能源工程4讲（5）：新能源开发利用-海洋能利用技术VIP

第4讲新能源开发利用1（5）海洋能、氢能利用技术第一节海洋能海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。2海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。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。潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。3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。4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：不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。不稳定又无规律的是波浪能。51.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。6海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿kW，若能把它充分利用起来，其每年的发电量可达33480万亿kW•h。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为“蓝色的煤海”！在涨潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能。

7潮起潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一般只有几十厘米至1m左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，其潮差就比较大。

8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，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。9具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。1011潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种。1213潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站；潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资也相对较少。1415法国朗斯潮汐电站

16江厦潮汐发电站17182.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。19全世界波浪能的理论估算值为109kW量级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3×107kW。但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波浪能丰富的地区。20波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。21利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。

2223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。243.温差能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。海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。另一方面，接近冰点的海水大面积地在不到1000m的深度从极地缓慢地流向赤道。这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成20℃以上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。

25温差发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动交流电机发电；用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。除了发电之外，海洋温差能利用装置还可以同时获得淡水、深层海水、进行空调并可以与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。因此，基于温差能装置,可以建立海上独立生存空间并作为海上发电厂、海水淡化厂或海洋采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。总之，温差能的开发应以综合利用为主。262728294.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。30盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机协化学式等，其中渗透压式方案最受重视。315.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。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。32海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍，且装置必须放于水下。故海流发电存在一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。333435第二节氢能利用技术36氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿km3，若把其中的氢提炼出来，约有1.4×109亿吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。燃烧热值高：每千克氢燃烧后能放出142.35kJ的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。清洁无污染：燃烧的产物是水，对环境无任何污染。资源丰富：氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。适用范围广：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。373839大量地且低成本地制造氢的技术开发；安全地储藏、运送氢的技术开发；高效率地转换氢能的技术开发；将氢能用于社会各行各业的技术开发。40电解水制氢：这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：

分解水所需要的能量△Q是由外加电能提供的。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3.0～5.0MPa。41热化学制氢：这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，仅为20％～50％，而且还有许多工艺问题需要解决。依靠这种方法来大规模制氢还有待进一步研究。太阳能制氢：随着新能源的崛起