一起了解海洋能

2024年2月20日發(fā)(作者：小孩周歲祝福語)

一起了解海洋能

一、海洋能定義與綜述

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。

海洋能(ocean energy)是海水運動過程中產(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。

海洋能有三個顯著特點：.蘊藏量大，并且可以再生不絕；.能流的分布不均、密度低；.能量多變、不穩(wěn)定。具體地說，海洋能具有如下特點：

1.海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。

2.海洋能具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。

3.海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。較穩(wěn)定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩(wěn)定能源分為變化有規(guī)律與變化無規(guī)律兩種。屬于不穩(wěn)定但變化有規(guī)律的有潮汐能與潮流能。人們根據(jù)潮汐潮流變化規(guī)律，編制出各地逐日逐時的潮汐與潮流預(yù)報，預(yù)測未來各個時間的潮汐大小與潮流強(qiáng)弱。潮汐電站與潮流電站可根據(jù)預(yù)報表安排發(fā)電運行。既不穩(wěn)定又無規(guī)律的是波浪能。

4.海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開發(fā)后，其本身對環(huán)境污染影響很小。

二、海洋能的主要能量形式：

1、潮汐能

因月球引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量成為潮汐能。潮汐與潮流能來源于月球、太陽引力，其它海洋能均來源于太陽輻射，海洋面積占地球總面積的71%，太陽到達(dá)地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分轉(zhuǎn)化成各種形式的海洋能。潮汐能的主要利用方式為發(fā)電，目前世界上最大的潮汐電站是法國的朗斯潮汐電站，我國的江夏潮汐實驗電站為國內(nèi)最大。

2、波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是一種在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的，并以位能和動能的形式由短周期波儲存的機(jī)械能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面 的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。

3、海水溫差能

海水溫差能是指涵養(yǎng)表層海水和深層海水之間水溫差的熱能，是海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在溫度差，而儲存著溫差熱能，其能量與溫差的大小和水量成正比。

溫差能的主要利用方式為發(fā)電，首次提出利用海水溫差發(fā)電設(shè)想的是法國物理學(xué)家阿松瓦爾，1926年，阿松瓦爾的學(xué)生克勞德試驗成功海水溫差發(fā)電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發(fā)電站，獲得了10kW的功率。溫差能利用的最大困難是溫差大小，能量密度低，其效率僅有3%左右，而且換熱面積大，建設(shè)費用高，目前各國仍在積極探索中。

海水溫差能 潮汐能 波浪能

4、鹽差能

鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能，是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。主要存在與河海交接處。同時，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。

據(jù)估計，世界各河口區(qū)的鹽差能達(dá)30TW，可能利用的有2.6TW。我國的鹽差能估計為1.1×10^8kw，主要集中在各大江河的出海處，同時，我國青海省等地還有不少內(nèi)陸鹽湖可以利用。鹽差能的研究以美國、以色列的研究為先，中國、瑞典和日本等也開展了一些研究。但總體上，對鹽差能這種新能源的研究還處于實驗室實驗水平，離示范應(yīng)用還有較長的距離。

5、海流能

海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動所產(chǎn)生的能量，是另一種以動能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。

海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風(fēng)力發(fā)電相似。全世界海流能的理論估算值約為10^8kW量級。利用中國沿海130個水道、航門的各種觀測及分析資料，

計算統(tǒng)計獲得中國沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X10^7kW。屬于世界上功率密度最大的地區(qū)之一，其中遼寧、山東、浙江、福建和臺灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為15～30kW／m^2，具有良好的開發(fā)值。特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度在20kW／m2以上，開發(fā)環(huán)境和條件很好。

三、海洋能的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著全球能源消費的迅速增長，能源安全問題和能源環(huán)境問題越來越成為國內(nèi)各界和國際社會高度關(guān)注的問題。各國科學(xué)家都在努力研究，開發(fā)利用新的能源。海洋能以其獨特的魅力吸引了眾多科學(xué)家的目光。目前，隨著人類科技水平的日益提高，向大海要能源已變得

越來越切實可行。海洋能開發(fā)和綜合利用已取得明顯效益，其規(guī)模不斷擴(kuò)大，已達(dá)到或接近商業(yè)化應(yīng)用階段，新的海洋能源產(chǎn)業(yè)正在形成和興起。21世紀(jì)人類將步入開發(fā)海洋能的新時代，尤其是在發(fā)電方面，開發(fā)競爭很是激烈。下面簡單介紹七大新型海洋能發(fā)電設(shè)計。

世界上第一個商業(yè)海浪發(fā)電廠——“海蛇”位于葡萄牙北部海岸，2008年剛剛投入運轉(zhuǎn)。“海蛇”的發(fā)電機(jī)是一個150米長的鋼鉸接結(jié)構(gòu)，通過彎曲移動帶動水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，可產(chǎn)生750千瓦電量。

