第六章--海洋能利用-He-3

1、New and Renewable Energy 新能源及可再生能源新能源及可再生能源 任課教師：何玉榮任課教師：何玉榮 能源與環(huán)境工程研究所能源與環(huán)境工程研究所 第第6章章 海洋能利用海洋能利用 海洋熱能利用海洋熱能利用6.1 6.1.1 概述概述 6.1.2 資源情況及特點資源情況及特點 6.1.3 可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán)可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán) 6.1.4 海洋熱能電站的設(shè)計原則和工程設(shè)施海洋熱能電站的設(shè)計原則和工程設(shè)施 第第6章章 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 海洋波浪能利用海洋波浪能利用6.2 6.2.6 波浪發(fā)電基本環(huán)節(jié)的設(shè)計波浪發(fā)電基本環(huán)節(jié)的設(shè)計 6.2.4 波浪能的特征與

2、計算波浪能的特征與計算 6.2.1 概況概況 6.2.2 風(fēng)浪的形成與發(fā)展風(fēng)浪的形成與發(fā)展 6.2.3 風(fēng)浪的基本特征風(fēng)浪的基本特征 6.2.5 波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本方式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本方式 6.2.7 總結(jié)總結(jié) 6.1.1 概述概述 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能海洋熱能 海洋熱能是海洋能源的主題，它是海洋海洋熱能是海洋能源的主題，它是海洋上層溫海水上層溫海水與與深海冷水深海冷水之之 間存在間存在溫差溫差而蘊有的能量而蘊有的能量。 海洋海洋熱能來源于熱能來源于太陽能太陽能，是儲存于海水中的太陽能，因此是一種，是儲存于海水中的太陽能，因此是一種 可再生能源可再生能源。地球表面。

3、地球表面70%70%為海洋覆蓋，水體巨大，所包含的熱能為海洋覆蓋，水體巨大，所包含的熱能 十分十分龐大龐大。據(jù)估計，海洋熱能的能量比其它各種海洋能源，如。據(jù)估計，海洋熱能的能量比其它各種海洋能源，如波波 浪能、潮汐能、海流能浪能、潮汐能、海流能的總和還要多。的總和還要多。 海洋熱能的發(fā)展史海洋熱能的發(fā)展史 1881年，法國學(xué)者雅克年，法國學(xué)者雅克德德阿松瓦爾（阿松瓦爾（Jacques d Arsonval），）， 提出提出開發(fā)海洋熱能的開發(fā)海洋熱能的想法想法； 1930年，法國人克勞德（年，法國人克勞德（G. Claude），），建成建成一臺海洋熱能發(fā)電一臺海洋熱能發(fā)電 的的試驗裝置試驗裝置，

4、發(fā)出，發(fā)出22kW的電力；的電力； 1979年年8月，人類第一次月，人類第一次成功成功地進行了海洋熱能發(fā)電的地進行了海洋熱能發(fā)電的演示演示， 這就是著名的這就是著名的“Mini-OTEC”海洋熱能發(fā)電試驗裝置，它完成海洋熱能發(fā)電試驗裝置，它完成 了了世界上首次成功的海洋熱能發(fā)電試驗世界上首次成功的海洋熱能發(fā)電試驗。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 6.1.1 概述概述 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 6.1.2 資源情況及特點資源情況及特點 海洋中為什么會存在海洋中為什么會存在溫差溫差？ 海洋這個天然的海洋這個天然的太陽能蓄能裝置太陽能蓄能裝置的結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律？的結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律？ 混合層的

5、下面混合層的下面 隨著深度的增加，海水溫度迅速下降，在約隨著深度的增加，海水溫度迅速下降，在約200m的距離中的距離中 溫度下降了溫度下降了15左右左右 溫躍層以下溫躍層以下 深海冷水來源于極地海洋。在深海冷水來源于極地海洋。在3000m深處，終年溫度深處，終年溫度02； 在在6001000m深度處，水溫約深度處，水溫約46 溫躍層溫躍層 深海冷水層深海冷水層 海洋溫度的三層結(jié)構(gòu)海洋溫度的三層結(jié)構(gòu) 海洋熱平衡及溫度結(jié)構(gòu)海洋熱平衡及溫度結(jié)構(gòu) 混合層混合層 靠近海面，厚度大約靠近海面，厚度大約100m，在信風(fēng)區(qū)可達，在信風(fēng)區(qū)可達200m。 吸收太陽輻射，同時向外散熱，溫度動態(tài)平衡所

