新能源与分布式发电技术05海洋能多种发电技术ppt课件

1、新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海洋的宏大威力海洋的宏大威力宏大的海浪可把宏大的海浪可把 13 13吨重的整块巨石抛到吨重的整块巨石抛到 20 20米高处，米高处，能把能把 1.7 1.7万吨的大船推上海岸。万吨的大船推上海岸。19681968年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪折为两段想想这是怎样缘由？详见教材引例故折为两段想想这是怎样缘由？详见教材引例故事事假设海洋中蕴藏的丰富能源可以为人类所用，那人类也许假设海洋中蕴藏的丰富能源可以为人类所用，那人类也许再也不用为能源问题担忧了。再也不用为能源问题担忧了。新能源与分布式发

2、电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5 海洋能多种发电技术海洋能多种发电技术关注的问题关注的问题浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？海洋中的各种能量都是怎样构成的？海洋中的各种能量都是怎样构成的？大洋中的海流又能否利用？大洋中的海流又能否利用？不同深处的海水温差如何转变为电能？不同深处的海水温差如何转变为电能？咸海水中的盐分和发电有什么联络？咸海水中的盐分和发电有什么联络？海洋能发电的设备有什么特点？海洋能发电的设备有什么特点？海洋能发电的开展情况如何？海洋能发电的开展情况如何？教学目的教学目的了解海洋能资源的构成缘由和表现特征，了解海洋能资源的构成缘由和表现特征，

3、了解海洋能发电的各种方式和相关思绪，了解海洋能发电的各种方式和相关思绪，了解海洋能发电的特点和意义。了解海洋能发电的特点和意义。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海和洋海和洋 海和洋是有区别的，是不同的概念。海和洋是有区别的，是不同的概念。远离陆地的水体部分为洋，接近大陆的水体部分为远离陆地的水体部分为洋，接近大陆的水体部分为海。海。洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的边缘部分。海是海洋的边缘部分。海洋是地球上宽广而延续的咸水水体的总称，是相互连通的。海洋是地球上宽广而延续的咸水水体的总称，是相互连通的。海洋的水底地形，像

4、个大水盆详见教材。海洋的水底地形，像个大水盆详见教材。5.1 海洋的概念海洋的概念新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电地球外表的总面积约地球外表的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占亿平方公里，其中海洋的面积占71%，聚集了地球，聚集了地球97%的水量。的水量。趣闻：假设地球外表是平整的球面，将就会怎样？趣闻：假设地球外表是平整的球面，将就会怎样？新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海洋能源简称海洋能海洋能源简称海洋能 海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。

5、称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等方式存以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等方式存在。在。除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。海洋能源又可分为机械能、热能和化学能。想想上海洋能源又可分为机械能、热能和化学能。想想上面五种方式的海洋能都是什么类型？面五种方式的海洋能都是什么类型？蕴藏于海水中的海洋能是非常宏大的，这些海洋能蕴藏于海水中的海洋能是非常宏大的，这些海洋能源可以不断得到补充，都是取之不尽、用之不竭源可以不断得到补

6、充，都是取之不尽、用之不竭的。的。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.2 海洋能资源海洋能资源海洋是超大的太阳能接纳体和存储器，是个海洋是超大的太阳能接纳体和存储器，是个“蓝色油田。蓝色油田。据结合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为据结合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦。亿千瓦。其中其中温差能为温差能为400 亿千瓦，盐差能为亿千瓦，盐差能为300 亿千瓦，亿千瓦，潮汐能为潮汐能为 30 亿千瓦，波浪能为亿千瓦，波浪能为 30 亿千瓦，亿千瓦，海流能为海流能为 6 亿千瓦。亿千瓦。5.2.1 世界海洋能资源世界海洋能资源不是全能利用。估计技术上允许

