2025年大学《海洋技术》专业题库- 海洋能源利用技术新思路

2025年大学《海洋技术》专业题库——海洋能源利用技术新思路考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.超材料吸波体2.直接接触式温差能发电3.海流能水轮机自适应控制4.海洋微藻生物柴油5.海底地热梯度能利用二、简答题（每题5分，共20分）1.简述波浪能利用中，基于“新思路”的柔性吸能装置相较于传统刚体装置的主要优势。2.描述一种新型潮汐能发电“新思路”，并简述其关键技术创新点。3.解释海洋能源利用中，“智能化运维”这一“新思路”的含义及其重要性。4.列举海洋能源利用技术面临的共性挑战，并选择其中一项进行简要说明。三、论述题（每题10分，共30分）1.对比分析直接接触式温差能发电技术与传统间接式温差能发电技术，探讨前者作为“新思路”的潜力与主要技术难点。2.探讨海流能利用中，将多台不均匀布置的水轮机组成的“集群式”捕能系统作为“新思路”的可行性及其优势。3.结合海洋环境影响评估角度，论述发展海洋生物质能（如海藻能）所面临的主要挑战以及可能的“新思路”解决方案。四、开放性思考题（15分）当前，海洋氢能发展备受关注，特别是在离岛供能方面。请结合你对该领域的了解，探讨实现大规模、低成本、可持续的海洋氢能中离岛供能，可能需要突破哪些关键技术瓶颈，并提出你设想的一种或多种创新性技术组合思路或解决方案。试卷答案一、名词解释1.超材料吸波体：指通过设计亚波长结构单元的周期性阵列，利用人工电磁响应实现对入射电磁波（通常指雷达波或声波）进行强烈吸收而非反射的材料，常用于海洋工程结构物的隐身或减振降噪。2.直接接触式温差能发电：指不通过传统的热机或制冷循环，而是直接利用工作介质（如工质）在海洋温差（如表层暖水和深层冷水之间）驱动下，通过热电效应或其他直接能量转换方式发电的技术思路。3.海流能水轮机自适应控制：指利用传感器实时监测海流速度、方向等参数，并通过控制系统自动调整水轮机叶片角度、攻角或运行模式，以优化能量捕获效率、提高结构安全性并适应海流变化的智能控制技术。4.海洋微藻生物柴油：指利用生长在海洋或海水中微藻类生物，通过生物化学或热化学转化过程，制备得到可用于柴油发动机燃料的生物质柴油产品，是一种新兴的海洋生物质能源利用思路。5.海底地热梯度能利用：指利用海底沉积物或地壳中存在的温度梯度（即地热资源），通过热交换系统提取热量，用于供暖、海水淡化或驱动热电发电装置的能源利用方式。二、简答题1.柔性吸能装置优势：柔性吸能装置通常采用弹性材料或结构，能够更好地适应波浪的变形和冲击，吸收更宽频率范围的波浪能量；其结构重量轻、柔性好，有助于减小结构自身在波浪作用下的应力响应和疲劳损伤；部分设计（如柔性水弹性体）还能实现能量耗散与能量提取的结合，提高整体效率。2.新型潮汐能发电思路示例：一种新思路是基于“仿生学”或“非对称水力”原理设计的柔性或可变形潮汐能水力机械。其关键创新点可能在于：采用模仿自然生物（如海龟壳、水母）的柔性材料或结构设计，提高对水流的适应性和能量吸收效率；或者设计非对称的闸门、导流板或水轮机叶片，使得水流通过时能产生更优化的压力差或流速变化，从而在较低流速下也能有效发电，或者更平稳地通过双向水流。3.智能化运维含义与重要性：智能化运维是指利用物联网、大数据、人工智能、物联网(IoT)传感器、无人机/水下机器人等技术，对海洋能源装置进行实时状态监测、故障预测与诊断、自主控制与优化运维决策的现代化管理模式。其重要性在于：能够显著提高设备运行可靠性和发电效率；降低人工巡检成本和风险，特别是在深海或偏远海域；实现快速响应和精准维护，减少停机时间；积累运行数据，为技术优化和长期规划提供依据。4.海洋能源共性挑战及说明：共性挑战包括：1)高成本：设备制造、安装、运维成本高昂；2)环境适应性：海洋环境恶劣（盐雾腐蚀、海浪冲击、海流作用、温度变化），对材料和结构提出极高要求；3)资源评估与预测：海洋能源资源（如波浪、潮汐、海流）具有随机性和波动性，精确预测困难；4)并网与储能：能量输出不稳定，与电网匹配困难，需要高效的储能技术和智能并网控制。选择“环境适应性”进行说明：海洋能源装置长期暴露于腐蚀性盐雾环境中，材料易发生电化学腐蚀和疲劳破坏；同时承受剧烈的波浪和海流冲击，易导致结构疲劳、损坏甚至倾覆。因此，开发耐腐蚀、高强度的先进材料，设计抗疲劳、高可靠性的结构形式，以及采用智能防护和减振技术，是海洋能源利用面临的关键挑战。