海洋能课题研究

1、海洋能发电技术 新能源发电技术课题研究 姓名：王潇潇 学号：20111125 海洋能定义 海洋能指依附在海水中的可再生能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，这些能量以存和散发能量，这些能量以潮汐、波潮汐、波 浪、温度差、盐度梯度、海流浪、温度差、盐度梯度、海流等形等形 式存在于海洋之中。式存在于海洋之中。 海洋能的分类 按其成因可分为：按其成因可分为： 潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差 能等。能等。 按其储存形式可分为：按其储存形式可分为： 机械能（潮汐能、波浪能和海流能）、热机

2、械能（潮汐能、波浪能和海流能）、热 能（海水温差能）和化学能（海水盐差能）能（海水温差能）和化学能（海水盐差能） 海洋能的利用 海洋能最主要的利用方式就是发电。全球海洋能最主要的利用方式就是发电。全球 仅可利用的潮汐能就达仅可利用的潮汐能就达30 亿千瓦，年发电亿千瓦，年发电 量约为量约为26万亿度，这比目前世界上全部的万亿度，这比目前世界上全部的 水力发电量大一倍。水力发电量大一倍。全世界潮汐电站的总全世界潮汐电站的总 装机容量为装机容量为265兆瓦，中国为兆瓦，中国为5.64兆瓦。海兆瓦。海 洋能总量巨大，因此又被称为洋能总量巨大，因此又被称为“蓝色油蓝色油 田田”。 潮汐能 潮汐能简介

3、潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和 太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动， 习惯上把海面垂直方向涨落称为习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐潮汐，而，而 海水在水平方向的流动称为海水在水平方向的流动称为潮流潮流。因为太。因为太 阳阳、月亮与地球之间的万有引力与地球自月亮与地球之间的万有引力与地球自 转的运动使得海洋水位形成高低变化转的运动使得海洋水位形成高低变化,这种这种 高低变化高低变化,称之为称之为潮汐潮汐 潮汐能发电 潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐 发电与水力发电的原理相似。通过贮发

4、电与水力发电的原理相似。通过贮 水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库 内，以势能的形式保存，然后，在落内，以势能的形式保存，然后，在落 潮时放出海水，潮时放出海水，利用高、低潮位之间利用高、低潮位之间 的落差，的落差，推动水轮机旋转，带动发电推动水轮机旋转，带动发电 机发电。机发电。 潮汐能发电 潮汐发电方式 潮汐发电型式：潮汐发电型式： 单库单向型单库单向型，只能在落潮时发电。，只能在落潮时发电。 单库双向型单库双向型：在涨、落潮时都能发电。：在涨、落潮时都能发电。 双库双向型双库双向型：可连续发电，但未见实际应用。：可连续发电，但未见实际应用。 目前世界上最大的

5、潮汐发电站，是目前世界上最大的潮汐发电站，是19661966年在法国年在法国 朗斯潮汐电站，装有朗斯潮汐电站，装有2424台台104104千瓦贯流式水轮发电千瓦贯流式水轮发电 机机 ，年均发电量为，年均发电量为5.445.44亿度。亿度。19801980年建成的江厦年建成的江厦 潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前 世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为 32003200千瓦。千瓦。 单库单向型 单库单向型单库单向型是在是在涨潮涨潮时将贮水库闸门打开，向水时将贮水库闸门打开，向水 库充水，平潮时关闸；

6、库充水，平潮时关闸；落潮落潮后，待贮水库与外海后，待贮水库与外海 有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。 单库单向发电方式的优点是设备结构简单，投资单库单向发电方式的优点是设备结构简单，投资 少；缺点是发电断续，少；缺点是发电断续，1 1天中约有天中约有6565以上的时间以上的时间 处于贮水和停机状态。处于贮水和停机状态。 单库单向型 四个工况四个工况 10-12h 22%10-12h 22% 单库双向型 单库双向型单库双向型有两种设计方案。第一种方案利用两有两种设计方案。第一种方案利用两 套单向阀门控制两条向水轮机引水的管道。在涨套单向阀门控制两

7、条向水轮机引水的管道。在涨 潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进入水潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进入水 轮机，使水轮机单向旋转带动发电机。第二种方轮机，使水轮机单向旋转带动发电机。第二种方 案是采用双向水轮机组。案是采用双向水轮机组。 单库双向型运行工况 双库单向型 双库单向型双库单向型采用两个采用两个水力相联水力相联的水库，可实现潮的水库，可实现潮 汐能连续发电。汐能连续发电。涨潮涨潮时，向高贮水库充水；时，向高贮水库充水；落潮落潮 时，由低贮水库排水，利用两水库间的水位差，时，由低贮水库排水，利用两水库间的水位差， 使水轮发电机组连续单向旋转发电；其使水轮发电机组连续单向旋转发电

8、；其缺点缺点是要是要 建两个水库，投资大且工作水头降低。建两个水库，投资大且工作水头降低。 双库单向型运行工况 波浪能 波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。 波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。 波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及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。迎波面的宽度成正比。 波浪能的大小波浪能的大小可以用海水起伏势能的变化来进行可以用海水起伏势能的变化来进行 估算，即估算，即P P0.5TH20.5TH2（P P为单位波前宽度上的波浪为单位波前宽度上的

