第4章 海洋能发电

1、新能源发电技术新能源发电技术 2 第第4章章 海洋能发电技术海洋能发电技术 4.1 4.1 海洋能概述海洋能概述 4.2 4.2 海洋能发电技术海洋能发电技术 4.3 4.3 海洋能发电的未来展望海洋能发电的未来展望 3 4.14.1 海洋能发电概述海洋能发电概述 海洋能简介海洋能简介 海洋的面积约为海洋的面积约为3.62亿亿KM2，占地球表面积的，占地球表面积的 70.9%，是一个庞大的能源宝库，既是吸能器，是一个庞大的能源宝库，既是吸能器， 有是蓄能器，蕴涵着巨大的动力资源。有是蓄能器，蕴涵着巨大的动力资源。 海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能（潮

2、流能）、 海水温差能和海水盐差能海水温差能和海水盐差能，初潮汐能和海流能，初潮汐能和海流能 来源于星球间的引力作用外，其他海洋能均来自来源于星球间的引力作用外，其他海洋能均来自 于太阳辐射于太阳辐射 各种海洋能的总蕴含量为各种海洋能的总蕴含量为1580亿亿kw，可开发利用，可开发利用 106亿亿kw 4 海洋能的分类海洋能的分类 潮汐能潮汐能 是指海水涨潮和落潮形成的水的动能和势是指海水涨潮和落潮形成的水的动能和势 能，由星球间的引力作用而形成。能，由星球间的引力作用而形成。 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。 海水温差能海水温差能 是指海洋

3、表层海水与深层海水之间的是指海洋表层海水与深层海水之间的 温差所形成的发电能。温差所形成的发电能。 海流能海流能（潮流能）（潮流能） 是指海水流动的动能。主要值是指海水流动的动能。主要值 海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及潮汐导致海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及潮汐导致 的有规律流动。的有规律流动。 盐差能盐差能 是指海水与淡水之间，以及不同盐浓度的是指海水与淡水之间，以及不同盐浓度的 海水之间所形成的化学电位差能。海水之间所形成的化学电位差能。 n 其中，潮汐能、海流和波浪为其中，潮汐能、海流和波浪为机械能机械能，海水温差为，海水温差为 热能热能，海水盐差为，海水盐差为化学能化学能 5

4、 海洋能的特点海洋能的特点 海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，但单海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，但单 位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较 小，利用效率不高，经济性差小，利用效率不高，经济性差 海洋能具有可再生性海洋能具有可再生性 能量多变，具有不稳定性能量多变，具有不稳定性 属于一种洁净能源，无污染属于一种洁净能源，无污染 6 中国海岸和海洋能中国海岸和海洋能 中国海岸线中国海岸线 18400 多多 km 有有6500多个岛屿，岛屿海岸线多个岛屿，岛屿海岸线14000多多km 海域面积海域面积473万多万多km2 中国海洋能蕴藏中国海洋能蕴藏

5、6.3 亿亿 kW 潮汐能：潮汐能： 1.9 亿亿 kW 波浪能：波浪能： 1.5 亿亿 kW 温差能：温差能： 1.5 亿亿 kW 海流能：海流能： 0.3 亿亿 kW 盐差能：盐差能： 1.1 亿亿 kW 7 海洋能的开发海洋能的开发 人类开发海洋能的历史和水能利用差不多。人类开发海洋能的历史和水能利用差不多。 1930年在法国首次试验成功海水温差发电。年在法国首次试验成功海水温差发电。 早在早在12世纪，人类就开始利用潮汐能。当时法国沿海就世纪，人类就开始利用潮汐能。当时法国沿海就 建起了建起了“潮磨潮磨”，利用潮汐能代替人力推磨。，利用潮汐能代替人力推磨。 随着科学技术的进步，人们开始

