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海洋能源开发利用技术 陈灿若（201664096）能源与动力浩瀚的大海，不仅蕴藏着丰富的矿产资源，更有真正意义上取之不尽，用之不竭的海洋能源。它既不同于海底所储存的煤、石油、天然气等海底能源资源，也不同于溶于水中的铀、镁、锂、重水等化学能源资源。它有自己独特的方式与形态，就是用潮汐、波浪、海流、温度差、盐度差等方式表达的动能、势能、热能、物理化学能等能源。直接地说就是潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能（潮流能）及海水盐差能等。这些都是“再生性能源”，永远不会枯竭，也不会造成任何污染。在取得风能发电和太阳能发电的成功，同时面对着当下环境、能源的严峻挑战下，如何从覆盖地球70%的海洋中获取可再生能源，再度成为能源行业关注的焦点。波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。目前，波浪能的利用主要集中在波浪能发电方面，国内外主要采用以下几种技术装置。（一） 振荡水柱技术原理：振荡水柱技术通常指采用气室俘获波浪能的装置。气室是一个下方开口的结构，当波浪作用在开口时，气室内的水柱就会上下运动，驱动水柱上方的空气，形成复气流；该气流驱动安装在气室喷嘴上的空气透平，得到旋转机械能；旋转机械能再通过驱动发电机发电。优缺点：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；缺点是空气透平能量转换效率较低。发展与改进：振荡水柱式波能装置的转换效率不高，主要问题出在空气叶轮上。针对这一点，改良后的装置使用了一种可控制叶片桨距的空气叶轮，使叶片处于最佳攻角以提高转换效率；此外还还使用了抛物线柱面聚波板，将波浪聚集在气室；与此同时，以前的固定式也改为了漂浮式振荡水柱装置，可以投放在距岸812英里的波浪能更加丰富的地方。今后，研究人员将致力于提高装置能量转换效率、增强装置抗浪能力、延长装置使用寿命、降低传输成本方面以达到降低发电成本的目标。（二） 筏式波浪能技术原理：筏式波浪能技术通过漂浮在水面的、端部铰接的浮体俘获波浪能，再通过液压系统驱动发电机发电。pelamis波力装置pelamis波力装置：实际上pelamis装置是改良的筏式装置，传统装置只允许一个方向的角位移，在斜浪作用下受到弯曲力矩易损坏。而pelamis装置允许两个方向的角位移。它是世界上第一座进行商业示范运行的漂浮式波力电站。优缺点：筏式装置的长度方向顺浪布置，迎波面较小，与垂直于波面的同等尺度的波能装置相比，其吸收波浪能的能力稍逊一筹。但它具有较好的整体性，抗波浪冲击力强，具有较好的能量传递效率和发电稳定性。 （三） 振荡浮子式技术原理：该技术采用浮子俘获波浪能，通过与浮子连接的液压装置或机械装置将波浪能转换为某种机械能，再通过发电机转换为电能，或通过其他装置制造淡水。 我国的振荡浮子式技术改进与发展：主要目的之一是攻克动力摄取障碍（1）如何高效地将往复机械能转换为旋转机械能（2）如何为前一级转换提供最佳负载（3）如何具备良好的抗冲击性。振荡浮子技术采取液压柱塞泵和液压马达解决第一、三个核心问题，这两者都为成熟技术，可以将60%以上的往复机械能转换为旋转机械能。为了解决第二个核心问题，我国的振荡浮子技术发展了负载控制技术和蓄能稳压技术。优缺点：振荡浮子不易受潮位影响，一级转换效率更高。液压柱塞泵和液压马达效率都很高且不易损坏，由于有蓄能稳压系统，其输出电能很稳定。（四） 漂浮式鸭式装置原理：该装置具有垂直于来波方向的转动轴，装置横截面呈鸭蛋形，水下部分为圆弧形，圆心在转动轴处。