新能源与分布式发电技术海洋能多种发电技术学习教案

1、会计学1第一页，共75页。第1页/共74页第二页，共75页。海洋是地球海洋是地球(dqi)上广大而连续的咸水水体的总称，是相互连通的上广大而连续的咸水水体的总称，是相互连通的。海洋的水底地形海洋的水底地形(dxng)，像个大水盆（详见教材）。，像个大水盆（详见教材）。第2页/共74页第三页，共75页。第3页/共74页第四页，共75页。第4页/共74页第五页，共75页。5.2.1 世界世界(shji)海洋能资源海洋能资源不是全能利用。估计不是全能利用。估计技术上允许利用的技术上允许利用的约约64 亿千瓦亿千瓦，其中，其中，盐差能盐差能30 亿亿千瓦，千瓦，温差能温差能20 亿亿千瓦，千瓦， 波浪

2、能波浪能10 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能3 亿亿千瓦，潮汐能千瓦，潮汐能1 亿亿千千瓦。瓦。也有学者给出不同的估计。也有学者给出不同的估计。第5页/共74页第六页，共75页。5.2.2 我国海洋能资源我国海洋能资源(zyun)第6页/共74页第七页，共75页。第7页/共74页第八页，共75页。小知识：巨大浪涌往往小知识：巨大浪涌往往(wngwng)是风暴来袭的前兆？是风暴来袭的前兆？第8页/共74页第九页，共75页。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波动。由风引风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。起的波浪在靠近其形成的

3、区域才被称为风浪。 风浪传播开去风浪传播开去(ki q)，出现在距离很远的海面。这种不，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。在有风海域的波浪称为涌浪。外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。小知识小知识(zh shi)：“无风不起浪无风不起浪”和和“无风三尺浪无风三尺浪”第9页/共74页第十页，共75页。海浪的运动海浪的运动(yndng)第10页/共74页第十一页，共75页。第11页/共74页第十二页，共75页。波浪能年平均功率密度的

4、全球波浪能年平均功率密度的全球(qunqi)分布，如图所示：分布，如图所示：想想：哪些地方的波浪能比较想想：哪些地方的波浪能比较(bjio)便于利用？便于利用？第12页/共74页第十三页，共75页。第13页/共74页第十四页，共75页。第14页/共74页第十五页，共75页。波浪能利用的关键是波浪能转换波浪能利用的关键是波浪能转换(zhunhun)装置，通常经三装置，通常经三级转换级转换(zhunhun)：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）机械能转换(zhunhun)系统，把捕获的波浪能转换系统，把捕获的波浪能转换(zhunhun)为某种特定形

5、式的机械能；为某种特定形式的机械能；3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换等设备将机械能传递给发电机转换(zhunhun)为电能。为电能。第15页/共74页第十六页，共75页。（1）机械传动）机械传动(j xi chun dn)式式第16页/共74页第十七页，共75页。这种装置结构简单这种装置结构简单(jindn)，而且以空气为工质，没有，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。液压油泄露的问题。第17页/共74页第十八页，共75页。第18页/共74页第十九页，共75页。第19页/共74页第二十页

6、，共75页。各种各种( zhn)波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。根据根据主梁与波浪运动方向的关系主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换装置可分为：，波浪能转换装置可分为：（1）终结型模式）终结型模式（2）减缓型模式）减缓型模式（3）点吸收模式）点吸收模式第20页/共74页第二十一页，共75页。水注上升水注上升(shngshng)和下降时，气流方向是相反的，气轮和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负机的旋转方向如果

7、来回变化，发电也时正时负小知识小知识：Wells涡轮机（涡轮机（详见教材详见教材）第21页/共74页第二十二页，共75页。鸭子的鸭子的“胸脯胸脯”对着海浪对着海浪传播的方向，随着海浪传播的方向，随着海浪的波动，像不倒翁一样的波动，像不倒翁一样不停地摆动。不停地摆动。摇摆机构带动内部的凸轮摇摆机构带动内部的凸轮/铰链铰链(jiolin)机构，改机构，改变工作液体的压力，从变工作液体的压力，从而带动工作泵，推动发而带动工作泵，推动发电机发电。电机发电。 第22页/共74页第二十三页，共75页。当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压圆

