關(guān)于海洋能的利用

【專家解說】：海洋能利用-正文 利用一定的方式方法、設(shè)備裝置把各種海洋能轉(zhuǎn)換成為電能或其他可利用形式的能。它是人類利用自然能源的重要方面。 海洋能的種類 海洋能是海水運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的可再生能，主要包括溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、鹽差能等。潮汐能和潮流能源自月球、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水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是機(jī)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平方和波動(dòng)水域面積成正比。在河口水域還存在海水鹽差能（又稱海水化學(xué)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(cè)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。 海洋能的特點(diǎn) ①蘊(yùn)藏量大，并且可以再生不絕。估計(jì)地球上海水溫差能可用功率達(dá)1010千瓦數(shù)量級(jí)；潮汐能、波浪能、海流能、海水鹽差能等可再生功率都達(dá)109 千瓦數(shù)量級(jí)。②能流的分布不均、密度低。大洋表面層與500～1000米深層之間的較大溫差僅20°C左右,沿岸較大潮差約 7～10米，而近海較大潮流、海流的流速也只有4～7節(jié)。③能量多變、不穩(wěn)定。其中海水溫差能、海流能和鹽差能的變化較為緩慢，潮汐和潮流能則呈短時(shí)周期規(guī)律變化，波浪能有顯著的隨機(jī)性。 海洋能利用的技術(shù)和設(shè)施 海洋能利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是能量轉(zhuǎn)換，不同形式的海洋能，其轉(zhuǎn)換技術(shù)原理和裝置也不同。 海水溫差能的利用是將熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械能后，再轉(zhuǎn)換為電能。熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能采取熱力循環(huán)法，通常的流程有兩種（圖1）:①閉路循環(huán)（又稱中間介質(zhì)法），采用由蒸發(fā)器、汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和工質(zhì)泵組成的系統(tǒng)，蒸發(fā)器里通過海洋表層熱水，冷凝器里通過海洋深層冷水，工質(zhì)泵把液態(tài)氨或其他工質(zhì)作為中間介質(zhì)從冷凝器泵入蒸發(fā)器，液態(tài)氨因熱水作用變?yōu)楦邏喊睔?，?qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；而從汽輪機(jī)出來的低壓氣態(tài)氨回到冷凝器又重新冷卻成液態(tài)氧，如此形成閉路循環(huán)。②開路循環(huán)（又稱閃蒸法或擴(kuò)容法），把熱海水在部分真空的蒸發(fā)器（閃蒸器）內(nèi)蒸發(fā)成蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；使用過的低壓蒸汽再進(jìn)入冷凝器中冷卻，冷凝的脫鹽水或回收，或排入海洋。早期的實(shí)驗(yàn)裝置多采取開路循環(huán)流程，由于設(shè)備易受腐蝕，60年代后改用閉路循環(huán)流程。海水溫差發(fā)電實(shí)際利用的熱效率很低，往往只有2％左右,所處理的冷、熱水量較多，故相應(yīng)的各種部件尺寸都很龐大，伸向海底深水層的長冷水管技術(shù)難度較大。 潮汐、波浪、潮流和海流能的利用僅需將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，一般分為三步：第一步是接受能量，如建造潮汐水庫，用以接受、蓄貯潮汐能；采用轉(zhuǎn)輪(水車)以吸收海流、潮流動(dòng)能;用水柱-氣室、隨波浪升降或搖擺的浮子、可壓縮氣袋等接受波浪能。