新能源技术-海洋能报告

海洋能可再生的海洋能源海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。可再生的海洋能源海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。可再生的海洋能源海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流和波浪为机械能，海水温差为热能，海水盐差为化学能。各种海洋能的蕴藏量是巨大的，据估计有750多亿千瓦，其中波浪能700亿千瓦，温度差能20亿千瓦，海流能10亿千瓦，盐度差能10亿千瓦。海洋能的特点它在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。海洋能的特点海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的是波浪能。海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。潮汐能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。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。潮汐能海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋转，这种水位的上升以周期为12h25min和振幅小于1m的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用力小些，其周期为12h。潮汐能每年农历八月十八日，我国浙江省钱塘江都会出现一种奇特的潮涌现象。放眼望去，碧海茫茫，天水相连，瞬间汹涌的潮水前呼后拥，推波助澜，由远到近似从天边滚滚而来。潮声似万马奔腾，震天动地。平静的江面上，立即形成几十米高的潮浪和水花，一派滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧的壮丽景色。钱塘江潮涌每年只作为旅游景色吸引无数游客，对汹涌的江水，人们还没有开发和利用。潮汐中的巨大能量海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。潮汐中的巨大能量在我国浙江省萧山县新湾海塘上，有两块钢筋混凝土块，每块的重量有12吨左右，在1968年的一次潮头过后发现，这两个庞然大物居然被海潮推移了30多米。可见海潮的力量是何等的巨大!潮差潮汐潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一般只有几十厘米至1米左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，其潮差就比较大。潮差例如，加拿大的芬迪湾、法国的塞纳河口、我国的钱塘江口、英国的泰晤士河口、巴西的亚马逊河口、印度和孟加拉国的恒河口等，都是世界上潮差较大的地区。其中芬迪湾的最高潮差记录达到了18米，是世界上潮差最大的地区。我国主要港口潮差概况（单位：m）大潮差小潮差湛江4.872.18（平均）黄浦2.500.30高雄0.400.20基隆1.200.30厦门4.602.90福州5.703.60上海3.002.00青岛3.481.91天津2.48秦皇岛1.00大连2.561.39潮差海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大则潮汐能也越大。比如说在1平方千米的海面上，当潮差为5米时，其潮汐能的最大发电能力约为5500千瓦；而当潮差为10米时，其潮汐能的最大发电能力则可达22000千瓦。蓝色的煤海据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿千瓦，若能把它充分利用起来，其每年的发电量可达33480万亿度。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为“蓝色的煤海”!潮汐发电潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力发电的原理相似。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐能利用可分为两种形式：一是利用潮汐的动能，直接利用潮流前进的力量来推动水车、水泵或水轮机发电。二是利用潮汐的位能，在电站上下游有落差时引水发电。由于利用潮汐的动能比较困难，效率又低，所以潮汐发电多采用后一种形式，即利用潮汐的位能。潮汐电站的几种类型潮汐发电具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种。单库单向型单库单向型是在涨潮时将贮水库闸门打开，向水库充水，平潮时关闸；落潮后，待贮水库与外海有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。单库单向发电方式的优点是设备结构简单，投资少；缺点是发电断续，1天中约有65％以上的时间处于贮水和停机状态。单库单向电站每昼夜发电两次，停电两次，平均每日发电约9~11小时。由于采用单向机组，机组结构简单，发电水头较大，机组效率较高。也可采用涨潮时发电充水，落潮时泄水的形式。多用于小型潮汐电站。电站评述单库双向型单库双向型有两种设计方案。第一种方案利用两套单向阀门控制两条向水轮机引水的管道。在涨潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进入水轮机，使水轮机单向旋转带动发电机。第二种方案是采用双向水轮机组。单库双向电站每昼夜发电4次，停电4次，平均每日发电约14~16小时。发电小时数约增长1/3，发电量约增加1/5。由于兼顾正反两向发电，所以发电平均水头较单向发电小，相应机组单位千瓦造价比单向发电为高。设备制造和操作运行技术要求高，宜在大中型电站中采用。