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海洋能可实践性研究摘要：海洋能是重要的新能源与可再生能源。我国海域辽阔，海洋能资源丰富。 本书就海洋和海洋能资源开发利用技术，收集了国内外的资料，进行了广泛的阐释和说明，尤其对海洋波浪发、温差发电和潮汐发电等许多人们关注的技术问题和经济效益问题，进行了系统详细地介绍和评论。同时就未来海洋能开发利用的可能发展趋势作了展望和预测。关键词：海洋能；导 言海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。21世纪是资源紧缺的时代也是开发海洋的时代，各个沿海国家都将目光聚焦到海洋资源的开发上。在能源消费量持续攀升和传统能源日趋紧缺的外部环境影响下，积极探寻与发展海洋能源，保障我国能源安全，优化能源结构已经成为大势所趋。我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今已建成潮汐电站8座。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。一、海洋能种类介绍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，称为潮汐能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。我国拥有漫长的海岸线，海岸曲拆，港湾众多，据 1982年普查我国可开发的潮汐电站装机容量约2158万千瓦，可开发潮汐能总量约619亿千瓦时。潮汐发电是水力发电的一种形式，从发电原理来说两者并无根本差别，都需要筑坝形成水头，使用水轮发电机组把水能或潮汐能转变成电能，生产的电能通过输电线路输送到负荷中心等。但潮汐能源和常规水力能源相比还是有许多特殊之处，如潮汐电站以海水作为工作介质，利用海水位和库水位的落差发电，设备的防腐蚀和防海生物附着的问题是常规水电站没有的；但是潮汐能源是一种可再生的洁净能源，没有污染；潮汐电站没有水电站的枯水期问题，电量稳定而且还可以做到精确预报；建设潮汐电站不需移民，不仅无淹没损失，相反还可围垦大片土地，有巨大的综合利用效益。2.波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、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。3.温差能利用海洋温差发电的概念，最早于1881年由法国物理学家雅克德阿松瓦尔在太阳海洋能一文中提出。温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋温差能是指以表、深层海水的温度差的形式所储存的海洋热能，其能量的主要来源是蕴藏在海洋中的太阳辐射能。海洋温差能储量巨大，占地球表面积71的海洋是地球上最大的太阳能存储装置，体积为6.0107km的热带海洋的海水每天吸收的能量相当于2451011桶原油的热量。按照现有技术水平，可以转化为电力的海洋温差能大约为10 000TWh/a，在多种海洋能资源中，其资源储量仅次于波浪能，位于第二。（1）海水淡化 海水淡化与利用OTEC发电同等重要，尤其是对淡水和电力都匮乏的地区来说，这些资源都非常珍贵，如南太平洋的一些岛屿，利用OTEC进行海水淡化比其他方法(反渗透法等)成本要小很多。举个例子，联合国环境规划署的“地中海行动计划”中指出，淡水短缺具有地域性特点，如马耳他，每年要接待约100万游客，干旱季节的淡水供应严重不足，因此这种海水淡化技术的需求量非常大，市场前景很广阔。 (2)发展养殖业和热带农业 深海水中氮、磷、硅等营养盐十分丰富，而且无污染，对海洋生物没有危害，这种海水的上涌，如同某些高生产力海洋环境中的上升流，营养丰富，可以提高海洋种植场的生产力，有利于海水养殖。 (3)在海岛上的利用 对于海岛来说，OTEC在很多方面都对中小岛(SIDS)的可持续发展起到了推动作用。海洋温差能为这些岛屿提供廉价的、取之不尽、用之不竭的能源，节省运送燃料的费用，通过海水淡化为岛上的生活和生产提供大量的淡水，保证人们的饮水安全，合理开发利用能源，缓解环境压力。夏威夷从20世纪70年代起在自然能源实验室(NELHA)进行了OTEC的实验。1979年美国投资300万美元在夏威夷海域建成全球第一座闭路循环的海水温差能发电站，发电机组的额定功率为536千瓦；2006年，美国的一家公司计划在夏威夷建造一个1000千瓦的OTEC发电站，是世界上最大的海洋热能转换系统之一。 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。主要存在于河海交接处。 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。