第二步是傳輸，通常用機(jī)械、液力、氣動(dòng)等方法，傳輸終端一般設(shè)置水輪機(jī)或氣輪機(jī)。潮汐電站采用適應(yīng)低水位差的燈泡貫流式水輪機(jī)組或全貫流式水輪機(jī)組(圖2)；而波能的傳輸近年來采用對(duì)稱翼型空氣渦輪機(jī)，在波浪作用下能做單方向旋轉(zhuǎn)。第三步是轉(zhuǎn)換成電力或其他動(dòng)力。通常通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電力。由于海洋能不穩(wěn)定，所以在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中一般還需備有貯能設(shè)施，如水庫、氣罐、蓄電池和飛輪等。 海水鹽差能利用的轉(zhuǎn)換方法近年來才開始研究。如有一種設(shè)想是在河口入海處建造兩座堤壩，中間為緩沖水庫，在緩沖水庫與外海的通道內(nèi)設(shè)置半透膜。緩沖水庫內(nèi)的淡水通過半透膜滲出，其滲透壓力導(dǎo)致緩沖庫的水位降低，利用緩沖庫與河流的水位差可以發(fā)電。這種方法由于進(jìn)出水量相當(dāng)大，故所需的工程規(guī)模也很大。 利用海洋能的工程設(shè)施，按其設(shè)置位置一般分為海濱式和海上式兩類。前者是以濱海陸地或淺海水域?yàn)榛兀笳呤窃谏钏Ｓ蛟O(shè)置浮式結(jié)構(gòu)。海濱式和離岸近的海上式設(shè)施，可用海底電纜或壓力管道將動(dòng)力傳輸上岸；離岸遠(yuǎn)的海上設(shè)施，只能就地利用動(dòng)力，如制氨或生產(chǎn)海水化工產(chǎn)品。 海洋能利用的經(jīng)濟(jì)效益 海洋能的利用目前還很昂貴，以法國的朗斯潮汐電站為例，其單位千瓦裝機(jī)投資合1500美元（1980年價(jià)格），高出常規(guī)火電站。但在海洋能利用的過程中，還能獲得其他綜合效益。如潮汐電站的水庫能兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖、交通運(yùn)輸；海洋熱能轉(zhuǎn)換裝置獲得的富含營養(yǎng)鹽深層海水，可用于發(fā)展?jié)O業(yè)；開路循環(huán)系統(tǒng)能淡化海水和提取含有用元素的鹵水；大型波力發(fā)電裝置可同時(shí)起到消波防浪，保護(hù)海港、海岸、海上建筑物和水產(chǎn)養(yǎng)殖場等的效果。目前在嚴(yán)重缺乏能源的沿海地區(qū)（包括島嶼），把海洋能作為一種補(bǔ)充能源加以利用還是可取的。 發(fā)展概況 海洋能利用最早是從利用潮汐能開始的。11世紀(jì)就出現(xiàn)了潮汐磨坊。1966年法國建成朗斯潮汐電站，裝機(jī)容量24萬千瓦，是目前世界上規(guī)模最大的潮汐能發(fā)電站（見彩圖）。1981年中國江廈潮汐試驗(yàn)電站（見彩圖）第一臺(tái) 500千瓦機(jī)組正式投產(chǎn)。世界第一個(gè)波能轉(zhuǎn)換裝置的專利是法國于1779年取得的。1965年，日本研制用于航標(biāo)燈的波力發(fā)電裝置獲得成功。現(xiàn)在日本、英國、挪威和中國等國家正在進(jìn)行多種波力發(fā)電試驗(yàn)研究，其中較大型的是日本等 5國在日本海試驗(yàn)的“海明號(hào)”波力發(fā)電船,第一期試驗(yàn)?zāi)臧l(fā)電量19萬度,并初步成功地把電力輸送到了岸上。日本還建立了岸式波力發(fā)電試驗(yàn)站。中國研制出采用對(duì)稱翼型空氣渦輪機(jī)的新型波力發(fā)電裝置，裝在南海海域航標(biāo)燈浮上試用（圖3）。1881年法國人首先提出海水溫差能利用的原理。20世紀(jì)70年代以來，美國用在研究海洋熱能轉(zhuǎn)換的經(jīng)費(fèi)在世界上占居首位。1979年，美國在夏威夷島海域駁船上進(jìn)行了50千瓦裝機(jī)容量海水溫差發(fā)電試驗(yàn)。其后，日本在瑙魯島建立岸式試驗(yàn)性海水溫差電站，裝機(jī)容量100千瓦。 隨著世界能源需求的日益增長和海洋能利用技術(shù)的提高，預(yù)期20世紀(jì)內(nèi)，有可能在潮差較大的河口海岸處興建10萬至 100萬千瓦級(jí)的潮汐電站；并會(huì)出現(xiàn)中、小型實(shí)用的波力發(fā)電裝置和試驗(yàn)的海水溫差發(fā)電裝置。從長遠(yuǎn)看，海洋能的利用將成為世界新能源的重要方面。