8、筒的泵油会起动液压马达经过一个圆筒的泵油会起动液压马达经过一个(y )能量平滑系能量平滑系统。统。 第23页/共74页第二十四页，共75页。1983 年建造了一座推摆式年建造了一座推摆式(bi sh)波浪能电站。波浪能电站。通过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。通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效率(xio l)较高的一个较高的一个。 第24页/共74页第二十五页，共75页。第25页/共74页第二十六页，共75页。第26页/共74页第二十七页，共75页。波浪能转换发电波浪能转换发电(fdin)系统的主要构造系统的主要构造第27页/共7

9、4页第二十八页，共75页。1991年在苏格兰爱雷岛上建成年在苏格兰爱雷岛上建成75kW项目项目(xingm)。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的项目的项目(xingm)，是目前世，是目前世界上最成功的海浪发电装置。界上最成功的海浪发电装置。 第28页/共74页第二十九页，共75页。特色：开口约特色：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，一直正常运行到年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输年，年平均输出功率约为出功率约为75kW，是比较成功，是比较成功(chnggng)的一座波浪

10、的一座波浪电站。电站。第29页/共74页第三十页，共75页。第一个第一个“海蛇海蛇”波能装置波能装置2002年年3月完成。月完成。承接建造承接建造(jinzo)了葡萄牙北部海岸了葡萄牙北部海岸“海蛇海蛇”波浪发电项目波浪发电项目，每条每条“海蛇海蛇”的装机容量为的装机容量为750 kW。第30页/共74页第三十一页，共75页。（4）日本）日本“海明海明”号号“海明海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，带有研究工作在一个由船舶改

11、造的漂浮结构上进行，带有13个振荡个振荡水柱水柱(shu zh)气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。装置。“海明海明”号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效率令人失望号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效率令人失望，系统总效率不超过，系统总效率不超过6.5%。作为一个大型国际合作项目，作为一个大型国际合作项目，“海明海明”计划的贡献不仅在于获得了大量计划的贡献不仅在于获得了大量(dling)技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。第31页/共74页第三十二页，共75页。一个包括波浪发电、海

12、上养殖和旅游业在内的综合利用计划。安一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。安装装(nzhung)了了1台台10 kW、2台台50 kW和和2台台30 kW的发电的发电机组，于机组，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月开始持续两年的实海况试验，装置的各部分工作正常月开始持续两年的实海况试验，装置的各部分工作正常，总发电效率最大可达，总发电效率最大可达12%。 第32页/共74页第三十三页，共75页。1995年英国制造了年英国制造了OSPREY-1，总容量，总容量2MW，其中沉箱式波能，其中沉箱式波能发电装置发电装置500 kW，

13、风能，风能1500 kW，造价，造价$350万，下水时装万，下水时装置受到损坏置受到损坏(snhui)。英国又开始研建英国又开始研建OSPREY 2000，装机容量仍为，装机容量仍为2MW。 第33页/共74页第三十四页，共75页。1989 年，中科院广州能源研究所，在珠海市大万山岛，建成中年，中科院广州能源研究所，在珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪国第一座波浪(blng)能试验电站。能试验电站。这座这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪千瓦的岸式振荡水柱型波浪(blng)能电站，采用人造能电站，采用人造水道和水道和Wells涡轮机。涡轮机。 在该电站原有基础上，在该电站原有基础上，1996 年完

14、成年完成20 千瓦电站的建造。千瓦电站的建造。第34页/共74页第三十五页，共75页。这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高各方面均有较大程度的提高(t go)，使我国的波能转换研究基，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。本达到国际同时期的先进水平。 第35页/共74页第三十六页，共75页。第36页/共74页第三十七页，共75页。第37页/共74页第三十八页，共75页。 5.4.1 海流海流(hili)和海流和海流(hili)能能第38页/共74页第三十九页，共75页。海流海流(