装置在波浪作用下绕转动轴往复转动，装置的后部为圆弧形，不会造成向后行进的浪；又由于装置吃水较深，靠近表面的波不会到达装置后面，是的鸭式装置可以将短波全部拦截下来，能量传递效率极高。我国的漂浮式鸭式装置改进与发展：最初的鸭式装置是岸式装置，建造时需要根据地形决定修建方案，难度较大。在“十一五”期间，主要方向是利用动力摄取技术发展漂浮式装置，同时提高一级转换效率。广州能源所漂浮式鸭式波浪能发电装置优缺点：通常来说，漂浮式装置比固定式装置受到的海浪的作用更大，波浪更易通过漂浮装置到达后方，所以漂浮式装置的效率比固定式要低得多。但是漂浮式波能装置的投放更加容易，不需过多考虑水下地形，更容易批量生产、批量投放，形成大规模的波能发电场，更能代表今后的主流发展方向。（五） 波浪能开发利用技术的发展趋势：（1） 由固定式发展向漂浮式。虽然在有些技术中固定式装置的效率较高，但漂浮式本身具有的便于投放、地形要求低的特点使得未来的大规模波浪能发电成为可能，所以漂浮式装置才是未来的主流方向。（2） 规模越来越大，应用越来越广。随着各项核心技术的成熟，波浪的能源利用效率越来越高，利用范围也越来越广，未来可能不仅运用于发电方面。（3） 将致力于提高能量转换效率、减小发电装置的尺寸、选取合适的材料以达到降低发电成本、大规模波浪能发电的预期。潮汐能潮汐能是从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。它与天体引力有关，地球月亮太阳系统的吸引力和热能是形成潮汐能的来源。潮汐能相较其他海洋能源有着独特的优势，即尽管潮汐很复杂，但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，潮汐能发电出现了不同的型式，例如：单库单向型，即只用一个水库，仅能在涨(落)潮时发电。单库双向型，只用一个水库，在涨、落潮时都能发电。双库双向型，可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。目前，潮汐能发电技术主要有以下几种:(1)拦河坝系统 拦河坝系统是指在跨海大坝中安装门控水闸和低水头水轮发电机，利用水坝两侧的水位差进行发电，这是一种传统的潮汐能发电方式。该技术在芬迪湾的安纳波利斯电站和法国朗斯电站的应用取得了成功。除去成本问题和环境影响外，拦河坝系统具有可行性。 (2)潮流涡轮机 潮流涡轮机是大型的独立涡轮机，其工作原理与风电涡轮机类 似，但由于海水密度是空气密度的850倍，因此潮流涡轮机要承受的能量密度比风电涡轮机高得多。(3)深海潮汐发电 深海潮汐发电技术是指在深海部署涡轮机，以期从快速流动的 深海潮流中获取能量。英国 Lunar能源公司规划建造两座深海潮汐 发电场。一座位于英国南威尔士Pembrekeshire的海底，由8台水下涡轮机组成。另一座则将与韩国Midland电力公司合作建造，在韩国沿海Wando Hoenggen水域部署Rotech一300涡轮机。该项目规模巨大，计划投资 1O亿美元。潮汐能发电的优点：潮汐能属于可再生资源，蕴藏量大，运行成本低；潮汐能发电对于环境影响小，发电不排放废气废渣废水，属于洁净能源；潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的，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面积土地；潮汐能发电不受洪水、枯水期等水文因素影响；潮汐电站的堤坝较低，容易建造，投资也较少。潮鞋能发电缺点：机电设备常与海水、盐雾及海生物接触，有防腐、防污等特殊要求；随着潮汐的涨、落，能量亦有起、伏变化，影响发电、供电质量。同时潮汐电电也存在一些环境影响问题；潮汐电站不但会改变潮差和潮流，还会改变海水温度和水；拦潮坝会对地下水和排水等带来不利影响，并会加剧海岸侵蚀；潮汐电站还会影响鸟类生长