海洋能利用

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[拼音]:haiyangneng liyong

[英文]:ocean energy exploitation

利用一定的方式方法、装置装置把各种海洋能转换成为电能或其他可利用形式的能。它是人类利用自然能源的重要方面。

海洋能的种类

海洋能是海水运动过程中产生的可再生能,主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力,其他海洋能均源自太阳辐射。

海水温差能是一种热能。低纬度的海面水温较高,与深层水形成温度差,可产生热交换。其能量与温差的大小和热交换水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。在河口水域还存在海水盐差能(又称海水化学能),入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透,可产生渗透压力,其能量与压力差和渗透能量成正比。

海洋能的特点

(1)蕴藏量大,并且可以再生不绝。估计地球上海水温差能可用功率达1010千瓦数量级;潮汐能、波浪能、海流能、海水盐差能等可再生功率都达109 千瓦数量级。

(2)能流的分布不均、密度低。大洋表面层与500~1000米深层之间的较大温差仅20°C左右,沿岸较大潮差约 7~10米,而近海较大潮流、海流的流速也只有4~7节。

(3)能量多变、不稳定。其中海水温差能、海流能和盐差能的变化较为缓慢,潮汐和潮流能则呈短时周期规律变化,波浪能有显著的随机性。

海洋能利用的技术和设施

海洋能利用的关键环节是能量转换,不同形式的海洋能,其转换技术原理和装置也不同。

海水温差能的利用是将热能转为机械能后,再转换为电能。热能转换为机械能采取热力回圈法,通常的流程有两种(图1):

(1)闭路回圈(又称中间介质法),采用由蒸发器、汽轮发电机、冷凝器和工质泵组成的系统,蒸发器里通过海洋表层热水,冷凝器里通过海洋深层冷水,工质泵把液态氨或其他工质作为中间介质从冷凝器泵入蒸发器,液态氨因热水作用变为高压氨气,驱动汽轮机发电;而从汽轮机出来的低压气态氨回到冷凝器又重新冷却成液态氧,如此形成闭路回圈。

(2)开路回圈(又称闪蒸法或扩容法),把热海水在部分真空的蒸发器(闪蒸器)内蒸发成蒸汽,驱动汽轮机发电;使用过的低压蒸汽再进入冷凝器中冷却,冷凝的脱盐水或回收,或排入海洋。早期的实验装置多采取开路回圈流程,由于装置易受腐蚀,60年代后改用闭路回圈流程。海水温差发电实际利用的热效率很低,往往只有2%左右,所处理的冷、热水量较多,故相应的各种部件尺寸都很庞大,伸向海底深水层的长冷水管技术难度较大。

潮汐、波浪、潮流和海流能的利用仅需将机械能转换为电能,一般分为三步:第一步是接受能量,如建造潮汐水库,用以接受、蓄贮潮汐能;采用转轮(水车)以吸收海流、潮流动能;用水柱-气室、随波浪升降或摇摆的浮子、可压缩气袋等接受波浪能。第二步是传输,通常用机械、液力、气动等方法,传输终端一般设定水轮机或气轮机。潮汐电站采用适应低水位差的灯泡贯流式水轮机组或全贯流式水轮机组(图2);而波能的传输近年来采用对称翼型空气涡轮机,在波浪作用下能做单方向旋转。第三步是转换成电力或其他动力。通常通过发电机转换成电力。由于海洋能不稳定,所以在整个转换过程中一般还需备有贮能设施,如水库、气罐、蓄电池和飞轮等。

海水盐差能利用的转换方法近年来才开始研究。如有一种设想是在河口入海处建造两座堤坝,中间为缓冲水库,在缓冲水库与外海的通道内设定半透膜。缓冲水库内的淡水通过半透膜渗出,其渗透压力导致缓冲库的水位降低,利用缓冲库与河流的水位差可以发电。这种方法由于进出水量相当大,故所需的工程规模也很大。

利用海洋能的工程设施,按其设定位置一般分为海滨式和海上式两类。前者是以滨海陆地或浅海水域为基地,后者是在深水海域设定浮式结构。海滨式和离岸近的海上式设施,可用海底电缆或压力管道将动力传输上岸;离岸远的海上设施,只能就地利用动力,如制氨或生产海水化工产品。

海洋能利用的经济效益

发展概况

海洋能利用最早是从利用潮汐能开始的。11世纪就出现了潮汐磨坊。1966年法国建成朗斯潮汐电站,装机容量24万千瓦,是目前世界上规模最大的潮汐能发电站(见彩图)。1981年中国江厦潮汐试验电站(见彩图)第一台 500千瓦机组正式投产。世界第一个波能转换装置的专利是法国于1779年取得的。1965年,日本研制用于航标灯的波力发电装置获得成功。现在日本、英国、挪威和中国等国家正在进行多种波力发电试验研究,其中较大型的是日本等 5国在日本海试验的“海明号”波力发电船,第一期试验年发电量19万度,并初步成功地把电力输送到了岸上。日本还建立了岸式波力发电试验站。中国研制出采用对称翼型空气涡轮机的新型波力发电装置,装在南海海域航标灯浮上试用(图3)。1881年法国人首先提出海水温差能利用的原理。20世纪70年代以来,美国用在研究海洋热能转换的经费在世界上佔居首位。1979年,美国在夏威夷岛海域驳船上进行了50千瓦装机容量海水温差发电试验。其后,日本在诺鲁岛建立岸式试验性海水温差电站,装机容量100千瓦。

随著世界能源需求的日益增长和海洋能利用技术的提高,预期20世纪内,有可能在潮差较大的河口海岸处兴建10万至 100万千瓦级的潮汐电站;并会出现中、小型实用的波力发电装置和试验的海水温差发电装置。从长远看,海洋能的利用将成为世界新能源的重要方面。〖HT〗

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