海洋能發(fā)電綜述

馬冬娜

摘 要：該文介紹了不同形式海洋能發(fā)電，其中包括波浪能、溫差能、海流能、鹽差能和潮汐能等海洋能發(fā)電的應(yīng)用方式、工作原理、發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等。通過(guò)對(duì)上述各種海洋能發(fā)電的國(guó)內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)可行性問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)海洋能發(fā)電進(jìn)行了展望，認(rèn)為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上存在的問(wèn)題，近期大規(guī)模開(kāi)展潮汐發(fā)電等海洋能開(kāi)發(fā)建設(shè)的可能性不大。

關(guān)鍵詞： 海洋能 潮汐能 波浪能 發(fā)電

中圖分類號(hào)：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0246-02

隨著化石能源的逐漸枯竭，可再生能源逐步引起了人們的重視。潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等是蘊(yùn)藏于海水中的主要的可再生能源。全球有相當(dāng)巨大的海洋能儲(chǔ)量，據(jù)估算，約有27億 kw潮汐能、25億 kw波浪能、20億 kw溫差能、50億 kw海流能、26億 kw鹽差能。我國(guó)海洋能源十分豐富，據(jù)估算，潮汐能資源約為1.9億 kw；波浪能的開(kāi)發(fā)潛力約1.3億 kw，沿岸波浪能0.7億 kw； 海流能0.5億 kw；海洋溫差能和鹽差能分別有1.5億 kw和1.1億 kw。

海洋能發(fā)電是將海洋能轉(zhuǎn)化成電能，主要有潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電、溫差能發(fā)電、海流能發(fā)電、鹽差能發(fā)電等這幾種。巨大的海洋能資源，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，具有很好的開(kāi)發(fā)前景。

1 海洋能發(fā)電種類

1.1 潮汐發(fā)電

利用潮汐能可以進(jìn)行潮汐發(fā)電，即通過(guò)河口、海灣等特殊地形，建立水壩，圍成水庫(kù)，同時(shí)在壩旁或壩中建水力發(fā)電廠房，利用潮汐漲落時(shí)海水流過(guò)水輪機(jī)時(shí)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

按運(yùn)行方式將潮汐電站分為三種，即單庫(kù)單向型、單庫(kù)雙向型和雙庫(kù)單向型。單庫(kù)單向型只用一個(gè)水庫(kù)，僅在漲潮（或落潮）時(shí)發(fā)電。單庫(kù)雙向型只用一個(gè)水庫(kù)，但漲潮與落潮時(shí)均可發(fā)電，平潮時(shí)不發(fā)電。雙庫(kù)單向型用二個(gè)相鄰的水庫(kù)，一個(gè)水庫(kù)在漲潮時(shí)進(jìn)水，另一個(gè)水庫(kù)在落潮時(shí)放水，可以全天發(fā)電。潮汐發(fā)電需要具備資源條件。其關(guān)鍵技術(shù)包括電站的運(yùn)行控制、設(shè)計(jì)制造水輪機(jī)組、電站設(shè)備在海水中的防腐、電站與海洋環(huán)境的相互作用等。我國(guó)對(duì)潮汐能的利用比較早，自1958年以來(lái)，就陸續(xù)在廣東順德東灣、山東乳山和上海崇明等地建立了幾十座潮汐能發(fā)電站，潮汐電站數(shù)量在世界上是最多的，目前仍在正常運(yùn)行發(fā)電的仍有7座，年發(fā)電量?jī)H次于法國(guó)、加拿大，居世界第三位?，F(xiàn)有的潮汐電站水電工程建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機(jī)組尚未定型標(biāo)準(zhǔn)化，潮汐電站比較復(fù)雜，潮汐大壩會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，這些都是潮汐能開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題。

1.2 波浪能發(fā)電

波浪具有的動(dòng)能和勢(shì)能即為波浪能，通過(guò)發(fā)電裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成電能即為波浪能發(fā)電。波浪發(fā)電包括三級(jí)能量轉(zhuǎn)換。機(jī)構(gòu)直接與波浪相互作用的一級(jí)能量轉(zhuǎn)換，把波浪能轉(zhuǎn)換成水的位能、裝置的動(dòng)能、或者是中間介質(zhì)如空氣的動(dòng)能與亞能等；將一級(jí)轉(zhuǎn)換所得能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能是二級(jí)能量轉(zhuǎn)換，例如液壓馬達(dá)、空氣透平等；將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能的是三級(jí)能量轉(zhuǎn)換。波浪能利用中的關(guān)鍵技術(shù)有波浪的聚集與相位控制技術(shù)、波能裝置建造與施工中的海洋工程技術(shù)、往復(fù)流動(dòng)中的透平研究、波能裝置的波浪載荷及在海洋環(huán)境中的生存技術(shù)、不規(guī)則波浪中的波能裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化等。