7、利用的约不是全能利用。估计技术上允许利用的约64 亿千瓦，亿千瓦，其中，盐差能其中，盐差能30 亿千瓦，温差能亿千瓦，温差能20 亿千瓦，亿千瓦， 波浪能波浪能10 亿千瓦，海流能亿千瓦，海流能3 亿千瓦，潮汐能亿千瓦，潮汐能1 亿千亿千瓦。瓦。也有学者给出不同的估计。也有学者给出不同的估计。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电公布的结果：公布的结果：沿海潮汐能资源可开发总装机容量为沿海潮汐能资源可开发总装机容量为2179 万千瓦，年发万千瓦，年发电电624 亿度；亿度；进入岸边的波浪能实际平均功率为进入岸边的波浪能实际平均功率为1285 万千瓦；万千瓦；潮流能实际平均功率

8、潮流能实际平均功率4 万千瓦；万千瓦；温差能实际蕴藏量约温差能实际蕴藏量约 (1.21.3)1019 kJ，实践可用装机，实践可用装机(1.31.5)106 MW；盐差能资源实际蕴藏量约为盐差能资源实际蕴藏量约为3.91015 kJ，实际功率为，实际功率为1.25105 MW。5.2.2 我国海洋能资源我国海洋能资源新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.2.3 5.2.3 海洋能的特点海洋能的特点海洋能的特点，主要表达在以下几个方面：海洋能的特点，主要表达在以下几个方面：1蕴藏量丰富，可循环再生。蕴藏量丰富，可循环再生。2能流分布不均，能量密度低。能流分布不均，能量密度低

9、。3稳定性较好或者变化有规律。稳定性较好或者变化有规律。4清洁无污染。清洁无污染。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3 波浪发电波浪发电 5.3.1 波浪的成因和类型波浪的成因和类型波浪的能量来自于风和海面的相互作用，波浪的能量来自于风和海面的相互作用，传送的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。传送的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。小知识：宏大浪涌往往是风暴来袭的前兆？小知识：宏大浪涌往往是风暴来袭的前兆？新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海浪的类型海浪的类型风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面动摇。由风浪，在风的直接吹拂作用

10、下产生的水面动摇。由风引起的波浪在接近其构成的区域才被称为风浪。风引起的波浪在接近其构成的区域才被称为风浪。 风浪传播开去，出如今间隔很远的海面。这种不在风浪传播开去，出如今间隔很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。有风海域的波浪称为涌浪。外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改动动外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改动动摇性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近摇性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。岸浪。小知识：小知识：“无风不起浪和无风不起浪和“无风三尺浪无风三尺浪新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；水面上

11、的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动。圆运动。海浪的运动海浪的运动新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2 波浪能资源的分布和特点波浪能资源的分布和特点波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种要素有关。度等多种要素有关。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳

12、定的一种。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.1 全球波浪能资源全球波浪能资源波浪能年平均功率密度的全球分布，如下图：波浪能年平均功率密度的全球分布，如下图：想想：哪些地方的波浪能比较便于利用？想想：哪些地方的波浪能比较便于利用？新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.2 我国波浪能资源我国波浪能资源我国海岸线长，海域辽阔。我国海岸线长，海域辽阔。90%以上分布在经济兴隆而常规能源缺乏的东南沿海，主要以上分布在经济兴隆而常规能源缺乏的东南沿海，主要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。据波浪能

13、能流密度和开发利用的自然环境条件，据波浪能能流密度和开发利用的自然环境条件，首选浙江、福建沿岸，应为重点开发利用地域，首选浙江、福建沿岸，应为重点开发利用地域，其次广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。其次广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.3 波浪能的优点波浪能的优点在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：1以机械能方式存在，在各种海洋能中档次最高；以机械能方式存在，在各种海洋能中档次最高；2在海洋能中能流密度最大；在海洋能中能流密度最大；3在海洋中分布最广。在海洋中

14、分布最广。4可经过较小的安装实现其利用；可经过较小的安装实现其利用；5可提供可观的廉价能量。可提供可观的廉价能量。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.3 波浪发电安装的根本构成波浪发电安装的根本构成波浪发电，普通是经过波浪能转换安装，先把波浪能转换为波浪发电，普通是经过波浪能转换安装，先把波浪能转换为机械能，再最终转换成电能。机械能，再最终转换成电能。波浪上下起伏或左右摇摆，可以直接或间接带动水轮机或空波浪上下起伏或左右摇摆，可以直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动气涡轮机转动波浪能利用的关键是波浪能转换安装，通常经三级转换：波浪能利用的关键是波浪能转换安装，通常经

