世界海洋发电状况探析

1、世界海洋发电状况探析65 2021年第5期浙江电力世界海洋发电状况探析I ntroduction on the Status of the Worlds Ocean Pow er G eneration武全萍,王桂娟(中国科学技术大学热科学和能源工程系,安徽合肥230026)摘要:蓝色海洋蕴藏了巨大的清洁能源,近年来,世界各主要海洋国家普遍重视海洋能的开发,积极探索研究利用这种可再生能源。文中介绍了当今世界海洋波浪发电、潮汐发电和海洋温差发电(OTEC)的发电原理和发展状况,其中OTEC被公认为最具发展潜力的海洋能。关键词:海洋;能源;发电中图分类号:P743文献标识码:B文章编号:1007-

2、1881(2021)05-0065-03国外电力覆盖地球表面71%的海洋是世界上最大的太阳能采集器。太阳辐射到地球表面的能量换算为电功率约为80万亿kW,其中海洋每年吸收的太阳能相当于37万亿kW?h,每km2大洋表面水层含有的能量相当于3800桶石油燃烧发出的热量1,因此海洋又被称为“蓝色油田”。近20多年来,作为主要可再生能源之一的清洁的海洋能事业取得了很大发展。海洋能发电和海洋能的综合利用为人类生存的发展开拓了更广阔的空间。1世界海洋能资源海洋能主要有3种形式:波浪能、潮汐能和海洋热能转换(OTEC)。1.1波浪发电波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。当波浪

3、上升时将空气室中的空气顶上去,被压空气穿过正压水阀室进入正压气缸并驱动发电机轴伸端上的空气透平使发电机发电,当波浪落下时,空气室内形成负压,使大气中的空气被吸入气缸并驱动发电机另一轴伸端上的空气透平使发电机发电,其旋转方向不变。20世纪80年代初,英国已成为世界波浪能研究中心,英国波力发电的开发目标是容量为2G W 的设备,并使它与陆地电网并网,这个研究项目已经完成。目前英国的波浪发电技术仍居世界领先地位,并实现了商业化。日本的波浪能研究与开发也十分活跃,日本四季的平均波能约为13kW/km(近海)和6kW/km(沿岸)。日本的波能可满足国内能源总需求量的1/3。日本当前容量最大的设备是199

4、6年9月投运的由日本东北电力公司在原町火电站南部防波堤上装设的130kW波力发电设备2。据报道世界上第一台商业化的波力发电站位于以色列的岛屿上,其装机容量为500kW,现仍在营运。近期在澳大利亚悉尼南部的坎贝拉正安装波力发电机,装机容量为500kW,计划于2021年中期投入营运,所产生的电力将全部由地方电力公司Inte g ral Ener gy买断。据不完全统计,目前已有28个国家(地区)研究波浪能的开发,建设大小波力电站(装置、机组或船体)上千座(台),总装机容量超过80万kW,其建站数和发电功率分别以每年2.5%或10%的速度上升3。1.2潮汐发电涨潮和落潮都可以发电。用于潮汐发电的潮差

5、通常选在5m以上。潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的海水伸展地带。潮汐发电与水力发电的原理基本相似,它是利用潮水涨、落产生的水位所具有势能来发电。潮水的流动662021年第5期浙江电力与河水的流动不同,它是不断变换方向的,潮汐发电有以下3种形式:(1)单池单向发电,即落潮发电。涨潮时坝门打开,海水充满蓄水池;落潮时坝门关闭,潮水驱动水轮机发电。(2)单池双向发电,即落潮和涨潮都发电,且与扬水并用。为了保持落差,并非落潮一开始就发电,而是向蓄水池泵水,然后停机待机,直到潮水落到潮差的一半时才开始放水发电。反之亦然,涨潮一开始也不立即发电,而是将蓄水池剩余的水抽向大海,再停机待机

6、一段时间,直到潮水涨到一半潮差时再开始发电。尽管如此,用于发电的时间远超过泵水和待机的时间和。(3)双池双向发电,此时备有上、下两个蓄水池,发电机组则布置在两池之间,落潮时不是利用蓄水池与海面之间的水位差来发电,这就与不断变化的海面水位无关。涨潮时上池被充满,落潮时将下池放水,从而形成两池之间的水位差。利用该水位差可使机组连续运转。但这种发电型式在经济上不合算,实际应用很少2。潮汐能的现代开发始于20世纪50年代。加拿大、法国、俄国和中国都建有潮汐发电站。目前世界上计划或拟议中建立的大型潮汐电站有20多座,其中装机容量百万kW级的就有9座,预计到2030年世界潮汐电站的年发电总量将达600亿k

