海洋能源开发大势

海洋能源开发大势

开心问答

最有前途的海洋能利用方法是什么？

古老的水车是人类最早利用水力的范例，所以人们就萌生了设法从海洋中的海浪、海流和潮汐中获取能量的念头。

海洋能源开发利用的最大优点是这种自然资源取之不尽，用之不竭。这在地球上非再生能源日益减少的情况下，尤有重要意义。其次，海洋能源不产生环境污染，不占用宝贵的陆地空间。当然，海洋能源也有缺点。它们的能源密度小，开发设备要很庞大，经济性差。海洋能开发是在动荡不定的海面上进行，工程技术难度很大。再就是能源受自然条件左右，变动幅度大，不稳定。

据海洋学家估算，世界海洋中的“能”蕴藏量高达1 500多亿千瓦，除了它们都属于“再生性能源”不会枯竭外，还不必担心二氧化碳、二氧化硫和核废料的污染。海洋能中占比例最大的是波浪能，达700多亿千瓦；潮汐能为27亿千瓦；温差能达20亿千瓦；海流能为l0亿千瓦；盐差能约为300亿千瓦。

科学家们发现：最有前途的海洋能利用莫过于利用被太阳光照热的海水与海面下760米深的冷水之间的温差来发电。

一般认为，可用于海洋热能发电的区域，上下海水温差至少要大于18℃。这样看来，大约南、北纬度30°之间的广大海域，都是可利用的区域，海洋热能是各种海洋能源中较丰富的。据估算，理论蕴量约为500亿千瓦，可利用的有20万亿至40万亿千瓦。

1881年法国科学家德尔松瓦首次大胆提出利用海水温差发电的设想，他预言海洋中的温差能量迟早有一天会被人类大规模地利用。但由于当时的技术条件不够，这位科学家的设想竟然被埋没了近半个世纪。直到1926年，德尔松瓦的学生克劳德才实现了老师的夙愿。这年11月5日，他相约切特合作，进行了一次海水温差发电的模拟实验。他们取来两只容积为25升的烧瓶，一只里装有28℃的温水，代表热带海域表面水温，另一只则盛入冰水混合物，代表深层低温的海水。在连接两只烧瓶的一段粗玻璃管中，安装着一台制作得十分精巧的汽轮发电机，组成了一个封闭的发电系统。同时，这个系统里还装有一台抽气机，并用引线接出三只小灯泡。随着抽气机不断地把烧瓶内的空气抽出，使瓶内的空气降到只有大气压的1/25时，28℃的温水猛烈地翻泡沸腾起来。水蒸汽越来越浓，强大的气流把汽轮发电机冲击得飞速旋转，一时间三个小灯泡同时发出耀眼的光芒。

克劳德于1930年带着他改进的实验成果，来到古巴的马坦萨斯港，建立了一座海水温差电站。这里离岸不远就是很深的海区，水温落差很大。该站以海边27℃的表面温海水为“热源”，以离岸2千米远的600米深处冷海水为“冷源”，以开式循环方式发电。这个世界上第一座海水温差发电站获得了10千瓦的输出功率。尽管输出功率很小，但却使人们看到了利用海水温差发电的光明前景。

英国的安德森父子在总结克劳德等人的经验教训后，于1964年提出了不使海水降压沸腾，而仅仅利用表层海水的热量把怕热的液体“煮沸”，再利用这种液体的蒸汽来发电的方案，称为“闭式循环发电系统”。这种没想着实奇妙：它是把整个发电设备安装在—个巨大的浮体上。使之浮于海中，这样就可以大大缩短冷水取水管的长度；所谓怕热液体即沸点低的液态丙烷、氯、氟里昂等等，它们即使在很低温度下也很容易沸腾，从而产生大量蒸汽，得到较高的压力。1957年8月2日，根据安德森父子设想原理建造的—座海洋温差电站终于正式在夏威夷海面上发电了。这座电站安装在一艘改装了的海军驳船上，采用一种称为闭式循环温差的发电方式：把海面上25℃的温水抽送到—个热交换器中，交换器内通过一根弯弯曲曲的管子——里面装有低沸点液体，它们在热交换器里吸收了表层海水的热量后变为具有一定压力的蒸汽，于是就推动汽轮发电机组发出电来。