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。二、海洋能评析1.优势及实用性海洋能密度低。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。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。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。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。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。潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始， 取之不尽，用之不竭。它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。 潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也不至于对下游城 市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。 潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低的特点。 机组台数多，不用设置备用机组。2.缺陷及需要克服的技术困难海洋能源开发面临许多问题。海洋能密度较低、开发难度大、技术要求高，对资金的投入需求也高，以我国为例，我国海洋能开发尚处起步阶段，除了资金缺乏，技术和人才更是制约海洋能源开发利用的瓶颈因素。 一、 技术装备落后，专业人才缺乏，开发进程缓慢2FV中国行业咨询网_行业报告_行业分析_市场调研_第三方市场数据提供商受技术与装备落后以及缺乏深水作业人才与经验的限制，多年来我国只能在渤海、东海等内海部分海域进行油气开发，在南海的开发也只是集中在浅水区，对南海主体的深水区，只进行了路线概查和局部地区的地球物理普查。我国在开发南海油气资源方面进展十分缓慢，占中国领海面积3/4的南海地区，油气开发几乎空白，不多的几口油井都集中在离陆地和海南岛不远的区域。海上平台建设长期依赖国外公司和进口国外技术，自主创新和装备制造能力提升缓慢，海上资源开发和运输的装备制造瓶颈一直没有取得重大突破，研发能力不足。对于一些有领域争议的海域，我国一直提倡主权属我，搁置争议，共同开发的方针，但是一些周边国家置我国主张之不顾，抢先开发，导致我国在这领域中的资源开发滞后于周边国家。目前，出现了我国海洋岛屿被侵占、海洋区域被分割、海洋资源被掠夺的严峻局面，仅争议海域面积就达150余万km2，占我海域辖区的一半以上，我国南沙海域发现丰富的石油资源后，引起不少周边国家疯狂侵占。此前，这些周边国家并未对我南沙海域提出过领土要求，如越南曾几次在本国报纸上声明，南沙海域是中国的。但自这一海域发现石油后，该国侵占南沙海域岛礁的情况比任何周边国家都严重，而且无理阻扰我国在这一海域勘探开发作业。目前，南海周边五个国家一菲律宾、越南、马来西亚、文莱及印度尼西亚，先后对南海提出主权要求，并纷纷前往抢夺资源，焦点多集中在我国南沙群岛80多万km2的海域上。如今在我国南沙海域，外国的油井已超过1000口，每年开采石油超过5000万t。南海西缘，特别是南缘的大陆架及相邻的上陆坡，已经完全被菲律宾、越南、马来西亚、文莱四国抢占。三、 内海油气开发过快、强度过大，沿岸陆上工业向海水排污过重，加之海上运输漏油，严重危害海洋环境渤海是我国内海，由于没有争议，我国海上油气开发集中在这一地区。此外，这一海上运输繁忙，时常出现漏油问题，加之沿岸大批炼化企业和工业向海上直接排污，导到这一地区的海洋环境严重恶化。据不完全统计，中国沿海油污染面积约12万km2，每年有10多万吨石油入海。渤海和东海油污染分别占石油排放入海量的34%和33%；南海占19%；黄海最少，占14%。石油污染能引起大面积海水的缺氧现象，对海洋生物资源危害极大。油在水面容易形成薄膜，阻止海气交换，使海水中的溶解氧减少，严重破坏海洋环境。油膜、油块能粘住大量鱼卵和幼鱼，使其窒息死亡；使孵化的幼鱼畸形，导致鱼、贝类蓄积致癌物质。四、 缺乏海洋资源开发的整体战略规划以及专门人才培养计划。2012年10月，国务院集中公布了对天津、河北、辽宁、江苏、浙江、福建、山东、广西八省份海洋功能区划（20112020年）的批复。其中，能源矿产资源成为海洋开发的重点。规划的批复，标志着我国对海洋资源开发将进入一个新阶段，海洋油气开采及与海洋能利用产业将加速发展，并为我国建设海洋强国发挥重大的作用。近期，习近平总书记指出建设海洋强国是中国的重大部署，明确提出要坚持陆海统筹，坚持走依海富国、以海强国、人海和谐、合作共赢的发展道路，进一步为我国海洋能源开发指明了方向。