7、W?h4,由于潮汐能不受洪水、枯水期等水文因素影响,随着潮汐能发电技术的成熟,潮汐电站的建设将出现新的发展势头。1.3海洋热能转换(OTEC)由于太阳光的照射,海洋表层水温可达2530,而水下400700m深层冷水则为510,两者温差约为2024,可用来发电10T W2。海洋温差发电根据所用工质及流程的不同,一般可分为开式循环系统、闭式循环系统和混合循环系统。图1、2、3为这3种循环系统图,图中可以看出,除发电外还能将排出的海水进行综合利用,图1、3中可以产生淡水。1.3.1开式循环系统开式循环系统以表层的温海水作为工作介质。真空泵将系统内抽到一定真空,温水泵把温海水抽入蒸发器,由于系统内已保

8、持有一定的真空度,所以温海水就在蒸发器内沸腾蒸发,变为蒸汽,蒸汽经管道喷出推动蒸汽轮机运转,带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后,又被冷水泵抽上来的深海冷水所冷却而凝结成淡化水。由于只有不到0.5%的温海水变为蒸汽,因此必须泵送大量的温海水,以便产生出足够的蒸汽来推动巨大的低压汽轮机,这就使得开式循环系统的净发电能力受到了限制1。1.3.2闭式循环系统闭式循环系统以一些低沸点的物质(如丙烷、异丁烷、氟利昂、氨等)作为工作介质。系统工作图1开式循环系统图2闭式循环系统图3混合循环系统672021年第5期浙江电力郑锡荣编译.海洋温差发电J .太阳能,1995,(4):30.杜文朋,包凤英,戴哈莉.浅议

9、当今世界海洋发电的发展趋势J .广东电力,2021,14(1):16-18.朱念.波浪发电的转换机型机理及开发前景J .新能源,1996,18(3):33-36.毛秀珍,徐燕椿.海洋能是人类未来能源的希望J .今日科技,1988,(2):5-6.刘全根.世界海洋能开发利用状况及发展趋势J .能源工程,1999,(2):5-8.王传昆.我国海洋能源开发现状和战略目标及对策J .动力工程,1997,17(5):72-77.123456时,表层温海水通过热交换器把热量传递给低沸点的工作介质,例如氨水,氨水从温海水吸收足够的热量后开始沸腾,变为氨气,氨气经过管道推动气轮发电机,深层冷海水在冷凝器中使氨

10、气冷凝、液化,用氨泵把液态氨重新压进蒸发器,以供循环使用。闭式循环系统能使发电量达到工业规模,但其缺点是蒸发器和冷凝器采用表面式换热器,导致这一部分不仅体积庞大,而且耗资昂贵。此外,闭式循环系统不能产生淡水。1.3.3混合循环系统混合循环系统也是以低沸点的物质作为工作介质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质,这样做的好处在于既能产生新鲜的淡水,又可减少蒸发器的体积,节省材料,便于维护3。OTEC 电站的概念,最早于1881年由法国物理学家阿松瓦尔提出,但由于技术条件的限制,近20多年来才取得了实质性的进展。1979年,美国在夏威夷建成了世界上第一个闭式循环的“微型OTEC ”发电装置,

11、采用氨为工作介质,额定功率为50kW ,除装置自耗电外,净输出功率达18.5kW ,该装置是当今开发利用海水温差发电技术的典型代表。1981年,日本在瑙鲁共和国把海水提取到陆上建成了世界上第一座100kW 的岸式OTEC 电站,净输出功率为14.9kW 。1990年日本在康儿岛建成了1000kW 的OTEC 电站,并计划在隅群岛和富士湾建设10万kW 级大型实用OTEC 发电装置5。美国进一步在低沸点工质、闭式和开式循环技术、轻型复合材料、新型热交换器和温差发电的综合利用等方面进行了一系列试验,并取得了大的进展。OTEC 不受多变的海浪和潮汐影响,贮存在海洋里的太阳能可随时利用,在应用OTEC

12、 发电技术的同时,还具有水产养殖、海洋化工、海水淡化、空调、海洋采矿等综合利用效益,特别是在热带地区,利用OTEC 技术可为海岛及沿岸地带提供足够的电力和淡水。因此,OTEC 被国际公认为是最具潜力的海洋能源。2我国的海洋能资源我国海岸线漫长,约18000km ,岛屿6500多座,据对全国可开发装机容量200kW 以上的424处港湾坝址,按资源普查经验公式计算,全国沿海潮汐能资源可开发总装机容量为21.79103MW ,年发电量为624108kW ?h ;进入岸边的波浪能理论平均功率为12.85103MW;据对130个水道估算统计,全国潮流能理论平均功率14.0103MW;温差能理论蕴藏量约为1.191.331019k J ,技术上可利用的能量约为8.339.311017k J ,实际可供利用的资源潜力装机容量可达1.321.48106MW;全国盐差能资源理论蕴藏量约为3.91015k J ,理论功率为1.25105MW 6。由此可以看出,我国海水沿岸有丰富的海洋能资源,尤其是东海沿岸(福建、浙江近海)海洋能蕴藏量大,能量密度高,开发条件优越,具有较大的开发利用价值。3结语海洋能对人类具有无限吸引力,人类在对海洋能开发的同时不断认识了解海洋,尽管海洋能发展的困难很大,投资也比较昂贵,但由于它在海上和沿岸进行,不占用土地