这座夏威夷海洋温差发电站的发电能力为50千瓦，它除了把船一无所有的实验系统都开动起来，剩下的只够点亮9盏500瓦的灯泡和一台电视机。美国能源局从这座海洋温差发电站中看到了温差发电的可行性和巨大潜力，便依仗其先进的科学技术，加快了海洋温差发电的研究和设计。美国现已在夏威夷西海岸一座古老的黑色火山岩床上建有一座举世闻名的海洋能转换发电厂，每天除了提供电力外，还生产口味清新的脱盐海洋净水2.65万升。美国宾夕法尼亚约克海洋太阳能动力研究所正拟在印度塔米尔海边建造一座10万千瓦的浮动海洋能电厂。

我国东海、黄海水温均比较高，而南海水温更高。夏季，南海表层水温在27℃以上，最高时可以达到36℃以上，即使冬季，表层水温也保持在20℃～26℃之间。另一个很重要的条件是，南海大部分地区水深都在1 000米以上，而自表层向下500～1 000米处，即可获得5℃的冷却水。况且，我国南海海域面积很大，约有350多万平方千米，是渤海、黄海、东海海域面积和的3倍。可以说，这里是我国未来海洋温差发电的摇篮。

潮汐能是人类最早开发利用的一种海洋动力资源。它主要取决于潮差，而潮差大小与特定的地理位置有关。世界上潮汐显著的区域多集中在海峡、海湾和一些河口。美国和加拿大交界的芬迪湾是世界上反差最大的地方.高达19米，潮汐能估计有2 000万千瓦。

波浪能大小和波高的平方成正比，因此波能主要取决于波高分布。世界海洋上，一般沿岸波能较小，而外海和大洋波能较大。大多数沿岸区域波能约为20～50千瓦/米，而大洋上达50～70千瓦/米。

在北半球中纬度海域（北纬30°～40°），由于盛行西风，波能在东部海域集聚。因此那里波能最大，可达70～90千瓦/米。

1961年，法国在英吉利海峡沿岸的朗斯河河口靠近圣马诺城建了一座潮汐发电站。这是世界上最早建成的潮汐发电站之一，也曾是世界上最大的潮汐发电站。这里的潮差平均为10.9米，最大可达13.5米。水库坝长350米，涨潮时水库的水面能延伸到20千米长。电站坝内安装有直径为5.35米的可逆水轮机24台，每台功率1万千瓦，每年可供电1.96拍焦。法国还在圣马诺湾兴建了一座巨型潮汐电站，建成后的年发电量将达到90拍焦，几乎是朗斯电站的50倍。

在各国陆上能源日益减少的情况下，有条件的国家都已经在抓紧发展潮汐发电。美国、加拿大、阿根廷、印度、中国等都在积极建造和规划各型潮汐发电站，美国和加拿大两国联合在凡迪湾建立一个功率为600万千瓦的潮汐发电站。建成后它的发电成本要低于火力发电成本。英国能源部近年来提出—项大规模的潮汐发电计划，拟在塞文河口建造一座大型水库，安装216台水轮机，总功率720万千瓦，建成后每年提供的电力相当于英国目前发电量的6%～7%，而且每年还可减少1 760万吨二氧化碳排放量。

我国海岸线长达1.8万多千米，岛屿岸线长1.4万多千米，港湾交错，蕴藏着极其丰富的海洋潮汐能源。据有关部门估计，如果把我国潮汐能源利用起来，每年可以得到1.08艾焦电。近年来我国潮汐发电站发展迅速，目前沿海各地区陆续有一批中小型潮汐发电站已投入运行发电。其中最大的潮汐发电站是浙江省温岭县江夏潮汐试电站，它也是目前世界已建成的较大双向潮汐电站之—。这里的最大潮差8.39米、平均潮差5.08米，电站功率3 200千瓦，1989年发电量22.3太焦。我国另一座较大规模的潮汐发电站是福建平潭幸福洋潮汐发电站，潮差平均为4.54米，最大7.16米。该站年发电量可达11.3太焦。

1957年以来，我国相继建了一批小型潮汐发电站，主要分布在辽宁、山东、上海、浙江、福建和广东沿海。现已开发利用的潮汐能合计装机容量为4 000多千瓦。规模最大的为浙江江厦潮汐电站，设计装机容量为3 000千瓦，年发电量为1 070万度；其次是山东乳山白沙口潮汐电站，设计装机容量为960千瓦，年发电量为230万度。

