五种自然能的宝库——海洋

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作者：陈金刚

浩瀚无边的海洋，面积达3.61×108km2，约占地球表面的71％，汇集了地球97％的水量，蕴藏着丰富的能源。由于海洋能可再生的总量相当可观，海洋能的利用带来的环境污染小，所以世界各国正竞相探索海洋能的开发和利用技术。 0 N% O. u9 u6 \1、潮汐能 + x, c, K) \" T) N3 @0 ? 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，称为潮汐能。我国海岸线曲折漫长，蕴藏着十分丰富的潮汐能资源。其中浙江、福建两省蕴藏量最大。约占全国的80.9％多。潮汐能的利用方式主要是潮汐发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水坝，形成水库，大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。潮汐发电与普通水力发电原理类似，差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，因而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。 目前世界上最大的潮汐发电站是法国朗斯的2.4 2 b9 q9 m; l4 t8 o1 a: C×105kW潮汐电站。我国的江厦潮汐试验电站建于浙江省乐清湾北侧的江厦港，装机容量3200kW，于1985年正式投入运行。目前我国的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，已建成的潮汐电站共有8座，但现有的潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位造价高于常规水电站，水电工程建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化，这些都是我国潮汐能开发中存在的问题。 6 z: R9 R! i0 X4 `/ |+ v , n& c7 T$ D! W2、波浪能 * J+ b8 h7 D2 w: m9 G波浪是由于风力和水的重力共同作用而形成的一种起伏运动，它具有一定的动能和势能。波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常要经过三级转换：第一级为受波体，它将大海的波浪能吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量；第三级为发电装置，与其它发电装置类似。1985年，英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75kW的振荡水柱波力电站，1991年建成且并入当地电网。1995年8月，英国建造了第一座商业性波浪能发电站，输出功率为2兆瓦，可满足2000户家庭的用电要求，日本已有数座波浪能发电站投入运行，其中兆瓦级的“海明号”波浪能发电船，是世界上最著名的波浪能发电装置。 # i7 ?% b- Q9 g# J值得一提的是，若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置，不仅可利用波浪发电，而且还可将它们当作防波堤，这样一来，不仅可利用波浪的能量为人类发电，同时可使波浪所具有的能量减少，起到消波的作用，有效地减小了海浪所产生的危害。   a- B% w; E- F & P- K, k( y0 k$ ~3 Y3 d0 X中国是世界上主要的波浪能研究开发国家之一，从80年代初开始，主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究，1985年中科院广州能源研究所开发成功利用对称翼透平装置将波浪能转化为电能的航标灯。经过十多年的发展，已有60瓦至450瓦的多种型号产品，经过多次的改进，目前已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。由该所牵头在珠海市大万山岛研建了一座波浪电站，并于1990年试发电成功，电站装机容量3kW，对称翼透平直径0.8m。在原国家科委的支持下，由中科院广州能源研究所和国家海洋局天津海洋技术所分别研建了20kW岸式电站、5kW后弯管漂浮式波力发电装置和8kW摆式波浪能电站，均已试发电成功。 9 M# S4 o& {% n4 p9 z 3、海水温差能 ) D* P. I% E& E$ K6 G% b海水温差能是由于深部海水与表面海水存在温度差而蕴藏的能量。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。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l0kW的功率。1979年，美国在夏威夷的一艘海军驳般上，安装了一座海水温差发电试验台，发电功率53.6kW。1981年，日本在南太平洋的瑙鲁岛建成了一座l00kW的海水温差发电装置，1990年又在鹿儿岛建起了一座兆瓦级的同类电站。海水温差发电涉及耐压、绝热、防腐材料、热能利用效率等诸多问题，目前各国仍在积极探索之中。 1 E) z: V; S' _6 I1 U2 r 1985年中国科学院广州能源研究所开始利用一种“雾滴提升循环”方法，对温差能的利用进行研究，这种方法的原理是利用表层和深层海水之间的温差所产生的烩降来提高海水的位能。据计算，温度从20℃降到7 0C时海水所释放的内能可将海水提升到125m的高度，然后再利用水轮机发电，该方法可以大大减小系统的尺寸，并提高温差能的能量密度。1989年，该所在实验室实现了将雾滴提升到21m的高度。该所同时还对开式循环过程进行了实验室研究，建造了两座容量分别为l0W和60W的试验台。 - Q1 e7 i5 \7 ?4、洋流能   W; a% u9 c# r5 o9 C4 p; L : ~  j9 }- I! V8 n& H5 r# Y$ s海水不是固定的，它受天体运动和潮水涨落以及海水温度变化等多种因素的影响，总是在流动着。川流不息的洋流就像江河的水流一样携带着巨大的能量。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流所具有的动能约为全球所有河流具有的总能量的50倍。目前洋流发电技术仍处于研究试验阶段，欧、美、日等发达国家和地区居领先水平。 & c3 k2 P1 h* [1 l, ?6 ^4 C& a90年代以来，中国开始计划建造洋流能示范应用电站。目前，哈尔滨工程大学正在研建75kW的洋流电站。意大利与中国合作在舟山地区开展了联合洋流能资源调查，并计划开发140kW的示范电站。 ; a0 L% H) B' t* _2 r& N( t# m   l7 N: M6 V3 Z1 r. i0 l5、盐度差能 ) K' t7 A% g2 c7 Z- Z海水中含有大量的矿物盐。海水含盐浓度大于江河水，形成了盐度差。当两种不同浓度的溶液混合在一起时，淡的溶液就会向浓的方向渗透，直到浓度平衡为止，这种渗透就具有压力差。研究人员提出了用化学渗透膜隔开海水和淡水，构成盐度差能电站的设想，预计21世纪将取得实质性的突破。 1 c9 D, n* z( i2 c中国西安冶金建筑学院于1985年对盐度差能试验装置一水压塔系统进行了试验研究，盐水水面高出淡水水面约l0m，用30kg盐可以工作8-14h，发电功率为0.9一1.2W。盐度差能开发的技术关键是渗透膜技术，除非半渗透膜的渗透流量能在目前水平的基础上再提高一个数量级，并且海水不需预处理，否则，盐度差能利用难以实现商业化。 5 {- p8 v" j( a) t, ]' [2 S4 s% Z

郑昌伟

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