15、三级转换：1波浪能采集系统，捕获波浪的能量；波浪能采集系统，捕获波浪的能量；2机械能转换系统，把捕获的波浪能转换为某种特定方式机械能转换系统，把捕获的波浪能转换为某种特定方式的机械能；的机械能；3发电系统，与常规发电安装类似，用空气涡轮机或水轮发电系统，与常规发电安装类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传送给发电机转换为电能。机等设备将机械能传送给发电机转换为电能。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.4 波浪能的转换方式波浪能的转换方式波浪能的转换方式，大体上可分为四类：波浪能的转换方式，大体上可分为四类： 机械传统式机械传统式 空气涡轮式空气涡轮式 液压式液压

16、式 蓄能水库式蓄能水库式1机械传动式机械传动式新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电2空气涡轮式空气涡轮式这种安装构造简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露这种安装构造简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。的问题。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电3液压式液压式经过某种泵液安装将波浪能转换为液体的压能或位能，再由经过某种泵液安装将波浪能转换为液体的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机。油压马达或水轮机驱动发电机。这类安装构造复杂，本钱也较高。这类安装构造复杂，本钱也较高。但由于液体的不可紧缩性，当与波浪相互作用时，液压机构但由于液体的不可紧

17、缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，转换效率也明显高。能获得很高的压强，转换效率也明显高。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电4蓄能水库式蓄能水库式也叫收缩斜坡聚焦波道式，也叫收缩斜坡聚焦波道式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，类似潮汐发电。电，类似潮汐发电。这类安装构造相对简单，而且由于有水库储能，可实现较稳这类安装构造相对简单，而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最胜利的方式之一。定和便于调控的电能输出，是迄今最胜利的方式之一。但普通效率不高，而且对地形条件依

18、赖性强，运用遭到局限。但普通效率不高，而且对地形条件依赖性强，运用遭到局限。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电根据系留形状，波浪能转换安装可分为固定式和漂浮式。根据系留形状，波浪能转换安装可分为固定式和漂浮式。5.3.5 波浪能安装的安装方式波浪能安装的安装方式各种波浪能转换安装，往往都需求一个主梁或主轴，即一种各种波浪能转换安装，往往都需求一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的构造，系锚或固定在海床或海滩。居中的、稳定的构造，系锚或固定在海床或海滩。根据主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换安装可分为：根据主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换安装可分为：1终结型方式终结型方

19、式2减缓型方式减缓型方式3点吸收方式点吸收方式新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.6 典型的波浪能发电安装典型的波浪能发电安装1 振荡水柱式振荡水柱式OWC水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向假设来回变化，发电也时正时负假设来回变化，发电也时正时负小知识：小知识：Wells涡轮机详见教材涡轮机详见教材新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电3点头鸭式点头鸭式Duck鸭子的鸭子的“胸脯对着海浪传胸脯对着海浪传播的方向，随着海浪的播的方向，随着海浪的动摇，像不倒翁一样不动摇，像不倒翁一样

20、不停地摆动。停地摆动。摇摆机构带动内部的凸轮摇摆机构带动内部的凸轮/铰链机构，改动任务液铰链机构，改动任务液体的压力，从而带开任体的压力，从而带开任务泵，推进发电机发电。务泵，推进发电机发电。 可同时将波浪的动能和势能转换，实际效率到达可同时将波浪的动能和势能转换，实际效率到达90%以上。以上。浮动主梁骨架上，可并排放置多个浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子鸭子 。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电4海蛇式海蛇式Pelamis由一系列圆柱形钢壳构造单元铰接而成，外型类似火车。由一系列圆柱形钢壳构造单元铰接而成，外型类似火车。 当波浪起浮带动整条安装时就会起动铰接点，其内

21、部的液压当波浪起浮带动整条安装时就会起动铰接点，其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5摆式摆式Pendulum1983 年建造了一座推摆式波浪能电站。年建造了一座推摆式波浪能电站。经过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。经过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。这是日本的波浪能电站中这是日本的波浪能电站中效率较高的一个。效率较高的一个。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电6收缩坡道式收缩坡道式在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当在