6、筑坝拦水，建起潮汐电随着科学技术的进步，人们开始筑坝拦水，建起潮汐电 站。目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，站。目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站， 我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。 各种海洋能的蕴藏量非常巨大，很多海洋能至今没被利各种海洋能的蕴藏量非常巨大，很多海洋能至今没被利 用的原因主要有两方面：一是经济效益差，成本高；二是用的原因主要有两方面：一是经济效益差，成本高；二是 仍有一些技术问题没有过关。仍有一些技术问题没有过关。 从各国的情况看，潮汐发电技术比较成熟。利用波浪能、从各国的情况看，潮汐发电技术比较成熟。利用波浪能、 盐

7、度差能、海水温差能等海洋能进行发电还不成熟，目前盐度差能、海水温差能等海洋能进行发电还不成熟，目前 仍处于研究试验阶段。仍处于研究试验阶段。 8 4.2 4.2 海洋能发电技术海洋能发电技术 n 潮汐是潮汐是由于太阳和月球对地球各处引力的不同所由于太阳和月球对地球各处引力的不同所 引起的海水有规律的周期性的涨落现象引起的海水有规律的周期性的涨落现象 n 潮汐能：因海水涨落及潮水流动所产生的能量，潮汐能：因海水涨落及潮水流动所产生的能量，以势以势 能形式出现的海洋能。能形式出现的海洋能。 n 潮汐中蕴藏着巨大的能量：涨潮过程中巨大的动能，潮汐中蕴藏着巨大的能量：涨潮过程中巨大的动能， 随着海水水

8、位的升高，就转化为势能，在落潮的过程随着海水水位的升高，就转化为势能，在落潮的过程 中，水位逐渐降低，势能又转化为动能。中，水位逐渐降低，势能又转化为动能。 潮汐能潮汐能 9 10 11 潮汐的要素潮汐的要素 l 潮位过程线潮位过程线 潮汐水位随时间而变化的过程线潮汐水位随时间而变化的过程线 l 潮差潮差 潮峰与潮谷的水位差，一般最高为潮峰与潮谷的水位差，一般最高为710米米 l 潮汐周期潮汐周期 高潮或低潮间的间隔时间，根据地球自转和月高潮或低潮间的间隔时间，根据地球自转和月 球公转，一般为球公转，一般为12h25min l 潮汐潮汐的类型的类型 半日潮半日潮：多数海区潮汐的涨落多数海区潮汐

9、的涨落24h50min（天文学上称为一个太阴（天文学上称为一个太阴 日）有两个周期日）有两个周期 , 半日一个周期半日一个周期 。如中国黄海、东海。如中国黄海、东海 全日潮全日潮：一个太阴日出现一个高潮和低潮。北部湾：一个太阴日出现一个高潮和低潮。北部湾 混合潮混合潮：每日升降两次和一次混杂出现。中国南海：每日升降两次和一次混杂出现。中国南海 不正规半日潮不正规半日潮 不正规全日潮不正规全日潮 l 一个全日潮周期为一个全日潮周期为25h50min成为一个太阴日成为一个太阴日 潮汐能发电的原理及型式潮汐能发电的原理及型式 v潮汐能发电原理潮汐能发电原理 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位

10、差来推动水轮机，再由潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由 水轮机带动发电机来发电。水轮机带动发电机来发电。 其发电的原理与一般的水力发其发电的原理与一般的水力发 电差别不大。不过，一般的水力电差别不大。不过，一般的水力 发电的水流方向是单向的，而潮发电的水流方向是单向的，而潮 汐发电则不同。汐发电则不同。 从能量转换的角度来说，潮汐从能量转换的角度来说，潮汐 发电首先是把潮汐的动能和位能发电首先是把潮汐的动能和位能 通过水轮机变成机械能，然后再通过水轮机变成机械能，然后再 由水轮机带动发电机，把机械能由水轮机带动发电机，把机械能 转变为电能。转变为电能。 潮汐能发电的