9、波浪 功率，单位功率，单位kw/mkw/m；T T为波浪周期，单位为波浪周期，单位s s；H H为波高，为波高， 单位单位m m。 波浪能发电 经过经过7070年代对多种波能装置进行的实验室研究和年代对多种波能装置进行的实验室研究和 8080年代进行的实海况试验及应用示范研究，波浪年代进行的实海况试验及应用示范研究，波浪 发电技术已逐步接近实用化水平，研究的重点也发电技术已逐步接近实用化水平，研究的重点也 集中于集中于3 3种种被认为是有商品化价值的装置，包括被认为是有商品化价值的装置，包括振振 荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。 波浪能发电 振荡

10、水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种振荡水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种。 目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为 转换的介质。在波浪力的作用下，气室下部的水转换的介质。在波浪力的作用下，气室下部的水 柱在气室内作强迫振动，压缩气室的空气往复通柱在气室内作强迫振动，压缩气室的空气往复通 过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能。在过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能。在 喷嘴安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相喷嘴安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相 连，则可利用连，则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电压缩气流驱动透平旋转并带动发电 机发

11、电机发电。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不 与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。 其缺点是二级能量转换效率较低。其缺点是二级能量转换效率较低。 波浪能发电 摆式波能装置也可分为漂浮式和固定式两种摆式波能装置也可分为漂浮式和固定式两种。在。在 波浪的作用下，摆体作前后或上下摆动，将波浪波浪的作用下，摆体作前后或上下摆动，将波浪 能转换成摆轴的动能。能转换成摆轴的动能。与摆轴相联的通常是液压与摆轴相联的通常是液压 装置，它将摆的动能转换成装置，它将摆的动能转换成 液力泵的动能，再带液力泵的动能，再带 动发电机

12、发电。动发电机发电。摆体的运动很适合波浪大推力和摆体的运动很适合波浪大推力和 低频的特性。因此，摆式装置的转换效率较高，低频的特性。因此，摆式装置的转换效率较高， 但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的 另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合。另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合。 相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波宽相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波宽 度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。 波浪能发电 聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级

13、 能量转换机构。能量转换机构。波道与海连通的一面开口宽，然波道与海连通的一面开口宽，然 后逐渐收缩通至贮水库。波浪在逐渐变窄的波道后逐渐收缩通至贮水库。波浪在逐渐变窄的波道 中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将 波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩波道具波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩波道具 有聚波器和转能器的双重作用。有聚波器和转能器的双重作用。水库与外海间的水库与外海间的 水头落差可达水头落差可达3-8m3-8m，利用水轮发电机组可以发电。，利用水轮发电机组可以发电。 聚波水库装置的优点是一级转换没有活动部件，聚波水库装置的优点是一级转换

14、没有活动部件， 可靠性好，维护费用低，系统出力稳定。不足之可靠性好，维护费用低，系统出力稳定。不足之 处是电站建造对地形有要求，不易推广。处是电站建造对地形有要求，不易推广。 海流能 海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓所谓 海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动海流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。其中一以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。其中一 种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距 离地流向另一个海域。离地流向另一个海域。 海流能发电 目前海流能发电之技

15、术发展乃以风能之研发结果 发电为基础，故海流涡轮机的结构与运转原理与 风力机类似。 海流能发电原理 海流能发电分类 海流的涡轮发电机一般分成水平轴式及垂直 轴式，水平轴式与一般的风力发电机组相当类似， 而垂直轴式则主要为Darrieus型helical型叶片涡轮 机或十字型翼面涡轮机。 海流能发电分类 水平轴式 海洋能发电分类 垂直轴式 温差能 温差能温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之是指海洋表层海水和深层海水之间水温之 差的热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热差的热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热 和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能

16、大部 分被海水吸收，使海洋表层水温升高。赤道附近分被海水吸收，使海洋表层水温升高。赤道附近 太阳直射多，其海域的表层温度可达太阳直射多，其海域的表层温度可达25252828， 波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水 温可达温可达3535。而在海洋深处。而在海洋深处50O50O1000m1000m处海水温处海水温 度却只有度却只有3 366。这个垂直的温差就是一个可供这个垂直的温差就是一个可供 利用的巨大能源。利用的巨大能源。在大部分热带和亚热带海区，在大部分热带和亚热带海区， 表层水温和表层水温和1000m1000m深处的水温相差深处的水温相差20

17、20以上，这是以上，这是 热能转换所需的最小温差。热能转换所需的最小温差。据估计，如果利用这据估计，如果利用这 一温差发电，其功率可达一温差发电，其功率可达2TW2TW。 温差能发电 海洋面积佔据了整个地球表面的70%， 由於海洋面积广泛，加上太阳光的照射海 洋可说是地球上最大的太阳能储存场；若 将海洋热能转换发电故称为温差发电，目 前转换效率约3。 温差能发电原理图 温差能发电方式 开式循环系统主要包括真空泵、温水泵、冷水 泵、闪蒸器、冷凝器、透平一发电机组等部分。 真空泵先将系 统内抽到一定的真空，接着起动温 水泵把表层的温水抽入闪蒸器，由于系统内已保 持有一定的真空度，所以 温海水就在闪蒸器内沸 腾蒸发，变为蒸汽。蒸汽经管道由喷嘴喷出推动 透平运转，带动发电机发电。从透平 排出的低压 蒸汽进入冷凝器，被由冷水泵从深层海水中抽上 的冷海水所冷却，重新凝结为水，并排入海中。 开式循环系统 闭式循环系统 闭式循环系统不以海水而采用一些低涕点的物质 （如丙烷、氟利昂、氨等）作为工作介质，在闭 合回路内 反复进行蒸发、膨胀、冷凝。温水的温 度降低，氨水的温度升育并开始沸腾变为氨气。 氨气经过透平的叶片通道，膨胀作