22、电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机前往大海。进入一个水库，然后经过水轮机前往大海。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电7其它海浪发电安装其它海浪发电安装其它多种新型海浪发电安装的原理和图片，详见教材。其它多种新型海浪发电安装的原理和图片，详见教材。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电波浪能转换发电系统的主要构造波

23、浪能转换发电系统的主要构造新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.7 代表性波浪能发电工程代表性波浪能发电工程1英国英国75kW 和和500kW 的的LIMPET岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型OWC波波浪能安装。浪能安装。1991年在苏格兰爱雷岛上建成年在苏格兰爱雷岛上建成75kW工程。工程。2000年又在同一岛屿上建成一座年又在同一岛屿上建成一座500 kW的工程，是目前世的工程，是目前世界上最胜利的海浪发电安装。界上最胜利的海浪发电安装。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电2挪威挪威350kW

24、的的TAPCHAN1986 年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容量为量为350kW 波浪能电站。波浪能电站。特征：开口约特征：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。的楔形导槽。电站从电站从1986年建成后，不断正常运转到年建成后，不断正常运转到1991年，年平均输出年，年平均输出功率约为功率约为75kW，是比较胜利的一座波浪电站。，是比较胜利的一座波浪电站。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电3英国英国750kW 的海蛇的海蛇“海蛇海蛇 由英国海洋动力传送公司设计。漂浮式，由假设干

25、由英国海洋动力传送公司设计。漂浮式，由假设干圆柱形钢壳构造单元铰接而成。圆柱形钢壳构造单元铰接而成。第一个第一个“海蛇波能安装海蛇波能安装2002年年3月完成。月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇波浪发电工程，海蛇波浪发电工程，每条每条“海蛇的装机容量为海蛇的装机容量为750 kW。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电4日本日本“海明号海明号“海明号波浪发电方案是由日本海洋科学技术中心牵头，美、海明号波浪发电方案是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参与。英、挪威、瑞典、加拿大等国参与。研讨任务在一个由船舶改造的漂浮构造上进展

26、，带有研讨任务在一个由船舶改造的漂浮构造上进展，带有13个振个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电安装。荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电安装。“海明号的船身构造海底电缆和锚泊设计较胜利，但发电效海明号的船身构造海底电缆和锚泊设计较胜利，但发电效率令人绝望，系统总效率不超越率令人绝望，系统总效率不超越6.5%。作为一个大型国际协作工程，作为一个大型国际协作工程，“海明方案的奉献不仅在于获海明方案的奉献不仅在于获得了大量技术成果，还在世界范围内推进了波浪能研讨。得了大量技术成果，还在世界范围内推进了波浪能研讨。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5日本日本

27、“巨鲸号巨鲸号“巨鲸是日本海洋科学中心于巨鲸是日本海洋科学中心于1990s初开场研建。初开场研建。一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用方案。一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用方案。安装了安装了1台台10 kW、2台台50 kW和和2台台30 kW的发电机组，于的发电机组，于1998年完成制造，投放于三重县外海。年完成制造，投放于三重县外海。 1998年年9月开场继续两年的实海况实验，安装的各部分任务正月开场继续两年的实海况实验，安装的各部分任务正常，总发电效率最大可达常，总发电效率最大可达12%。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电6欧共体欧共体

28、2MW 的的OSPREYOSPREY意思是海洋涌浪动力可再生能源，实践上是波浪能意思是海洋涌浪动力可再生能源，实践上是波浪能和风能两用的近岸安装。和风能两用的近岸安装。1995年英国制造了年英国制造了OSPREY-1，总容量，总容量2MW，其中沉箱式波，其中沉箱式波能发电安装能发电安装500 kW，风能，风能1500 kW，造价，造价$350万，下水万，下水时安装遭到损坏。时安装遭到损坏。英国又开场研建英国又开场研建OSPREY 2000，装机容量仍为，装机容量仍为2MW。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电7中国大万山岛中国大万山岛3kW 和和20kW 岸基岸基OWC1