11、原理及型式潮汐能发电的原理及型式 v潮汐能发电原理潮汐能发电原理 潮汐发电按照能量形式的不同分为潮汐发电按照能量形式的不同分为 利用潮汐动能发电利用潮汐动能发电：利用涨落潮水的流速直：利用涨落潮水的流速直 接冲击水轮机发电。利用潮流动能发电一般流接冲击水轮机发电。利用潮流动能发电一般流 速大于速大于1m / s , 且潮流较强时考虑，其结构简单且潮流较强时考虑，其结构简单 造价低但是，发电不稳定造价低但是，发电不稳定 利用潮汐势能发电利用潮汐势能发电：在海湾或者河口修筑拦：在海湾或者河口修筑拦 潮大坝，利用坝内外涨落潮时候的水位差来发潮大坝，利用坝内外涨落潮时候的水位差来发 电。利用势能发电造

12、价高、发电量大电。利用势能发电造价高、发电量大 14 潮汐电站的分类潮汐电站的分类 n 单库单向式单库单向式 单库单向潮汐能发电站：造价低，日均发电单库单向潮汐能发电站：造价低，日均发电1012小时，潮汐小时，潮汐 能不能充分利用，电站效率仅为能不能充分利用，电站效率仅为22%。 15 n 单库双向式单库双向式 单库双向潮汐能发电站：涨落潮均可发电，日均发电单库双向潮汐能发电站：涨落潮均可发电，日均发电1620小小 时，但厂房和机组结构复杂。时，但厂房和机组结构复杂。 16 n 双库单向式双库单向式 双库单向潮汐能发电站：可连续发电，效率高，易于并网。双库单向潮汐能发电站：可连续发电，效率高，

13、易于并网。 但需建但需建2座堤坝和水闸，造价高。座堤坝和水闸，造价高。 17 潮汐电站的水轮发电机组类型潮汐电站的水轮发电机组类型 最高水位最高水位 最低水位最低水位 n 竖轴式发电机组竖轴式发电机组 优点：优点： 结构简单结构简单 运行可靠运行可靠 缺点：缺点： 厂房面积大厂房面积大 工程投资高工程投资高 适用于小型潮汐电站适用于小型潮汐电站 18 n 卧轴式发电机组卧轴式发电机组 1-上游水位；上游水位；2-闸门槽；闸门槽；3-水轮机；水轮机；4-调速器；调速器；5-发电机；发电机；6-下游水位下游水位 优点：优点： 合理选择发电机转速合理选择发电机转速 检修方便检修方便 效率较高效率较高

14、 缺点：缺点： 厂房大厂房大 适用于潮汐适用于潮汐5m以以 下的中小型机组下的中小型机组 19 n 贯流式发电机组贯流式发电机组 灯泡贯流式：灯泡贯流式：将水轮机、变速箱、发电机全部放在一个用混将水轮机、变速箱、发电机全部放在一个用混 凝土做成的密封灯泡体内，只有水轮机的桨叶露在外面凝土做成的密封灯泡体内，只有水轮机的桨叶露在外面 1-流道；流道；2-发电机；发电机；3-水轮机；水轮机；4-灯泡体灯泡体 优点：优点： 发电效率高发电效率高 结构紧凑结构紧凑 缺点：缺点： 安装不便安装不便 占用水道多占用水道多 20 1-流道；流道；2-发电机；发电机；3-水轮机水轮机 优点：优点： 占用水道体

15、积小占用水道体积小 操作方便操作方便 外形小、质量轻外形小、质量轻 厂房小或不用厂房厂房小或不用厂房 发电效率高发电效率高 缺点：缺点： 动密封难度大动密封难度大 全贯流式：全贯流式：发电机定子装于水道的周壁，水轮机、发电机转发电机定子装于水道的周壁，水轮机、发电机转 子则装在水道中的一个密封体内。子则装在水道中的一个密封体内。 21 波浪发电波浪发电 水在风和重力的作用下发生起伏运动称为波浪；水在风和重力的作用下发生起伏运动称为波浪；波浪能波浪能 是由风把能量传递给海洋而产生的。是由风把能量传递给海洋而产生的。 根据波动理论，波浪能量与波高的平方成比例根据波动理论，波浪能量与波高的平方成比例

