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深入解读:现代海洋能发电技术

  今后的5-10年内,潮汐能将得到更大规模的应用,波浪能和海流能将逐步产业化。作为战略能源资源的温差能将在2020年左右,在海洋开发中发挥重要作用。结合中国的具体情况,建议近期重点研究潮汐发电机组技术、百千瓦级波浪和海流示范装置以及温差能综合利用试验装置。

  海洋能源的种类与资源

  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。究其成因,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。

  海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流和波浪为机械能,海水温差为热能,海水盐差为化学能。

  潮汐能

  潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能,其利用原理和水力发电相似。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说,与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比,潮汐能的能量密度很低,相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13一15m,我国的最大值(杭州湾澈浦)为8.9m。一般说来,平均潮差在3m以上就有实际应用价值。

  全世界潮汐能的理论估算值为109kW量级,我国的潮汐能理论估算值虽为108kW量级,但实际可利用数远小于此数。根据中国海洋能资源区划结果,沿海潮汐能可开发的潮汐电站坝址为424个,总装机容量约为2.2Xl07kW。浙江和福建沿海为潮汐能较丰富地区。

  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。台风导致的巨浪,其功率密度可达每米迎波面数千kW,而波浪能丰富的欧洲北海地区,其年平均波浪功率也仅为20-40kW/m中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2-7kW/m。

  全世界波浪能的理论估算值也为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1.3X107kW。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能丰富的地区。

  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。相对波浪而言,海流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。一般来说,最大流速在2m/s以上的水道,其海流能均有实际开发的价值。

  全世界海流能的理论估算值约为IQ8kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料,计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4X107kW。其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富,不少水道的能量密度为15一30kW/m2,具有良好的开发值。值得指出的是,中国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一,特别是浙江的舟山群岛的金塘、龟山和西候门水道,平均功率密度在20kW/m2以上,开发环境和条件很好。

  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20C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。

  全世界海洋温差能的理论估算值为10“kW量级。根据中国海洋水温测量资料计算得到的中国海域的温差能约为1.5X108kW,其中99%在甫中国海。南海的表层水温年均在26℃以上,深层水温(800m深处)常年保持在5℃,温差为2=℃,属于温差能丰富区域。

  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。通常,海水(3.5%盐度)和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度,这种位差可以利用半渗透膜(水能通过,盐不能通过)在盐水和淡水交接处实现。利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。全世界海洋盐差能的理论估算值为10kW量级,我国的盐差能估计为1.1XI08kW,主要集中在各大江河的出海处。同时,我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。

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