29、989 年，中科院广州能源研讨所，在珠海市大万山岛，建年，中科院广州能源研讨所，在珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪能实验电站。成中国第一座波浪能实验电站。这座这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。涡轮机。 在该电站原有根底上，在该电站原有根底上，1996 年完成年完成20 千瓦电站的建造。千瓦电站的建造。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电8中国广东汕尾中国广东汕尾100kW 岸基岸基OWC2001 年建成的年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮

30、浪镇，是一座与并网运转的岸式浪镇，是一座与并网运转的岸式OWC型波浪能电站。型波浪能电站。这座电站的建立胜利，使我国大型波能安装的设计、建造、这座电站的建立胜利，使我国大型波能安装的设计、建造、维护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研维护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研讨根本到达国际同时期的先进程度。讨根本到达国际同时期的先进程度。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.8 波浪发电的开展波浪发电的开展1799 年，世界上第一个关于波浪能发电的专利。年，世界上第一个关于波浪能发电的专利。20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和注世纪

31、中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和注重。波浪能发电的想象在世界各地不断涌现。重。波浪能发电的想象在世界各地不断涌现。1964 年，世界上第一个海浪发电安装年，世界上第一个海浪发电安装航标灯。航标灯。1970s末，日本、美、英等国协作研制了末，日本、美、英等国协作研制了“海明号发电船，海明号发电船，还有远离海岸的电力传输安装，并进展了海上实验。还有远离海岸的电力传输安装，并进展了海上实验。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。1989年，中国第一座波浪电站建成并试

32、发电胜利。年，中国第一座波浪电站建成并试发电胜利。1996年改年改建为建为20千瓦。千瓦。1999年，年，100千瓦摆式波浪能电站试运转胜利。千瓦摆式波浪能电站试运转胜利。2000年，年，100千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。目前至少已累计消费目前至少已累计消费600多台在中国沿海运用，并出口到日本多台在中国沿海运用，并出口到日本等国家。等国家。5.3.8 波浪发电的开展波浪发电的开展新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4 海流发电海流发电海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流洋流)，

33、以及由潮汐导致的有规律的海水流动以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流潮流)。海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。洋流方向根本不变，流速也比较稳定；洋流方向根本不变，流速也比较稳定；潮流会周期性地改动大小和方向。潮流会周期性地改动大小和方向。 5.4.1 海流和海流能海流和海流能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电普通说来，最大流速在普通说来，最大流速在2m/s 以上的水道，海流能均有实践以上的水道，海流能均有实践开发价值。开发价值

34、。潮流的流速普通潮流的流速普通25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如杭州湾海潮。很大。例如杭州湾海潮。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流和墨西哥洋流。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流和墨西哥洋流。海流的能量海流的能量新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海流能资源在全国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福建海流能资源在全国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富。和台湾沿海的海流能较为丰富。根据沿海能源密度、实际蕴藏量和开发利用的环境条件等要根据沿海能源密度、实际蕴藏量和开发利用的环境条件等要素，浙江舟山和渤海海峡

35、等海域条件良好。素，浙江舟山和渤海海峡等海域条件良好。海流能的资源分布海流能的资源分布新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4.2 海流发电的开展情况海流发电的开展情况进展海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。进展海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等兴隆国家进展了较多的潮流发电实验，其中美、日和英等兴隆国家进展了较多的潮流发电实验，相对而言走在前列。相对而言走在前列。加拿大在加拿大在 1980 年就提出用类似垂直轴风力机的水轮机来获年就提出用类似垂直轴风力机的水轮机来获取潮流能，还进展了取潮流能，还进展了5 kW的海流透平实验。

36、的海流透平实验。随后英国和意大利想象的潮流发电机都采用类似的方案。随后英国和意大利想象的潮流发电机都采用类似的方案。1985 年美国实验了年美国实验了2 kW小型的海流涡轮机发电安装。小型的海流涡轮机发电安装。日本日本1988 年安装在海底的年安装在海底的215kW海流机组，是比较胜利的海流机组，是比较胜利的海流发电工程。海流发电工程。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电中国是世界上潮流发电研讨最早的国家。中国是世界上潮流发电研讨最早的国家。1978年，有农民企业家造了一个实验安装，得到了年，有农民企业家造了一个实验安装，得到了6.3kW的的电力输出。电力输出。 哈工大经过