16、 h 波高（波高（m）；）；T 周期（周期（s） 习惯上把海浪分为风浪、涌浪和近岸浪三种。习惯上把海浪分为风浪、涌浪和近岸浪三种。 风浪：在风直接作用下生成的海水波动现象，风越大，浪就越高，风浪：在风直接作用下生成的海水波动现象，风越大，浪就越高， 波浪的高度基本与风速成正比，风浪瞬息万变，波面粗糙，周期波浪的高度基本与风速成正比，风浪瞬息万变，波面粗糙，周期 较短。较短。 涌浪：波浪以最小的能量损失从其形成区传播开去，在很远的距涌浪：波浪以最小的能量损失从其形成区传播开去，在很远的距 离产生涌浪。涌浪的外形圆滑规则，排列整齐，周期比较长。离产生涌浪。涌浪的外形圆滑规则，排列整齐，周期比较长。

17、 近岸浪：风浪和涌浪传到海岸的浅水地区，变成近岸浪，近岸浪近岸浪：风浪和涌浪传到海岸的浅水地区，变成近岸浪，近岸浪 由于岸底对波浪的阻力，波谷展宽变平，波峰发生倒卷破碎。由于岸底对波浪的阻力，波谷展宽变平，波峰发生倒卷破碎。 )32/( 2 TghPw 22 波浪转换的基本原理波浪转换的基本原理 两个阶段：两个阶段： 一次转换一次转换波浪能采集系统俘获波能，将波能转换为波浪能采集系统俘获波能，将波能转换为 另一种形式的机械能；另一种形式的机械能； 二次转换二次转换转化的机械能转换为电能。有些还有中间转化的机械能转换为电能。有些还有中间 环节，实现传递能量的目的，用于提高一次转换所得能环节，实现

18、传递能量的目的，用于提高一次转换所得能 量载体的速度。量载体的速度。 波能一次转换的方法：波能一次转换的方法： 23 冲箱式冲箱式 冲箱式波能吸收装置是指通过水面上可运动的浮子来吸收波能，冲箱式波能吸收装置是指通过水面上可运动的浮子来吸收波能， 例如，波马达的浮子在波上做垂直方向的升沉运动。为了提高波例如，波马达的浮子在波上做垂直方向的升沉运动。为了提高波 能吸能效果，浮子的形状设计极为关键。能吸能效果，浮子的形状设计极为关键。 典型方案：典型方案：点头鸭、阀式浮体点头鸭、阀式浮体 24 摇板式摇板式 在摇板式波浪电站中，吸能装置是由水室与摆板组成的，水室的在摇板式波浪电站中，吸能装置是由水室

19、与摆板组成的，水室的 作用是聚波形成立波，增加波能密度，摆板则是与波浪直接接触作用是聚波形成立波，增加波能密度，摆板则是与波浪直接接触 的部分，波浪通过摆板做功，转化为机械能。的部分，波浪通过摆板做功，转化为机械能。 该方式可以增加波能吸收的水深，但是由于摆板的双向摆动，因该方式可以增加波能吸收的水深，但是由于摆板的双向摆动，因 此会降低其吸收效率，增加后壁可对此加以改善。此会降低其吸收效率，增加后壁可对此加以改善。 此外，在工艺上摆轴宜至于水面以上，这在理论上导致摆质点的此外，在工艺上摆轴宜至于水面以上，这在理论上导致摆质点的 线速度上小下大，而与波质点线速度上大下小相矛盾，因此效率线速度上

20、小下大，而与波质点线速度上大下小相矛盾，因此效率 更差。更差。 25 空气式空气式 空气式又称振荡水柱式。其一级能量转换机构为气室，二级能量转空气式又称振荡水柱式。其一级能量转换机构为气室，二级能量转 换机构为空气透平。在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内换机构为空气透平。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过喷嘴，将波浪能转换成空气作强迫振动，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。空气透平安装在喷嘴处并将透平转轴与发电机相连，的压能和动能。空气透平安装在喷嘴处并将透平转轴与发电机相连， 则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机