从潮汐能资源的普查结果表明，杭州湾、长江口北段、浙江乐清湾三处是中国最有希望建立大型潮汐电站的地方。

杭州湾潮汐潮差8.9米，潮汐能蕴藏量达590亿度/年，居全国首位。若在乍浦建站，装机容量为450万千瓦，年发电量为186.5亿度，可超过葛洲坝水电站的电力。

上海崇明岛与苏北之间的长江口北段的最大潮差5米，潮汐能蕴藏量为78亿度/年。若在庙港建站，装机容量为80万千瓦，年发电量为22.8～29.3亿度，几乎等于一个新安江水电站的发电量。

浙江乐清湾潮汐平均潮差4.54米，如建电站，装机容量为55万千瓦，年发电量可达16～20亿度。

另外，像山港、沙埕港、三都澳、兴化湾等地的潮汐能蕴藏量也十分可观。

波浪能是散布在海面上的低密度但不稳定的能源。世界上第一个波浪能发电专利是1799年法国人吉拉德取得的。据统计，从1856—1973年，世界波浪能发电专利有360个。但实际开发利用的很少。20世纪70年代以来，小型波浪发电装置进入实用阶段。1978—1979年，日本海洋科技中心建成了—艘世界上最大的海浪发电船“海明”号，并进行海上试验。“海明”号严格地说并不是船，它没有底，只是—个长80米、宽12米的浮动设备。船上装有三台两阀式涡轮机组，额定功率为25千瓦，最大输出功率曾达到过150千瓦。1979年下半年，“海明”号发电船纳入国际能源机构的共同开发计划，由日、英、美、加拿大、爱尔兰五国参加。当时船上装设了八台机组，总装机容量达到2 000千瓦，一下子跃居为世界上最大规模的海上波浪发电站。1985年8月，日本又在“海明”号发电船试验海域附近的岸边建造了一座40千瓦的固定波浪发电站。该站在有效波高800毫米时开始发电，有效波高4米时的输出功率达44千瓦。日本格外青睐波浪能，主要由于日本有3 000多个大小岛屿，四面环海，海岸线长达13万千米。它拥有得天独厚的自然条件，波浪能量每年可达10亿千瓦，这个数字相当于目前日本最高用电量的25倍。

在波浪能发电装置上另辟路径的是英国人，他们研制了一种称为“点头鸭”式波浪能发电装置和“筏式波力发电装置”。“点头鸭”发电装置的外形像个大凸轮，轮尖可以绕凸轮轴转动。凸轮的圆形部分是一个中间空的圆筒。在圆筒上有分别向外和向内突出的圆筒片。在海浪的冲击下，凸轮尖绕轮轴左右摇摆，而圆筒中内外突出的圆筒片随着来回转动，不断挤压海水，像水压泵一样使水压升高。于是，高压水就冲击水轮机叶片转动，并带动发电机运转而发电。实际使用的发电装置，是将许多凸轮并列排在一起，中间串在一根固定的水平转轴上；海浪冲来时，这些凸轮就像在水上的一排鸭子似地随海浪上下跳动，驱动发电机发电。“筏式波力发电装置”是由许多个浮体顺着波浪前进方向排成一列用铰链连接一起而构成的；在筏与筏之间安装水泵，利用波上筏体的相对回转运动，使水泵工作，从而驱动发电机发电。

由于成本太高，技术过于复杂以及在较恶劣的条件下无法发电，于是乎1991年英国人别出心裁，建造了一座依靠天然海底洞谷发电的波能电站，其原理是利用天然海底岩洞、沟谷或人工构造的类似地形与海水作用产生的波力驱动涡轮机。发电机通过安装在岩谷上方的一个柱状混凝土合状振动器发电，就如同气体活塞在涡轮机的驱动下使气体做往复运动—样，岩谷与海水所产生的波能迫使合状构造内的水体做涨落往复运动。这座发电站可发电75千瓦，除极恶劣的气候条件外，其余时间均能正常运转。

在利用波力发电研究领域，挪威在世界上名列前茅。挪威有漫长的海岸线，其海浪资源可提供的电力将是目前挪威水力发电装机容量的6倍。1985年挪威建立了两座波力发电站：一座为装机容量600千瓦的振荡水柱波力发电站；另一座是装机容量350千瓦的楔型波力发电站。前者是目前世界正在运转发电的最大波力电站。挪威国家能源部还制定了一项更宏伟的规划，计划建立一座1万千瓦的波力发电站。

英国国家工程实验室也帮助印度建造了一座目前世界上最大的海浪发电站，其发电能力为5 000千瓦。这座电站的发电原理是，当海浪升起时，海水涌进港口围墙上的排列孔，使竖井中的水柱升高，压缩空气从竖井顶部的导管排出，竖井中水柱下降，吸入的空气驱动涡轮机发电。由英国设计制造的涡轮机极为先进，机上装有两排叶片，来自正反两个方向的空气流都能使涡轮机沿着同一个方向转动。