37、多次样机实验，哈工大经过多次样机实验， 2000 年建成年建成70kW 实验电站。实验电站。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海流发电有许多优点不用像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担忧泥沙淤积；也不像海浪发电那样，电力输出不稳。目前海流发电虽然还处在小型实验阶段，它的开展还不及潮汐发电和海浪发电，但人们置信，海流发电将以稳定可靠、安装简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4.3 海流发电的原理海流发电的原理1轮叶式海流发电轮叶式海流发电原理和风力发电类似，利用海流推进轮叶，带动发原理和风力发电类似，利用海流推

38、进轮叶，带动发电机。电机。轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，如下图。如下图。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电教材中，图教材中，图 5.35 5.35 和图和图5.365.36为两个轮叶式海流发电机的实例，为两个轮叶式海流发电机的实例，分别为：分别为：英国洋流涡轮机公司制造的英国洋流涡轮机公司制造的SeaGenSeaGen轮叶式海流发电安装，轮叶式海流发电安装，佛罗里达大西洋大学研发的佛罗里达大西洋大学研发的“海底发电机。海底发电机。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电2降落伞式海流发电降落伞式海流

39、发电多个多个“降落伞串联在环形的铰链绳上。降落伞串联在环形的铰链绳上。当海流的力量会迫使当海流的力量会迫使“降落伞张开或收拢。降落伞张开或收拢。铰链绳在撑开的铰链绳在撑开的“降落伞带动下转动，带动安装在降落伞带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电3磁流式海流发电磁流式海流发电带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。电流。磁流式发电安装没有机械传动部件，不用发电机组，磁流式发电安装没有机械传动部件，不用发电机组，海流能的利用效率很高

40、。海流能的利用效率很高。目前这种海流发电方式还处在原理性研讨阶段。目前这种海流发电方式还处在原理性研讨阶段。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.5 温差发电温差发电海水的温差海水的温差太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差别的。太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差别的。程度分布，普通随着纬度添加而降低。程度分布，普通随着纬度添加而降低。垂直分布，都是随着深度添加而降低。垂直分布，都是随着深度添加而降低。海水温度大体坚持稳定，温度变动范围普通在海水温度大体坚持稳定，温度变动范围普通在-23。 5.5.1 海水的温差和温差能海水的温差和温差能海水温差能海水温差能由海洋表层海

41、水和深层海水之间水温差构成的温由海洋表层海水和深层海水之间水温差构成的温差热能，是海洋能的一种重要方式。差热能，是海洋能的一种重要方式。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电全球的海洋温差能分布全球的海洋温差能分布据有关研讨资料，位于北纬据有关研讨资料，位于北纬45至南纬至南纬40的约的约100 个国家和地域都可以进展海洋温差发电。个国家和地域都可以进展海洋温差发电。中国的海水温差能分布中国的海水温差能分布我国南海的表层海水温度全年平均在我国南海的表层海水温度全年平均在2528，其中有其中有300 多万多万km2海区，上下温度差为海区，上下温度差为20左左右，是海水温差发电的

42、好地方。右，是海水温差发电的好地方。 5.5.1 海水的温差和温差能海水的温差和温差能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2 温差发电的原理温差发电的原理海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的温度差来发电。温度差来发电。通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换OTEC的热动力发电技术，的热动力发电技术，任务方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环三种。任务方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环三种。最近，也有研讨者提出最近，也有研讨者提出根据温差效

43、应利用海水温差直接发电的想象。根据温差效应利用海水温差直接发电的想象。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.1 开式循环系统开式循环系统任务原理任务原理先用真空泵将循环系统内抽成真空，再用温水泵把先用真空泵将循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。温海水抽入蒸发器。系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽，推进蒸汽轮机运转，带动发电机发，变为蒸汽，推进蒸汽轮机运转，带动发电机发电。发电。蒸汽经过汽轮机后，被冷水泵抽上来的深海冷水冷蒸汽经过汽轮机后，被冷水泵抽上来的深海冷水冷却，凝结成淡化水后排出