21、发电。则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。 26 n 空气式的优势：空气式的优势： 没有任何水下活动部件，结构安全，维护方便；没有任何水下活动部件，结构安全，维护方便； 它将空气作为能量载体，传递方便，而且可以简单地通过一个收它将空气作为能量载体，传递方便，而且可以简单地通过一个收 缩段而提高气流速度，从而与二次转换能很好地匹配。缩段而提高气流速度，从而与二次转换能很好地匹配。 n 空气式波浪发电装置分为两类：空气式波浪发电装置分为两类：漂浮式和固定式（也漂浮式和固定式（也 称岸式）称岸式） 漂浮式建造方便，投放点灵活，对潮位变化具有很强的适应性漂浮式建造方便，投放点灵活，对潮位变化

22、具有很强的适应性 岸式一般建在岸边迎浪侧，施工较为方便，并网简单。主要困境岸式一般建在岸边迎浪侧，施工较为方便，并网简单。主要困境 在于如何抵御风浪破坏。在于如何抵御风浪破坏。 27 28 聚波储能式聚波储能式 聚波储能波浪发电方式则舍弃波浪的动能，利用波浪在沿岸的爬聚波储能波浪发电方式则舍弃波浪的动能，利用波浪在沿岸的爬 升将波浪能转换成水的势能。它利用狭道将波能集中，使波高增升将波浪能转换成水的势能。它利用狭道将波能集中，使波高增 高至高至38 m而溢出蓄水池，然后像潮汐发电一样将蓄水池内的水而溢出蓄水池，然后像潮汐发电一样将蓄水池内的水 推动水轮发电机，其二次转换实际上就是一般的水力发电

23、，技术推动水轮发电机，其二次转换实际上就是一般的水力发电，技术 较为成熟。其不足之处是对于地形有一定的要求。较为成熟。其不足之处是对于地形有一定的要求。 29 其他其他 英国英国“Pelamis ”海蛇装置，海蛇装置， 主要吸收波浪的水平能量。主要吸收波浪的水平能量。 目前其实验装置容量达目前其实验装置容量达 750kW。葡萄牙启用的海蛇。葡萄牙启用的海蛇 发电站容量达发电站容量达2.25MW。 30 英国牡蛎（英国牡蛎（Oyster）的波浪发电机，海浪的冲击力使阻力板前后）的波浪发电机，海浪的冲击力使阻力板前后 摆动并推动活塞系统，造成高压的海流，经由管线将高压海水送摆动并推动活塞系统，造成

24、高压的海流，经由管线将高压海水送 往岸边，可用来推动岸边的水力发电机发电。往岸边，可用来推动岸边的水力发电机发电。 31 阿基米德浮筒装置：漂浮物上下推动直线电机发电。阿基米德浮筒装置：漂浮物上下推动直线电机发电。 英国英国“Checkmate ”巨蟒装置，由橡胶而不是钢铁制成。巨蟒装置，由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒巨蟒” 实际上是一根装满水的橡皮管，两头封闭。此装置的一头停泊在实际上是一根装满水的橡皮管，两头封闭。此装置的一头停泊在 即将来临的波浪中，当海浪在上方经过对其产生挤压时，内部可即将来临的波浪中，当海浪在上方经过对其产生挤压时，内部可 产生压力波，压力波向前行进，到达尾端时可带动发

25、电机发电。产生压力波，压力波向前行进，到达尾端时可带动发电机发电。 32 海洋温差发电海洋温差发电 温差能是以热能形态出现的海洋能。海洋是地球上一个巨大的太温差能是以热能形态出现的海洋能。海洋是地球上一个巨大的太 阳能集热和蓄热器。阳能集热和蓄热器。 被海水吸收的太阳能，约有被海水吸收的太阳能，约有60%被被1米厚的表层海水所吸收，因此米厚的表层海水所吸收，因此 海水表层水温较高。而在海洋深处海水温度却很低，这个垂直的海水表层水温较高。而在海洋深处海水温度却很低，这个垂直的 温差就是一个可利用的巨大能源。温差就是一个可利用的巨大能源。 大洋平均水温典型垂直分布大洋平均水温典型垂直分布 全世界全