几年前，荷兰一家公司也研制出一种海浪发电装置。这种名为“阿基米德海浪摆动式发动机”的水下发电装置可利用涌浪引起的压力变化发电。该发电机是利用海上巨大的涌浪发电，连续性较强，破坏力比阵浪小，不易遇袭而毁坏。

我国的波浪能资源也非常丰富，据估算，大概在5亿千瓦以上。我国近海因受季风控制，冬季浪大，夏季浪小。特别是冬季在强烈的偏北风的吹刮下，从黄海到南海形成一条东北—西南走向的大浪带，波浪具有波高而周期小的特点，有利于波能发电。从20世纪70年代中期开始，我国开始研究波力发电技术，现已能生产系列化的小型波能发电装置，以作为航标灯、浮标的电源。我国沿海波能的开发利用大有前途，初步估算，仅沿岸地段的波能资源约1.5亿千瓦，可开发利用的能量约3 000～3 500万千瓦；而渤、黄、东、南海的总波能约为806.3×10¹³焦耳，总功率为57.4×10¹³瓦。如将其全部转换为电能，每年可发电5～50万亿度，约相当于中国1981年发电量（3 052亿度）的16～160倍。

目前，我国波能开发还处于小型发电装置的研究阶段。1980年已研制成功一种新型波能发电装置，在风力3级、波高0.2米情况下，发电最大功率为60瓦，一天的发电量可供一只航标灯用电3天。

1990年12月，我国第一座海浪发电站发电试验成功，随即着手建造20千瓦的波力发电站。

据估算，世界各地海水和江河水相交汇处蕴含着数百亿千瓦的盐差能。盐差能发电，就是利用两种含盐浓度不同的海水化学电位差能，并将其转换为有效电能。科学家经过周密的计算后发现，在17℃时如果有1摩盐类从浓溶液中扩散到稀溶液中去，就会释放出5.5千焦的能量来。经过进一步计算，人们还发现，如果利用海洋盐分的浓度差来发电，它的能量可排在海洋波浪发电能量之后，比海洋中的潮汐、温差和海流的能量都要大。

我国河川众多，河川资源丰富。在江河入海处，淡水与海水的盐度差较大，尤以长江口、珠江口最甚。初步估算，中国主要大河口的盐差能在1.0亿千瓦以上，其中长江口和珠江口分别占45%和15%左右。

海洋中还有许许多多终年不息地沿着比较固定路径流动的海流。调查研究结果表明，海流中蕴藏着巨大的能量。据估算，世界各大洋海流能的总蕴藏量达数十亿千瓦。海流能量如此丰富，人们自然不会忽视它。多年来，各国科学家执著地研究，并先后建造了数百种海流发电装置。在目前形形色色的海流发电装置中，以降落伞集流式、螺旋桨式和垂直轴式最为创新，且颇具实用价值。

日本曾经提出黑潮发电计划，估计黑潮的总能量为1 700亿度，功率为1 900万千瓦。黑潮终年流经中国台湾以东海域，流向稳定，流速较强，中国台湾以东是海流发电的良好场所。在兰屿与绿岛（火烧岛）之间形成天然的大堤坝。台东新港附近的三仙台更是利用海流发电的理想之地，估计在三仙台与绿岛的南寮可发电200～500万千瓦。中国沿岸强潮流区约20多处，如渤海海峡、杭州湾、舟山群岛附近、台湾海峡西侧及琼州海峡等均是有名的强潮流区，上述强潮流区可开发利用的潮流能粗估约1 200万千瓦左右。

海洋能与其他能源相比，具有资源丰富、不会污染、占用陆地少、可搞综合利用及可再生产等优点。但密度小，稳定性差，环境复杂，设备、材料及技术要求高，开发利用困难，成本较高等不足之处一直制约着它的发展。然而，海洋能的优点正是现有常规能源的弱点。中国沿海人口稠密，工、商、轻纺、交通、贸易等行业在沿海城镇占有相当大比重，能源消耗大，正是目前能源短缺的地方。沿海海洋能资源丰富，可“就地取材”，不失为一种重要的补充能源。尤其对海岛建设来讲，海洋能具有重要的意义，一方面可解决边远岛屿的用电，另一方面可搞海水淡化，解决淡水供应的困难。

答：利用被太阳光照热的海水与海面下760米深的冷水之间的温差来发电。