44、。却，凝结成淡化水后排出。冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。作为任务物质的海水，与外界相通，因此称为开式作为任务物质的海水，与外界相通，因此称为开式循环。循环。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.1 开式循环系统开式循环系统开式循环的优点开式循环的优点在发电的同时，还可以获得很多有用的副产品。在发电的同时，还可以获得很多有用的副产品。温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水，可温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水，可用来提炼化工产品；用来提炼化工产品；可以得到大量淡水。可以得到大量淡水。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海

45、洋能发电开式循环的缺乏开式循环的缺乏 低温低压下海水的蒸气压很低，为使汽轮发电机低温低压下海水的蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压下运转，机组必需造得非常庞大。能在低压下运转，机组必需造得非常庞大。 开式循环的热效率很低，为减少损耗，不得不把开式循环的热效率很低，为减少损耗，不得不把各种安装和管道设计得很大。各种安装和管道设计得很大。 需求耗用巨量的温海水和冷海水，耗能严重，发需求耗用巨量的温海水和冷海水，耗能严重，发电量的电量的1/41/3 耗费于系统本身。耗费于系统本身。 在海洋深处提取大量的冷海水，存在许多技术困在海洋深处提取大量的冷海水，存在许多技术困难。难。5.5.2.1 开式循环系

46、统开式循环系统新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.2 闭式循环系统闭式循环系统闭式循环系统用低沸点液体如液态氨作为任务介质，所闭式循环系统用低沸点液体如液态氨作为任务介质，所产生的蒸气作为任务流体。产生的蒸气作为任务流体。氨水的沸点氨水的沸点33，明显低于水，更容易沸腾。，明显低于水，更容易沸腾。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电闭式循环系统的特点闭式循环系统的特点缺陷：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵。缺陷：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵。优点：蒸汽压力提高数倍，发电安装体积变小，而优点：蒸汽压力提高数倍，发电安装体积变小，而发电量可到达工

47、业规模。发电量可到达工业规模。闭式循环系一致提出，就得到广泛的赞同和注重，闭式循环系一致提出，就得到广泛的赞同和注重，成为目前海水温差发电的主要方式。成为目前海水温差发电的主要方式。5.5.2.2 闭式循环系统闭式循环系统新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新颖淡水，又来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新颖淡水，又可减少蒸发器体积，节省资料，便于维护。可减少蒸发器体积，节省资料，便于维护。5.5.2.3 混合循环系统混合循环系统新

48、能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电据塞贝克效应，假设将两个不同的导体据塞贝克效应，假设将两个不同的导体/半导体电极分别置于半导体电极分别置于海洋表层温海水和深层冷海水中，电极间即可产生电压。海洋表层温海水和深层冷海水中，电极间即可产生电压。这种温差发电方法，在详细实现上仍有很多困难，还停留在这种温差发电方法，在详细实现上仍有很多困难，还停留在想象阶段。想象阶段。5.5.2.4 直接温差发电直接温差发电新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.3 温差发电的开展温差发电的开展1881 年，法国人最早提出利用海水温差发电的想象；年，法国人最早提出利用海水温

49、差发电的想象；1948 年，法国在非洲象牙海岸建造了一座年，法国在非洲象牙海岸建造了一座7MW 的开式循环的开式循环海水温差发电站。海水温差发电站。1964 年，美国人提出了闭式循环方案。年，美国人提出了闭式循环方案。1980 年，美国在夏威夷建造了一座年，美国在夏威夷建造了一座1MW 的实验安装。的实验安装。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电日本科学家从日本科学家从1973 年开场进展海洋温差发电的研讨。年开场进展海洋温差发电的研讨。日本日本1981年完成年完成100kW 闭式循环温差电站，闭式循环温差电站，1993年建成年建成210kW 开式循环安装，净出力为开式循环