26、世界海洋温差能的海洋温差能的 理论估算值为理论估算值为106 kW 量级。量级。 根据中国海洋水温测根据中国海洋水温测 量资料计算得到的中量资料计算得到的中 国海域的温差能约为国海域的温差能约为 1.5x108 kW，其中，其中99 在南中国海。在南中国海。 33 n 海洋热能转换原理海洋热能转换原理 将海洋热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。在将海洋热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。在 第一步热能转换中，以海洋受太阳能加热的表层海水第一步热能转换中，以海洋受太阳能加热的表层海水 （2528）作高温热源，而以）作高温热源，而以500 ml000 m深处深处 的海水（的海水（47）作低

27、温热源，用热机构成一种热力）作低温热源，用热机构成一种热力 循环。从高温热源到低温热源，可获得总温差循环。从高温热源到低温热源，可获得总温差15 20左右的有效能量。左右的有效能量。 根据所用工质及流程的不同，一般可分为开式循环、闭根据所用工质及流程的不同，一般可分为开式循环、闭 式循环和混合式循环。式循环和混合式循环。 34 n 开式循环系统开式循环系统 开式循环系统不仅能够发电，而且能得到大量淡水副产品，开式循环系统不仅能够发电，而且能得到大量淡水副产品， 但因以海水作工作流体和介质，蒸发器与冷凝器之间的压力但因以海水作工作流体和介质，蒸发器与冷凝器之间的压力 非常小，因此必须充分降低管道

28、等的压力损耗。为了获得预非常小，因此必须充分降低管道等的压力损耗。为了获得预 期的输出功率，必须使用极大的透平，其大小可以和风力涡期的输出功率，必须使用极大的透平，其大小可以和风力涡 轮机相比。轮机相比。 35 n 闭式循环系统闭式循环系统 闭式循环系统的优点：闭式循环系统的优点：(a) 采用低沸点工质可以提高压力差和压力水平，采用低沸点工质可以提高压力差和压力水平， 同样温度下蒸汽压力比水高得多，如氨在同样温度下蒸汽压力比水高得多，如氨在25时，饱和压力是时，饱和压力是1005.1kPa 是同温下水的饱和压力的是同温下水的饱和压力的34.6倍。因此，可以极大地缩小汽轮机尺寸，实倍。因此，可以

29、极大地缩小汽轮机尺寸，实 现装置的小型化；现装置的小型化；(b) 海水不用脱气，免除了这一部分动力需求。海水不用脱气，免除了这一部分动力需求。 其缺点是：其缺点是：因为蒸发器和冷凝器采用表面式换热器，导致这一部分体积因为蒸发器和冷凝器采用表面式换热器，导致这一部分体积 巨大，金属消耗量大，维护困难，另外海水与工质之间需要二次换热，巨大，金属消耗量大，维护困难，另外海水与工质之间需要二次换热， 减小了可利用温差。减小了可利用温差。 36 n 混合式循环系统混合式循环系统 基本与闭式循环相同，但用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工基本与闭式循环相同，但用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工

30、质。这样做的好处在于减少了蒸发器的体积，可节省材料，便于维护。质。这样做的好处在于减少了蒸发器的体积，可节省材料，便于维护。 温海水先闪蒸后加热工质温海水先闪蒸后加热工质温海水先加热工质后闪蒸温海水先加热工质后闪蒸 37 n 海水温差发电装置海水温差发电装置 Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) n 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、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、 进行空调并可与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。进行空调并可与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。 n 因此，基于温差能装置可以建立海上独

