岸式电站、5kW后弯管漂浮式波力发电装置和8kW摆式波浪电站，均试发电成功。 “九五”期间，在科技部科技攻关计划支持下，广州能源研究所正在广东汕尾市遮浪研建100kW岸式振荡水柱电站，计划2000年建成发电。同时，由天津国家海洋局海洋技术所研建的100kW摆式波力电站，已在今年9月在青岛即墨大官岛试运行成功。 3．海洋温差能利用技术的进展与主要项目1980年台湾电力公司曾计划将第3和第4号核电厂余热和海洋温差发电并用。经过3年的调查研究，认为台湾东岸及南部沿海有开发海洋热能的自然条件，并初步选择在花莲县的和平溪口、石梯坪及台东县的樟原等三地做厂址，并与美国进行联合研究。 1985年中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环”方法进行研究。这种方法的原理是利用表层和深层海水之间的温差所产生的焓降来提高海水的位能。据计算，温度从20℃降到7℃时，海水所释放的热能可将海水提升到125m的高度，然后再利用水轮机发电。该方法可以大大减小系统的尺寸，并提高温差能量密度。1989年，该所在实验室实现了将雾滴提升到21m的高度记录。同时，该所还对开式循环过程进行了实验室研究，建造了两座容量分别为10W和60W的试验台。 4．海流能的研究进展世界上从事海流能开发的主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等。70年代末，中国舟山的何世钧先生曾进行过海流能开发研究，建造了一个试验装置并得到了6.3kW的电力输出。80年代初，哈尔滨工程大学开始研究一种直叶片的新型海流透平，获得较高的效率并于1984年完成60W模型的实验室研究，之后开发出千瓦级装置在河流中进行试验。90年代以来，中国开始计划建造海流能示范应用电站，在“八五”、“九五”科技攻关中均对海流能进行连续支持。目前，哈尔滨工程大学正在研建75kW的潮流电站。意大利与中国合作在舟山地区开展了联合海流能资源调查，计划开发140kW的示范电站。 5．盐差能的研究进展中国西安冶金建筑学院于1985年对水压塔系统进行了试验研究。上水箱高出渗透器约10m，用30公斤干盐可以工作8—14小时，发电功率为0.9—1.2W。盐差能开发的技术关键是膜技术。除非半透膜的渗透流量能在目前水平的基础再提高一个数量级，并且海水可以不经预处理。否则，盐差能利用难以实现商业化。 § 参考资料 [1] 中国电力信息网 http://www.sp.com.cn/kpzl/xnyfd/200504/t20050411_12080.htm [2] 工学网 http://gongxue.cn/xiaoyuanwenhua/ShowArticle.asp?ArticleID=55221&Page=2 |
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