海洋能的开发和利用.docx

1、海洋能的开发和利用中南大学21世纪的新能源一一海洋能姓 名:甘俊霞学 号:0104110110班 级：11级地学试验班指导教师:L唐有根2013年4月29日新能源认识与了解新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开 始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、 海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源， 包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及 海洋表面与深层之间的热循环等； 此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等， 而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能、核电等能源，称为常规能 源。

2、随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出， 以环保和可再生为特祉的新能源越来越得到各国的重视。一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、 正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、 现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的 进步和可持续发展观念的树立，过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废 弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开 发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量

3、资源称为新能 源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下， 新能源 有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、 氢气等。按类别可分为：太阳能，风能，生物质能，核能，氢能，地热能， 海洋能，小水电，化工能（如醚基燃料）等。而我所要讲的是新能源中的一个小类：海洋能21世纪的新能源一一海洋能【概念理解】海洋能（ocean energy）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，

4、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。 地球表面积约为 5.1 xi0A8kmA2 ,其中陆地表面积为 1.49 xi0A8kmA2 占29% ;海洋面积达 3.61 x10A8kmA2，以海平面计，全部陆地的平均海拔约为 840m，而海洋的平均深度却为 380m，整个海水的容积多达 1.3

5、7 x10A9kmA3。一望无 际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着 巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失海 洋 能 的 开 发 利 用【海洋能的特点】1.海洋能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。2、 海洋能具有可再生性。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。3 .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。

6、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。 人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间 的潮汐大小与潮流强弱。 潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电 运行。既不稳定又无规律的是波浪能。4 .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【主要能量形式】1、 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成为潮汐能。潮汐与潮流能来源于月 球、太阳引力，其它海洋能均来源于太阳辐射， 海洋面积占地球总面积的 71%，太阳到达地球的能量，大部分落在

7、海洋上空和海水中，部分转化 成各种形式的海洋能。潮汐能的主要利用方式为发电，目前世界上最大的 潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。2、 波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下 产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。 波浪的能量波 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。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。3、 海水温差能海水温差能是指涵养表层海水和深层海水之间水温差的热能， 是海洋 能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高

8、，与深层冷水存在温度差，而 储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。温差能的主要利用方式为发电，首次提出利用海水温差发电设想的是 法国物理学家阿松瓦尔，1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水 温差发电。1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发 电站，获得了 10kW的功率。温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效率仅有 3%左右，而且换热面积大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。4、 盐差能盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学 电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。主要存在与河海交接处。同时, 淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用

9、盐差能。 盐差能是海洋能中能 量密度最大的一种可再生能源。据估计，世界各河口区的盐差能达30TW, 可能利用的有2.6TW。我国的盐差能估计为1.1 X10八8kw，主要集中在各 大江河的出海处，同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。 盐差能的研究以美国、以色列的研究为先，中国、瑞典和日本等也开展了一 些研究。但总体上，对盐差能这种新能源的研究还处于实验室实验水平， 离示范应用还有较长的距离。5、 海流能海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的 流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出 现的海洋能。海流能的利用方式主要是发电，其原理和

10、风力发电相似。全世界海流能的理论估算值约为10A8kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料，计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值 约为1.4X10A7kW。属于世界上功率密度最大的地区之一， 其中辽宁、山 东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富，不少水道的能量密度为 1530kW/mA2，具有良好的开发值。特别是浙江的舟山群岛的金塘、 龟山和西候门水道，平均功率密度在20kW/m2以上，开发环境和条件很好。【发电方式】海洋热能发电有两种方式：第一种是将低沸点工质加热成蒸汽。第二种是将温水直接送入真空室使之沸腾变成蒸汽。蒸汽用来推动汽轮发电机发电，最后从 60010

11、00米深处抽冷水使 蒸汽冷凝。第一种采取闭式循环。第二种采取开式循环。海水温差发电，1930年在法国首次试验成功，只是当时发出的电能 不如耗去的电力多，因而未能付诸实施。现在，许多国家都在进行海水温 差发电研究。实践证明，开式循环比闭式循环有更多的优点：以温海水作工质， 可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物质对海洋的污染； 开式循环系直接接触热交换器，价廉且效率高；直接接触热交换器可采用塑料制造， 在温 海水中的抗腐蚀性高；能产生副产品一一蒸馏水。开式循环也有缺点： 产生的蒸汽密度低，汽轮机体积大；变成蒸汽的海水排回海洋后，会影响 附近生物的生存环境。【前景展望】全球海洋能的可再生量很大。根据联合国

12、教科文组织1981年出版物 的估计数字，五种海洋能理论上可再生的总量为 766亿千瓦。其中温差能为400亿千瓦，盐差能为300亿千瓦，潮汐和波浪能各为 30亿千瓦， 海流能为6亿千瓦。但如上所述是难以实现把上述全部能量取出，设想 只能利用较强的海流、潮汐和波浪；利用大降雨量地域的盐度差，而温差 利用则受热机卡诺效率的限制。因此，估计技术上允许利用功率为 64亿千瓦，其中盐差能30亿千瓦，温差能20亿千瓦，波浪能10亿千瓦，海 流能3亿千瓦，潮汐能1亿千瓦（估计数字）。海洋能的强度较常规能源为低。海水温差小，海面与 5001000米深层水之间的较大温差仅为 20 C左右；潮汐、波浪水位差小，较大