31、立生存空间并作为海上发电厂、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、 海水淡化厂或海上采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。海水淡化厂或海上采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。 n 总之，温差能的开发应以综合利用为主。总之，温差能的开发应以综合利用为主。 陆上型陆上型 海上型海上型 38 海流发电海流发电 海（潮）流主要是指海水大规模相对稳定的流动以及海（潮）流主要是指海水大规模相对稳定的流动以及 由于潮汐导致的有规律的海水流动。由于潮汐导致的有规律的海水流动。 海流的流向是固定的，因此也被称为定海流，而潮流海流的流向是固定的，因此也被称为定海流，而潮流 的流速、流向则有周

32、期性变化。的流速、流向则有周期性变化。 海流的能量来源于太阳能的辐射。海洋和海洋上空的海流的能量来源于太阳能的辐射。海洋和海洋上空的 大气吸收太阳辐射，因海水和空气受热不均而形成温大气吸收太阳辐射，因海水和空气受热不均而形成温 度、密度梯度，从而产生海水和空气的流动，并形成度、密度梯度，从而产生海水和空气的流动，并形成 大洋环流。大洋环流。 39 n 北半球冬季大洋环流北半球冬季大洋环流 40 n 海流能量海流能量 海流能是指海水流动所储存的动能，其能量与流速的海流能是指海水流动所储存的动能，其能量与流速的 平方和流量成正比，海流能功率平方和流量成正比，海流能功率P可以表示为可以表示为 海流发

33、电是利用海流的冲击力使水轮机旋转，从而驱海流发电是利用海流的冲击力使水轮机旋转，从而驱 动发电机发电。海流发电的原理和风力发电相似，几动发电机发电。海流发电的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能发电乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流能发电 装置。装置。 3 2 1 QvP 41 海流发电方式海流发电方式 n 水下风车式水下风车式 Seaflow300kW/ 2.5m/s 11m diam SST, Lynmouth, Devon, UK Blue Energy Canadas Current system Blue Concept (Hammerfest S

34、trm), Kvalsundet, Norway, 2004 20 pitched water mills 20m diam 42 Swan Turbines, Univ.of Wales Design concept Telescopical tower Direct Drive Low speed PM generator Fixed Pitch Automated Furling Mechanism Gravity base Seaflow 15-20m rotor diameter 750kW - 1.5MW Twin turbines Monopiles- known technol

35、ogy from oil rigs (Seacore Ltd.) Turbines can be lifted up 4-5 MW park Source: MCT Ltd 43 n 螺旋水轮机式螺旋水轮机式 也称戈洛夫（也称戈洛夫（Gorlov）水轮机，由著名的垂直轴）水轮机，由著名的垂直轴darrieus风力风力 机演变而来，采用了螺旋式叶片并由多个叶片缠绕成圆筒状。机演变而来，采用了螺旋式叶片并由多个叶片缠绕成圆筒状。 不需要额外的偏航调节系统，海水中任何方向的水流产生的不需要额外的偏航调节系统，海水中任何方向的水流产生的 阻力和升力都能产生对转动轴的有效力矩，从而提高了海流阻力和升力都

36、能产生对转动轴的有效力矩，从而提高了海流 能的获取效率。能的获取效率。 n 贯流水轮机式贯流水轮机式 与低水头水库贯流水轮机相类似，贯流水轮机式海流发电装置采与低水头水库贯流水轮机相类似，贯流水轮机式海流发电装置采 用水平轴水轮机，导流罩使海流的进口流道呈喇叭形，对水流具用水平轴水轮机，导流罩使海流的进口流道呈喇叭形，对水流具 有良好的增速作用，可以提高水轮机的效率。有良好的增速作用，可以提高水轮机的效率。 44 n 花环式花环式 由一串螺旋桨组成的，它的两端由一串螺旋桨组成的，它的两端 固定在浮筒上，浮筒里装有发电固定在浮筒上，浮筒里装有发电 机。整个电站迎着海流的方向漂机。整个电站迎着海流