但是，我国目前还没有国家层面的海洋资源开发利用的整体战略规划，使得我国海洋能源在开发布局、发展的优先次序、关键技术攻关、人才培养、资金投入、海上维权和反恐能力建设等方面出现脱节，尤其是一些有争议领海，缺乏外交预案和资源开发计划方面的协调。海洋能密度较低、开发难度大、技术要求高，对资金的投入需求也高，我国海洋能开发尚处起步阶段，除了资金缺乏，技术和人才更是制约海洋能源开发利用的瓶颈因素。与国外先进国家比较，我国投入少、力量分散，还没有把海洋能的研究开发放在应有的地位，更没有形成一支具有创新能力的海洋能研究开发利用科研队伍。潮差和水头在一日内经常变化出力有间歇性，给用户带来不便。潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用小时数也低。 潮汐电站建在港湾海口，通常水深坝长，施工、地基处理及防淤等问题较困难。故土建和机电 投资大，造价较高。 潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，水轮机体积大，耗钢量多， 进出水建筑物结构复杂。目前,利用液压传动特点平缓输出捕能装置吸收的不稳定波浪能以及提高能量转换效率是波浪能发电亟待解决的重要问题。电站筑坝后成水库，水库水面积 1.37平方公里，可用于水产品养殖。由于库区受自然灾害影响小，水库四周溪流有淡水入库，富有营养，而且使海水盐度降低，有利于水产品生长，养殖的对虾、鲈鱼、黄鱼、贝类，常年获得丰收，据不完全统计，库区养殖年创产值1500万元。江厦潮汐试验电站在建设和生产中，完成了许多科学实验课题。实践证明它具有不用移民，无一次能源消耗，无洪水威胁，不影响生态平衡和环境污染等优越性。三、国内外海洋能应用概况1.中国江厦潮汐电站中国第一座双向潮汐电站。位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。离城区16公里。电站于1972年经国家计委批准建设，电站工程列为“水利电力潮汐电站项目”，研究重点包括潮汐能特点研究、潮汐机组研制、海工建筑物技术问题、综合利用。电站安装了5台双向灯泡贯流式机组，1980年5月第一台机组投产发电。电站设计安装6台500千瓦双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量3000千瓦，可昼夜发电1415小时，每年可向电网提供1000多万千瓦时电能。乐清湾最大潮差8.39米，平均潮差5.08米。江厦港为封闭式海港，港口筑高15.5（米的粘土心墙堆石坝 ，形成一座港湾水库，总库容490万立方米，发电有效库容270万立方米。电站建成后除了获得大量的电量，还包括围垦、水产养殖及旅游等综合利用效益。该电站以发电为主兼有海涂围垦、海水养殖等综合效益。电站设计装机容量3900kW,现装机3200kW,年发电量约1000万kWh,以35kV电压向温州电网供电。库区围垦土地5600亩，其中可耕地4500亩，种植水稻、柑橘等已初获成功，并已试养牡蛎等海产。江厦潮汐试验电站的成功建设、为我国建设沿海产业带，拓展发展空间，积极培育新的增长点，建设节约型社会，积极发展循环经济积累了成功经验，作出了应有的贡献。2日本室兰工业大学摆式波浪能发电技术摆式波浪能发电技术最早是由日本室兰工业大学渡部富治教授提出，此后室兰工业大学对此进行了进一步深入研究。室兰工业大学研究的摆式波浪能发电装置的原理是利用装置的运动部件，在波浪的推动下，将波浪能转换成机械能，从而进一步转换为电能。这种装置属于固定式波浪能转换装置，主要由水室摆板装置、机电转换装置、发配电装置三大部分组成。水室摆板装置是实现波能转换为机械能过程，机电转换装置是将机械能转换为电能过程，发配电装置是电力输送过程。其中水室摆板机构是关键技术所在，水动力实验研究与能量转换效率的提高是课题研究的重点。基于室兰工业大学的研究成果，日本于1983年在北海道的内浦湾建造了一座装机容量为5 kW的推摆式波浪发电站。该电站通过一个能在水槽中前后摇摆的摆板从波浪中吸取能量，然后通过一台单向作用的液压泵将能量转换出去，用来驱动发电机发电。摆板的运行很适合波浪低频特性，其阻尼是液压装置。该试验电站的摆宽为2 m，最大摆角为30。波高1.5 m，周期4 s时的正常输出约为5 kW，总效率可达到40%50%，是日本电站中效率较高的一座。该电站运行二十个月后，在一次暴风雨中被毁。在此基础上，日本于1987年在烧尻岛的西浦港建造了一座20 kW的推摆式波浪电站，用来向渔民公寓提供热水，但是该装置在建成三个月后又被毁。现在日本室兰工业大学准备在一个100 m长的防波堤上建造一座300600 kW摆式波能装置。英国爱丁堡大学将液压传动应用到海蛇号(Pelamis)波浪能转换装置并进行了小型样机的实验室试验1王彦龙.波浪发电装置波