13、潮差 仅7 10米，较大波高仅3米；潮流、海流速度小，较大流速仅47节。 即使这样，在可再生能源中，海洋能仍具有可观的能流密度。以波浪能为 例，每米海岸线平均波功率在最丰富的海域是 50千瓦，一般的有56千瓦；后者相当于太阳能流密度 1千瓦/米 2）。又如潮流能，最高流速为 3米/秒的舟山群岛潮流，在一个潮流周期的平均潮流功率达 4.5千瓦/米2。海洋能作为自然能源是随时变化着的。但海洋是个庞大的蓄能库， 将太阳能以及派生的风能等以热能、 机械能等形式蓄在海水里，不象在陆 地和空中那样容易散失。海水温差、盐度差和海流都是较稳定的， 24小时不间断，昼夜波动小，只稍有季节性的变化。潮汐、潮流则作

14、恒定的周 期性变化，对大潮、小潮、涨潮、落潮、潮位、潮速、方向都可以准确预 测。海浪是海洋中最不稳定的，有季节性、周期性，而且相邻周期也是变 化的。但海浪是风浪和涌浪的总和，而涌浪源自辽阔海域持续时日的风能， 不象当地太阳和风那样容易骤起骤止和受局部气象的影响。海洋能的利用目前还很昂贵，以法国的朗斯潮汐电站为例，其单位千 瓦装机投资合1500美元（1980年价格），高出常规火电站。但在目前严 重缺乏能源的沿海地区（包括岛屿），把海洋能作为一种补充能源加以利 用还是可取的。【我国的海洋能利用现状】发展过程我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今建成的潮汐电站 8座， 80年代以来浙江、福建等地对若

15、干个大中型潮汐电站，进行了考察、勘 测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。 总之，我国的海洋发 电技术已有较好的基础和丰富的经验， 小型潮汐发电技术基本成熟，已具 备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量 还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后， 水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。 其 中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决， 电站造价亟待降低。我国波力发电技术研究始于70年代，80年代以来获得较快 发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化， 现已生产数百台，在沿 海海域航标和大型灯船上推广

16、应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电 装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建 的岸边固定式波力电站，第一台装机容量3kW的装置，1990年已试发电 成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站，均已试建成功。总之，我国波力发电虽起步较晚， 但 发展很快。微型波力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电技术已进入世 界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国， 小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。潮流发电研究国际上开始于 70年代中期，主要有美国、日本和英国 等进行潮流发电试验研究，至今尚未见有关发电实体装置的报导。 我国潮

17、 流发电研究始于70年代末，首先在舟山海域进行了 8kW潮流发电机组 原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研 究，目前正在采用此原理进行 70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山 海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站，在国际上居领先地位， 但尚有一系列技术问题有待解决。近20多年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动，作为主 要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展， 在相关高技术后援的支 持下，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在下个世纪充分利用海洋能展示 了美好的前景。我国有大陆海岸线长达 18000多公里，有大小岛屿6960 多个，海岛总面积6700平方

18、公里，有人居住的岛屿有430多个，总人口 450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地， 又是海洋运输和开发海 洋的前哨，并且在巩固国防，维护祖国权益上占有重要地位。 改革开放以 来，随着沿海经济的发展，海岛开发迫在眉睫，能源短缺严重地制约着经 济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏，不愿投资； 驻岛部队用电困难，不利于国防建设；特别是西沙、南沙等远离大陆的岛 屿，依靠大陆供应能源，因供应线过长，诸多不便，非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高， 寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。技术现状资料显示，我国从20世纪80年代开始，在沿海各地区陆续

19、兴建 了一批中小型潮汐发电站并投入运行发电。其中最大的潮汐电站是 1980年5月建成的浙江省温岭市江厦潮汐试验电站，它也是世界已 建成的较大双向潮汐电站之一。总库容 490万立方米，发电有效库容 270万立方米。这里的最大潮差 8.39米，平均潮差5.08米；电站功 率3200千瓦。据了解，江厦电站每昼夜可发电1415小时，比单向 潮汐电站增加发电量30%40%。江厦电站每年可为温岭、黄岩电力 网提供100亿瓦/小时的电能。除潮汐能外，重点开发波浪能和海水热 能。统计显示，海浪每秒钟在 1平方千米海面上产生20万千瓦的能 量，全世界海洋中可开发利用的波浪约为 2730亿千瓦，而我国近海域波浪的蕴藏量约为1.5亿千瓦，可开发利用量约3000 3500万 千瓦，目前，一些发达国家已经开始建造小型的波浪发电站。而海水热能是海面上的海水被太阳晒热后， 在真空泵中减压，使海水变为蒸汽，然后推动蒸汽轮机而发电。同时，蒸汽又被引上来， 冷却后回收为淡水。这两项技术我国正在研究和开发中。