37、的方向漂 浮在海面上，就像献给客人的花浮在海面上，就像献给客人的花 环一样。它的发电能力通常较小，环一样。它的发电能力通常较小， 一般只能为灯塔和灯船提供电力，一般只能为灯塔和灯船提供电力， 至多不过为潜水艇上的蓄电池充至多不过为潜水艇上的蓄电池充 电而已。电而已。花环式海流发电站示意图花环式海流发电站示意图 n 驳船式驳船式 这种发电站实际上是一艘船，船舷两侧装着巨大的水轮，在这种发电站实际上是一艘船，船舷两侧装着巨大的水轮，在 海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。这种发电船海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。这种发电船 的发电能力约为的发电能力约为5万千瓦，发出的电力通过海底电

38、缆送到岸上。万千瓦，发出的电力通过海底电缆送到岸上。 当有狂风巨浪袭击时，它可以驶到附近港口避风，以保证发当有狂风巨浪袭击时，它可以驶到附近港口避风，以保证发 电设备的安全。电设备的安全。 45 n 降落伞式降落伞式 这种电站也是建在船上的。将这种电站也是建在船上的。将50个降落伞串在一根长个降落伞串在一根长154米的绳子米的绳子 上，用来集聚海流能量。绳子的两端相连，形成一环形，然后，上，用来集聚海流能量。绳子的两端相连，形成一环形，然后， 将绳子套在锚泊于海流中的船尾两个轮子上。将绳子套在锚泊于海流中的船尾两个轮子上。 缺点：缺点：海流发电存在一系列的关键技术问题，包括安装维护、电海流发电

39、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。力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。 n 科里欧利斯式、超导磁体科里欧利斯式、超导磁体 46 海洋盐差发电海洋盐差发电 n 海洋盐度差能海洋盐度差能 盐度差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的盐度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。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。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较大的一种可再生能源。盐差能是海洋

40、能中能量密度较大的一种可再生能源。 47 n 渗透压渗透压 以世界大洋海水的平均盐度以世界大洋海水的平均盐度35为计，即平均每千克海水中约有为计，即平均每千克海水中约有35 克盐，在水温为克盐，在水温为20时，这种盐分浓度的渗透压为时，这种盐分浓度的渗透压为2418105 Pa。 因此从理论上讲，在河海交界处，海水和河水之间相当于有约因此从理论上讲，在河海交界处，海水和河水之间相当于有约240 米高的水头差。而在死海和红海的个别地点，在近海底的盐度大米高的水头差。而在死海和红海的个别地点，在近海底的盐度大 270，流入死海的约旦河口的渗透压为，流入死海的约旦河口的渗透压为500个大气压，这个压

41、强相个大气压，这个压强相 当于约当于约5000 m高坝的水头。高坝的水头。 48 盐差发电方法盐差发电方法 n 渗透压式盐差能发电系统：渗透压式盐差能发电系统：基于渗透原理，包括强基于渗透原理，包括强 力渗压系统、水压塔系统和压力延滞渗压系统三种。力渗压系统、水压塔系统和压力延滞渗压系统三种。 强力渗压系统强力渗压系统 由渗流器和海水、淡由渗流器和海水、淡 水之间渗透压的存在，水之间渗透压的存在， 深水池中的淡水会通深水池中的淡水会通 过渗流器不断向海水过渗流器不断向海水 侧迁移，深水池水位侧迁移，深水池水位 下降很多（可达下降很多（可达200多多 米），深水池水位与米），深水池水位与 河水的水位形成较大河水的水位形成较大 落差。落差。 49 水压塔渗压系统水压塔渗压系统 水压塔的淡水侧下半水压塔的淡水侧下半 部由半透膜组成，向部由半透膜组成，向 水压塔内充入海水，水压塔内充入海水， 由于盐差产生渗透压，由于盐差产生渗透压， 淡水通过半透膜向水淡水通过半透膜向水 压塔内渗透，当塔