6、決定。吸收太陽輻射，同時向外散熱，溫度動態(tài)平衡所決定。 南北緯南北緯20之間，終年在之間，終年在25以上；熱帶海區(qū)，溫度可達以上；熱帶海區(qū)，溫度可達 2830。 晝夜變化：晝夜變化：0.5左右，波及深度很??；季節(jié)性變化：低緯度左右，波及深度很??；季節(jié)性變化：低緯度 海區(qū)海區(qū)23，中緯度海區(qū)，中緯度海區(qū)10以上，波及整個混合層以上，波及整個混合層 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海水溫度的海水溫度的三層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)存在于存在于中、低緯度中、低緯度的海洋；的海洋；高緯度高緯度海洋海洋 的溫度的溫度三層結(jié)構(gòu)不明顯三層結(jié)構(gòu)不明顯，或只是季節(jié)性出現(xiàn)，海洋熱能溫差，或只是季節(jié)性出現(xiàn)，海洋熱能溫差 很小、

7、品位很低很小、品位很低。 只有只有溫差終年不低于溫差終年不低于2020左右的海區(qū)的海洋熱能才有左右的海區(qū)的海洋熱能才有開發(fā)價開發(fā)價 值值。即只有南北緯。即只有南北緯2020之間之間的熱帶、亞熱帶海域的海洋熱能的熱帶、亞熱帶海域的海洋熱能 資源才值得開發(fā)。資源才值得開發(fā)。 海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 西太平洋西太平洋的熱帶海域是海的熱帶海域是海 洋熱能最豐富的海域。洋熱能最豐富的海域。 我國的我國的南海諸島南海諸島和和臺灣省臺灣省 東部海域東部海域處于這一海域的處于這一海域的 最西端，周圍鄰近人口稠最西端，周

8、圍鄰近人口稠 密的新興經(jīng)濟發(fā)展地區(qū)，密的新興經(jīng)濟發(fā)展地區(qū)， 因此是開發(fā)海洋熱能的最因此是開發(fā)海洋熱能的最 佳區(qū)域之一。佳區(qū)域之一。 圖圖5-1 海洋溫差分布圖海洋溫差分布圖 海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 理論上說，上述海區(qū)所吸收的理論上說，上述海區(qū)所吸收的太陽輻射太陽輻射，即為可連續(xù)提取的，即為可連續(xù)提取的最最 大海洋熱能熱量大海洋熱能熱量。 以海面年平均太陽輻射強度為以海面年平均太陽輻射強度為0.212kW/m2，熱帶海面對太陽輻，熱帶海面對太陽輻 射的吸收率約為射的吸收率約為90%。據(jù)此，全球適于進行海洋

9、熱能開發(fā)的。據(jù)此，全球適于進行海洋熱能開發(fā)的1億億 平方公里海區(qū)吸收的太陽輻射總量為平方公里海區(qū)吸收的太陽輻射總量為1.91013kW。海洋熱能品。海洋熱能品 位非常低，其能量轉(zhuǎn)化率估計只有位非常低，其能量轉(zhuǎn)化率估計只有2%左右。由此可得出全球海左右。由此可得出全球海 洋熱能發(fā)電的極限值將為洋熱能發(fā)電的極限值將為1.91013 2%=3.8 1011kW，其，其1% 就相當(dāng)于目前全球的發(fā)電量。就相當(dāng)于目前全球的發(fā)電量。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計海洋熱能資源的分布及蘊藏量的估計 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 大多是大多是可再生能源可再生能源，如太陽能、風(fēng)

10、能、波浪能、潮汐能都是不穩(wěn)定或，如太陽能、風(fēng)能、波浪能、潮汐能都是不穩(wěn)定或 周期性的，其開發(fā)利用都會碰到復(fù)雜昂貴的蓄能問題。而海洋熱能本周期性的，其開發(fā)利用都會碰到復(fù)雜昂貴的蓄能問題。而海洋熱能本 身就是儲存在身就是儲存在海洋中的太陽能海洋中的太陽能，海洋就是一個巨大的，海洋就是一個巨大的儲能器儲能器，由于水，由于水 體巨大，溫度十分穩(wěn)定，其晝夜溫差變化可以忽略，季節(jié)性溫差變化體巨大，溫度十分穩(wěn)定，其晝夜溫差變化可以忽略，季節(jié)性溫差變化 只有只有2 23 3，并且是有規(guī)律，可預(yù)測的。因此海洋熱能電站可以發(fā)出，并且是有規(guī)律，可預(yù)測的。因此海洋熱能電站可以發(fā)出 連續(xù)穩(wěn)定的電力而不需設(shè)置蓄能裝置。這