圖片展示的是一種利用海浪發(fā)電的新奇設(shè)計，按比例縮小的“巨蟒”。“巨蟒”的橡膠材料身體柔軟可彎曲，內(nèi)部裝滿海水。海浪在“巨蟒”內(nèi)部產(chǎn)生壓力波，壓力波不斷向前行進(jìn)最終帶動尾部的發(fā)電機(jī)。

這種漂浮物是位于澳大利亞西部弗里曼特爾附近一家實驗性海浪發(fā)電廠的組成部分。每個漂浮物可在海浪的作用下向下移動，進(jìn)而帶動海水穿過鋪設(shè)于海床上的管道并最終來到陸地，陸上的渦輪將在海水帶動下發(fā)電。

活塞發(fā)威--在設(shè)計上，這些漂浮物至少要潛入水下6米。其上半部分在海浪經(jīng)過時被迫向下移動，而后又重新回到原有位置。這一過程會壓縮中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部空氣，被壓縮的空氣將穿過所攜帶的發(fā)電機(jī)。

漂浮的平臺--這個位于英國的漂浮平臺當(dāng)前正處于“待業(yè)”狀態(tài)，等待2009年晚些時候被部署到東海岸。漂浮平臺與立軸相連，立軸將在海浪的作用下上下移動，進(jìn)而帶動與之相連的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

潮汐能渦輪--這個平臺名為“SeaGen”，上面裝有兩個渦輪機(jī)。2008年，SeaGen被安裝在北愛爾蘭斯特蘭福特灣的潮流中，可為當(dāng)?shù)丶彝ヌ峁?.2兆瓦電量。水池測試--這個3米高的支架由英國公司TidalStream制造，最近在法國一個水池內(nèi)進(jìn)行測試。最終設(shè)計完畢的平臺體積將是這個原型的20倍，能夠利用潮道中的水流發(fā)電。

上述不同形式的能量有的已被人類利用，有的已列入開發(fā)利用計劃，但人們對海洋能的開發(fā)利用程度至今仍十分低。盡管這些海洋能資源之間存在著各種差異，但是也有著一些相同的特征。每種海洋能資源都具有相當(dāng)大的能量通量：潮汐能和鹽度梯度能大約為2TW；波浪能也在此量級上；而海洋熱能至少要比此大兩個數(shù)量級。但是這些能量分散在廣闊的地理區(qū)域，因此實際上它們的能流密度相當(dāng)?shù)停疫@些資源中的大部分均蘊藏在遠(yuǎn)離用電中心區(qū)的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發(fā)利用。

我國有大陸海岸線長達(dá)18000多公里，有大小島嶼6960多個，海島總面積6700平方公里，有人居住的島嶼有430多個，總?cè)丝?50多萬人。在我國大陸沿岸和海島附近蘊藏著較豐富的海洋能資源，正在得到開發(fā)利用。資料顯示，我國從20世紀(jì)80年代開始，在沿海各地區(qū)陸續(xù)興建了一批中小型潮汐發(fā)電站并投入運行發(fā)電。其中最大的潮汐電站是1980年5月建成的浙江省溫嶺市江廈潮汐試驗電站，它也是世界已建成的較大雙向潮汐電站之一。總庫容490萬立方米，發(fā)電有效庫容270萬立方米。這里的最大潮差8.39米，平均潮差5.08米；電站功率3200千瓦。據(jù)了解，江廈電站每晝夜可發(fā)電14～15小時，比單向潮汐電站增加發(fā)電量30%～40%。江廈電站每年可為溫嶺、黃巖電力網(wǎng)提供100億瓦/小時的電能。

我國海洋能資源非常豐富，而且開發(fā)利用的前景十分廣闊，因而在目前嚴(yán)峻的能源形勢下，我國海洋能的開發(fā)與利用有望迎來新一輪發(fā)展契機(jī)。40年來我國海洋能資源的開發(fā)利用取得了一定的發(fā)展，尤其是改革開放以來，逐漸在潮汐能、波浪能發(fā)電技術(shù)的研究和開發(fā)利用方面形成了一些較為成熟的技術(shù)，具備了一定的開發(fā)利用規(guī)模。海洋能的開發(fā)對國家有戰(zhàn)略意義。我國島嶼眾多，開發(fā)海洋能給島嶼供電是最佳選擇。海洋能技術(shù)的開發(fā)對企業(yè)也有戰(zhàn)略意義，對于有志于開發(fā)新能源的大型企業(yè)，開發(fā)海洋能自身發(fā)電裝置可以使平臺更獨立，依賴性減小。同時，新技術(shù)可以作為企業(yè)的戰(zhàn)略儲備。