繼潮汐發(fā)電后，發(fā)展最快的一種海洋能源就是波浪能發(fā)電。當(dāng)前，有中國(guó)、英國(guó)、日本、愛(ài)爾蘭、等國(guó)家在海上研建了波浪能發(fā)電裝置。如英國(guó)于2000年11月在Islay島建成一座500kW岸式波浪發(fā)電站（振蕩水柱空氣透平發(fā)電機(jī)組），解決了當(dāng)?shù)?00戶居民的用電，還與蘇格蘭公共電力供應(yīng)商簽訂了15年的供電合同。因涉及的中間環(huán)節(jié)多，波浪能轉(zhuǎn)換成電能效率低，電力輸出波動(dòng)性大。由于波浪能的不穩(wěn)定性，如何積累、存儲(chǔ)波浪能使其成為有用的能源，如何提高設(shè)備的抗惡劣環(huán)境的能力等問(wèn)題，都對(duì)波浪發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展有所制約，導(dǎo)致系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)波能發(fā)電速度緩慢。

1.3 溫差能發(fā)電

溫差能發(fā)電利用海洋表層和深層的溫差，對(duì)中間介質(zhì)進(jìn)行沸騰冷卻，驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，主要有兩種：開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)。其中，開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)主要由真空泵、冷水泵、溫水泵、汽輪機(jī)、閃蒸器、發(fā)電機(jī)組、冷凝器等組成。系統(tǒng)由真空泵抽至一定的真空狀態(tài)，再起動(dòng)溫水泵將表面的溫水抽入閃蒸器，因存在一定的真空度，閃蒸器內(nèi)的溫海水沸騰蒸發(fā)成蒸汽。汽輪機(jī)通過(guò)流經(jīng)管道的蒸汽開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。利用溫差能最大的缺憾就是溫差太小，能量密度不高。強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)是溫差能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。

我國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所1985年開(kāi)始研究溫差利用中的一種“霧滴提升循環(huán)”方法。該所于1989年在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了將霧滴提升到21 m高度的記錄，同時(shí)還在實(shí)驗(yàn)室研究了開(kāi)式循環(huán)過(guò)程，建造了兩座試驗(yàn)臺(tái)，容量分別為10 Wt和60 W?？傮w而言，溫差能的開(kāi)發(fā)利用還在試驗(yàn)階段，技術(shù)上還有很長(zhǎng)的路要走。

1.4 海流能發(fā)電

海流能發(fā)電是利用海流流動(dòng)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，和風(fēng)力發(fā)電有類似的原理。因海水有相當(dāng)于1000倍空氣的密度，且裝置必須放在水下，所以海流發(fā)電存在安裝維護(hù)、防腐、海洋環(huán)境中的載荷與安全性能、電力輸送等一系列的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

1982年，我國(guó)開(kāi)始海流能發(fā)電研究；1984年，哈爾濱工程大學(xué)研制成60 W水輪機(jī)；1989年，研制成1 kW河流能發(fā)電裝置，并在水庫(kù)里進(jìn)行了兩個(gè)月的發(fā)電試驗(yàn)；2000年，我國(guó)建成70 kW潮流實(shí)驗(yàn)電站，并在舟山群島的岱山港水道進(jìn)行海上發(fā)電試驗(yàn)，是世界上第一個(gè)漂浮式潮流能試驗(yàn)電站。從研究水平看，我國(guó)研建70kW潮流能實(shí)驗(yàn)電站居世界領(lǐng)先地位，不過(guò)還存在一系列的技術(shù)問(wèn)題。

1.5 鹽差能發(fā)電

把不一樣鹽濃度海水間的化學(xué)電位差能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能，再利用水輪機(jī)發(fā)電就叫鹽差能發(fā)電。滲透壓式、蒸汽壓式、機(jī)械化學(xué)式是該發(fā)電的主要方式。在不同鹽度的兩種海水間放一層半透膜，通過(guò)膜會(huì)形成壓力梯度，鹽度低的一側(cè)的水會(huì)通過(guò)膜向鹽度高的一側(cè)流動(dòng)，一直到兩側(cè)鹽度相同。通過(guò)海水泵將海水沖入水壓塔，利用滲透壓，淡水從半透膜滲透到水壓塔內(nèi)，使塔內(nèi)水位增高，達(dá)到一定高度后，水從塔頂溢出并沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。膜技術(shù)和膜與海水介面間的流體交換技術(shù)是鹽差能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)西安冶金建筑學(xué)院于1985年對(duì)水壓塔系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)海洋能發(fā)電的工作原理、應(yīng)用方式、發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了介紹，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)可行性問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)海洋能發(fā)電進(jìn)行了展望，認(rèn)為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上存在的問(wèn)題，近期大規(guī)模開(kāi)展潮汐發(fā)電等海洋能開(kāi)發(fā)建設(shè)的可能性不大。

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