15、hili)的能量的能量第39页/共74页第四十页，共75页。海流海流(hili)能的资源分布能的资源分布第40页/共74页第四十一页，共75页。第41页/共74页第四十二页，共75页。第42页/共74页第四十三页，共75页。第43页/共74页第四十四页，共75页。第44页/共74页第四十五页，共75页。第45页/共74页第四十六页，共75页。第46页/共74页第四十七页，共75页。第47页/共74页第四十八页，共75页。 5.5.1 海水的温差海水的温差(wnch)和温差和温差(wnch)能能海水温差能海水温差能由海洋由海洋表层海水和深层海水表层海水和深层海水之间之间水温差水温差形成的温差热能

16、，形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。是海洋能的一种重要形式。第48页/共74页第四十九页，共75页。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，其中有有300 多万多万km2海区海区(hiq)，上下温度差为，上下温度差为20左左右，是海水温差发电的好地方。右，是海水温差发电的好地方。 5.5.1 海水的温差海水的温差(wnch)和温差和温差(wnch)能能第49页/共74页第五十页，共75页。第50页/共74页第五十一页，共75页。第51页/共74页第五十二页，共75页。第52页/共74页第五十三页，共75页。第

17、53页/共74页第五十四页，共75页。第54页/共74页第五十五页，共75页。第55页/共74页第五十六页，共75页。第56页/共74页第五十七页，共75页。5.5.2.4 直接直接(zhji)温差发电温差发电第57页/共74页第五十八页，共75页。第58页/共74页第五十九页，共75页。第59页/共74页第六十页，共75页。世界第一座实用世界第一座实用(shyng)的海水温差电站的海水温差电站 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，日本在鹿儿岛第60页/共74页第六十一页，共75页。第61页/共

18、74页第六十二页，共75页。5.6.1 海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能第62页/共74页第六十三页，共75页。海水的盐差能的分布海水的盐差能的分布(fnb)第63页/共74页第六十四页，共75页。5.6.2 渗透渗透(shntu)和渗透和渗透(shntu)压压第64页/共74页第六十五页，共75页。5.6.3.1 渗透压法渗透压法第65页/共74页第六十六页，共75页。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。前坝内安装水轮坝内安装水轮(shu ln)发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安发电机组，使河水与水库相连；

19、后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。装半透膜渗流器，使水库与海水相通。水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？），水库水水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？），水库水位不断下降，这样河水就可以位不断下降，这样河水就可以(ky)利用它与水库的水位差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。冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。技术难点技术难点：在低：在低于海平面的深坑于海平面的深坑建造电站；能够建造电站；能够抵抗腐蚀的半透抵抗腐蚀的半透膜。膜。发展的前景发展的前景不大。不大。第66页/共74页第六十七页，共75页。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水压塔

20、与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水(经管道经管道) 冲击水轮机旋冲击水轮机旋转转(xunzhun)，带动发电机发电。，带动发电机发电。在运行过程中，为了在运行过程中，为了使水压塔内的海水保使水压塔内的海水保持盐度，海水泵持盐度，海水泵(shubng)不断向塔不断向塔内打入海水。内打入海水。第67页/共74页第六十八页，共75页。发出发出(fch)的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵的电能，有一部分要消耗在装

21、置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。半透膜要承受半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。的渗透压，也难以制造。 第68页/共74页第六十九页，共75页。压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力室同海水混合压力室同海水混合(hnh)。混合混合(hnh)后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流入后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流入大海的过程中推动涡轮机做功大海的过程中推动涡轮机做功 。有公司预计有公司预计2015年渗透年渗透(shntu)能发电可投入商业，并能发电可投入商业，并可生物能、潮汐能相竞争。可生物能、潮汐能相竞争。第69页/共74页第七十页，共75页。同样温度下淡水比海水蒸发得快，因此海水一边的饱和蒸汽压同样温度下淡水比海水蒸发得快，因此海水一边的饱和蒸汽压力要比淡水一边低得多，在一个空室内蒸汽会很快