电站评述双库单向型这个方案采用两个水力相联的水库，可实现潮汐能连续发电。涨潮时，向高贮水库充水；落潮时，由低贮水库排水，利用两水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向旋转发电；其缺点是要建两个水库，投资大且工作水头降低。电站评述双库连续发电电站的优点十分明显，但缺点时工程建筑物多、分散，工程投资高。由于把海湾或河口分隔成两个水库，使原来一个大水库与外海交换的水量变成两个水库之间的水量交换，因此发电利用的水量约减少了一半，发电量也相应减少较多。双库连续发电宜建设在地形条件十分优越的地方，如何利用天然地形不增建中间堤坝，布置厂房、水闸较方便。一般情况下这种电站单位造价比较昂贵。潮汐发电的主要优点潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站；潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资也相对较少。世界主要潮汐電站国家站名潮差（m）容量（Mw）投运时间法国朗斯8.52401966加拿大安纳波利斯7.119.11984前苏联基斯拉雅3.90.41968中国江厦5.13.21980中国白沙口2.40.641978中国幸福洋4.51.281989中国岳浦3.60.151971中国海山4.90.151975中国沙山5.10.041961中国例河2.10.151976中国果子山2.50.041977法国朗斯电站LaRanceTidalPowerStationThe240MWtidalbarrageinstalledattheRance江厦潮汐发电站波浪能波浪能波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。台风导致的巨浪，其功率密度可达每米迎波面数千kW，而波浪能丰富的欧洲北海地区，其年平均波浪功率也仅为20-40kW／m；中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2-7kW／m。波浪能全世界波浪能的理论估算值约为109kW量级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3×107kW。但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波能丰富的地区。海浪的破坏力海浪的破坏力大得惊人。扑岸巨浪曾将几十吨的巨石抛到20米高处，也曾把万吨轮船举上海岸。海浪曾把护岸的两、三千吨重的钢筋混凝土构件翻转。许多海港工程，如防浪堤、码头、港池，都是按防浪标准设计的。海浪的破坏力在海洋上，波浪中的巨轮就像一个小木片上下漂荡。大浪可以倾覆巨轮，也可以把巨轮折断或扭曲。20世纪50年代就发生过一艘美国巨轮在意大利海域被大浪折为两半的海难。波浪能利用波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。波浪能利用最早的波浪能利用机械发明专利是1799年法国人吉拉德父子获得的。1854－1973年的119年间，英国登记了波浪能发明专利340项，美国为61项。在法国，则可查到有关波浪能利用技述的600种说明书。波浪能利用的几种基本原理利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。波浪冲击压缩空气带动汽轮机旋转波浪动能转化贮水的位能带动汽轮机旋转波浪发电1910年，法国人布索．白拉塞克在其海滨住宅附近建了一座气动式波浪发电站，供应其住宅l000瓦的电力。这个电站装置的原理是：与海水相通的密闭竖瓶中的空气因波浪起伏而被压缩或抽空稀薄，驱动活塞做往复运动，再转换成发电机的旋转运动而发出电力。波浪发电20世纪60年代，日本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置。此种装置已经投入批量生产，产品额定功率从60瓦到500瓦不等。产品除日本自用外，还出口，成为仅有的少数商品化波能装备之一。波浪发电站示意图波浪能供电的灯光浮标The500kWwaveenergyplantinstalledin2001FloatingDevices(SalterDuck,Clam,Archimedes)SalterDuck-Electricityisgeneratedthroughthemovementofthedeviceonthewave(bobbingupanddown)2014年投入实际试验的英国“金属海蛇”，发电功率为750千瓦，它与一个风力发电机相当。如果在面积为1平方公里的海面上放置40个类似的“金属海蛇”，其总发电功率可达30兆瓦，足以保障两万个英国家庭的用电。专家认为，英国所消耗的电力的1／4可以由海浪发电来供应。甚至，未来世界上15％的电力供应都可以来自海浪发电。温差能温差能温差能是以热能形态出现的海洋能，是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能，又称海洋热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收，使海洋表层水温升高。海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。温差能赤道附近太阳直射多，其海域的表层温度可达25~28℃，波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水温可达35℃。而在海洋深处500~1000m处海水温度却只有3~6℃。这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成20℃以上的垂直海水温差。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。据估计，如果利用这一温差发电，其功率可达2×109