三、论述题1.温差能发电技术对比与难点：直接接触式温差能发电（DCTEG）利用热电材料（如碲化镉铟）直接将海洋表层暖水和深层冷水之间的温差转化为电能，无需传统热机循环。其潜力在于：结构相对简单，可能实现更高效率（理论上可接近卡诺效率），对温差要求相对不高（理论上50-100°C温差即可），运行维护可能更简单。主要技术难点包括：1)热电材料性能：现有热电材料的能量转换效率仍有待提高；2)热管理：如何高效、低阻力地让冷热工质（海水）流经热电模块，并有效散热和吸热，是关键挑战；3)封闭循环与防腐蚀：在海水环境中实现长期稳定运行的封闭循环系统设计复杂，防腐蚀问题突出；4)成本与规模：制造高效热电模块和相关循环系统的成本较高，如何实现经济可行的规模化部署是商业化的关键。2.海流能集群式捕能系统可行性及优势：将多台不均匀布置的海流能水轮机组成“集群式”捕能系统作为新思路是可行的。其优势可能体现在：1)提高捕获效率：通过优化水轮机布局，可以利用水轮机尾流对下游水轮机的增阻效应，或者通过相间干扰产生协同效应，从而提高整个集群的总能量捕获功率系数；2)增强运行稳定性：集群布局可以通过分散风险、平滑局部水流波动，提高整体运行稳定性；3)拓展应用场景：针对特定海流场特征，通过集群设计可以更有效地利用复杂海流资源；4)智能化管理：集群系统为实施智能化协调控制提供了基础，可以根据实时海流场优化各水轮机的运行状态，进一步提升整体性能。关键在于需要进行详细的水动力学模拟和实验验证，以确定最优的集群布局模式、间距和水轮机选型。3.海洋生物质能挑战与解决方案：海洋生物质能（特别是海藻能）面临的主要挑战有：1)收集与运输成本高：海藻生长分散，收集难度大，运输成本高；2)生物转化效率与成本：将海藻转化为生物燃料（如生物柴油、乙醇）的工艺路线复杂，催化剂成本高，转化效率有待提高；3)环境影响与生态平衡：大规模养殖海藻可能占用海洋空间，影响局部生态，存在生物逃逸风险；4)能源密度低：相较于化石燃料，海藻的单位质量能量密度较低。可能的“新思路”解决方案包括：1)开发高效、低成本的自动化海藻收集和打捞技术（如仿生收集器、水下机器人）；2)研究新型高效、低成本生物催化技术和化学转化工艺，如酶工程改造微生物、微藻直接油脂转化（如超临界流体）；3)采用混合养殖模式（如与贝类、鱼类共养）或离岸、多层立体养殖系统，减少对单一生态系统的影响，提高空间利用效率；4)利用藻类进行海水淡化、二氧化碳吸收等协同利用，提高综合效益；5)研究直接燃烧或气化利用海藻（如生产生物天然气）的技术。四、开放性思考题关键技术瓶颈：1)低成本高效率的海水制氢与储运技术：目前电解水制氢（特别是利用可再生能源电力）成本仍较高，或效率有待提升；氢气的深潜、高压或低温储运技术复杂且成本高，尤其对于离岛场景。2)大容量、长寿命、高效率的海洋能储能技术：海洋能发电具有间歇性和波动性，需要大规模储能配合，现有电池储能成本高、寿命短或存在安全环保问题，其他储能技术（如压缩空气、氢储能、抽水蓄能）在海洋环境下的应用也面临挑战。3)离岸电网互联与稳定性技术：将分布式、多变的海洋能发电点和储能点稳定接入离岛电网或主电网，需要先进的电力电子变换器、柔性直流输电技术以及智能电网管理策略。4)多能互补系统集成与优化控制：实现风能、太阳能、波浪能、潮汐能、地热能等多种能源的高效互补和智能协同运行，需要复杂的能量管理系统和控制策略。5)深海/远海海洋能装置的可靠性与经济性：深海环境对设备材料、结构设计和运维提出了极高要求，导致成本高昂，影响了项目的经济可行性。创新性技术组合思路示例：提出一种基于“海流能-氢储能-智能微电网”的组合系统思路。该系统由以下部分组成：1)海流能发电阵列：在离岛附近海流资源丰富的海域部署集群式海流能水轮机，利用集群效应提高发电效率和稳定性。2)高效电解水制氢与储氢单元：将海流能发电产生的电力用于电解水制氢，采用低成本、高效率的碱性或固态氧化物电解技术；采用高压气态储氢罐或固态储氢材料进行氢气储存，集成撬装化、模块化设计，便于运输和部署。3)氢储能与转换单元：储存的氢气在需要时，通过燃料电池发电或直接作为燃气轮机燃料发电，为离岛提供稳定电力。4)大容量电池储能子系统：配置一定比例的锂电池储能系统，用于平滑海流能发电的波动，以及配合氢储能系统实现更精细的功率调节。5)智能微电网能量管理系统（EMS）：该系统是核心，负