50、安装，净出力为4050kW。1995 年前后印度建成年前后印度建成6 座座5 万千瓦的陆基海水温差能电站。万千瓦的陆基海水温差能电站。1980s年代台湾电力公司和中科院广州能源研讨所分别开设年代台湾电力公司和中科院广州能源研讨所分别开设进展了温差利用的研讨。进展了温差利用的研讨。5.5.3 温差发电的开展温差发电的开展新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电温差发电的世界之最温差发电的世界之最世界最早的海水温差发电实验世界最早的海水温差发电实验 1926 年，克劳德在法兰西科学院大厅，年，克劳德在法兰西科学院大厅，世界第一座海水温差电站世界第一座海水温差电站 1930 年，克劳

51、德在古巴海滨年，克劳德在古巴海滨世界第一座适用的海水温差电站世界第一座适用的海水温差电站 1979年，美国在夏威夷岛西部海域年，美国在夏威夷岛西部海域世界最大的海水温差电站世界最大的海水温差电站 1990 年，日本在鹿儿岛年，日本在鹿儿岛新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海洋温差能发电系统，还有许多技术和经济问题需求处理：海洋温差能发电系统，还有许多技术和经济问题需求处理：1转换效率低。转换效率低。2投资本钱高。投资本钱高。3建立难度大。建立难度大。4选址不容易。选址不容易。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6 盐差发电盐差发电海水中至少有海水中

52、至少有 80 多种化学元素，主要以盐类化合物存在，多种化学元素，主要以盐类化合物存在，在水里会电离成带正负电荷的两类离子。在水里会电离成带正负电荷的两类离子。盐差能就是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之盐差能就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，是以化学能形状出现的海洋能。间的化学电位差能，是以化学能形状出现的海洋能。全球海洋的海水盐度分布，参见教材图全球海洋的海水盐度分布，参见教材图5.41。河流入海口，往往有显著的盐度差。河流入海口，往往有显著的盐度差。5.6.1 海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电

53、据估计，假设只需降雨量大的地域的盐度差才干利用，技术据估计，假设只需降雨量大的地域的盐度差才干利用，技术上可利用的约上可利用的约30 亿千瓦。亿千瓦。我国盐差能的实际功率约我国盐差能的实际功率约1.25105 MW，主要集中在各大江，主要集中在各大江河的出海处。河的出海处。同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。海水的盐差能的分布海水的盐差能的分布新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电在半透膜在半透膜(水能经过水能经过,盐不能盐不能)隔开的有浓度差别的溶液之间，隔开的有浓度差别的溶液之间，低浓度溶液透入高浓度溶液的景象，称为

54、浸透景象。低浓度溶液透入高浓度溶液的景象，称为浸透景象。发生浸透景象时，假设在浓度大的溶液上施加一个机械压强，发生浸透景象时，假设在浓度大的溶液上施加一个机械压强，恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生浸透，那么该机械压强恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生浸透，那么该机械压强就等于这两种溶液之间的浸透压。就等于这两种溶液之间的浸透压。5.6.2 浸透和浸透压浸透和浸透压新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6.3 盐差能发电的方法盐差能发电的方法浸透压法，就是利用半透膜两侧的浸透压，在不同盐浓度的浸透压法，就是利用半透膜两侧的浸透压，在不同盐浓度的海水之间构成水位差，然后利用海水从高处流

55、向低处时提海水之间构成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，类似潮汐发电。供的能量来发电，类似潮汐发电。关键技术：关键技术：半透膜技术和膜与海水间的流体交换技术，半透膜技术和膜与海水间的流体交换技术，技术难点：技术难点：制造强度足够、性能优良、本钱适宜的半透膜。制造强度足够、性能优良、本钱适宜的半透膜。5.6.3.1 浸透压法浸透压法新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电1强力渗压发电强力渗压发电在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后水库。前坝内安装

56、水轮发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。水库的水经过半透膜不断流入海水中为什么？，水库水库的水经过半透膜不断流入海水中为什么？，水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。击水轮机旋转，并带动发电机发电。技术难点：在低技术难点：在低于海平面的深坑于海平面的深坑建造电站；可以建造电站；可以抵抗腐蚀的半透抵抗腐蚀的半透膜。开展的前景膜。开展的前景不大。不大。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电2水压塔渗压发电水压塔渗压发电水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充入海水，运转时淡水从半透膜向水压塔内浸透，使水压塔入海水，运转时淡水从半透膜向水压塔内浸透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水内水位不断