11、可以大大的降低海洋熱能的連續(xù)穩(wěn)定的電力而不需設(shè)置蓄能裝置。這可以大大的降低海洋熱能的 開發(fā)成本。開發(fā)成本。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能資源的特點海洋熱能資源的特點 能量品位不算低能量品位不算低 海洋熱能的海洋熱能的溫差只有溫差只有20左右左右，與常規(guī)能源，甚至與許多可再生能源，與常規(guī)能源，甚至與許多可再生能源， 如地?zé)崮?、生物質(zhì)能比較起來，其品位是非常低的。但是如地?zé)崮?、生物質(zhì)能比較起來，其品位是非常低的。但是從單位水體從單位水體 所含有的能量來說所含有的能量來說，其能量頭的水能是同一個數(shù)量級，其能量頭的水能是同一個數(shù)量級，遠比波浪能、遠比波浪能、 風(fēng)能高風(fēng)能高

12、。從下面的簡單計算就可以看出。從下面的簡單計算就可以看出: 設(shè)溫海水的比熱容設(shè)溫海水的比熱容Cp=41900J/(kg)，1kg溫海水從溫海水從27放熱至放熱至22的的 可用熱能為可用熱能為q=(27-22)4190=20950J，設(shè)海洋熱能轉(zhuǎn)化為機械功的效率，設(shè)海洋熱能轉(zhuǎn)化為機械功的效率 為為=2%，則轉(zhuǎn)化功，則轉(zhuǎn)化功w=q=419J。此功可將。此功可將1kg海水提升只高度海水提升只高度 H=w/9.18=45.6m處。從這一簡單估算中可以看出，海洋熱能的能量強處。從這一簡單估算中可以看出，海洋熱能的能量強 度相當(dāng)于度相當(dāng)于45m的水頭。的水頭。 海洋熱能資源的特點海洋熱能資

13、源的特點 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 資源處于遠離大陸的海洋環(huán)境資源處于遠離大陸的海洋環(huán)境 海洋海洋環(huán)境的環(huán)境的自然條件自然條件較陸地較陸地復(fù)雜困難復(fù)雜困難，海中的風(fēng)、浪、潮汐、海流和災(zāi)害性，海中的風(fēng)、浪、潮汐、海流和災(zāi)害性 天氣以及海水腐蝕、海洋生物的沾污都是建立在海洋熱能能量轉(zhuǎn)換裝置時必天氣以及海水腐蝕、海洋生物的沾污都是建立在海洋熱能能量轉(zhuǎn)換裝置時必 須考慮的因素。須考慮的因素。 海洋熱能遠離大陸，因此海洋熱能開發(fā)還存在一個海洋熱能遠離大陸，因此海洋熱能開發(fā)還存在一個能量傳輸能量傳輸?shù)膯栴}。的問題。 在在南北緯南北緯之間之間的的熱帶海洋熱帶海洋沒有大風(fēng)暴，是開發(fā)海洋熱能的最佳區(qū)域。

14、沒有大風(fēng)暴，是開發(fā)海洋熱能的最佳區(qū)域。 可再生性可再生性 海洋熱能來自于海洋熱能來自于太陽能太陽能，每天都可以得到補充，是取之不盡，用之不竭的，每天都可以得到補充，是取之不盡，用之不竭的。 海洋熱能資源的特點海洋熱能資源的特點 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋海洋混合層混合層的海水溫度僅為的海水溫度僅為2530，接近常溫，海洋熱能作為，接近常溫，海洋熱能作為 “熱熱”直接使用幾乎是直接使用幾乎是沒有意義沒有意義的。相反，用的。相反，用深海冷水深海冷水作為空調(diào)或作為空調(diào)或 生產(chǎn)淡水的生產(chǎn)淡水的冷源冷源在在理論上是可行理論上是可行的，但是在遠離大陸的的，但是在遠離大陸的深海，

15、深海，誰需誰需 要空調(diào)和淡水呢要空調(diào)和淡水呢？ 因此因此，海洋熱能必須轉(zhuǎn)化成高品位，高能量密度，便于使用的能量，海洋熱能必須轉(zhuǎn)化成高品位，高能量密度，便于使用的能量 形式，比如形式，比如電能電能或或化學(xué)能化學(xué)能才有實際意義。這就是文獻上通常使用的才有實際意義。這就是文獻上通常使用的 “海洋熱能轉(zhuǎn)換（）海洋熱能轉(zhuǎn)換（）”一詞而不單純說一詞而不單純說“海洋熱能海洋熱能”的原的原 因了。因了。 6.1.3 可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán)可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán) 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 塞貝塞貝克效應(yīng)克效應(yīng)（熱能直接轉(zhuǎn)化為電能）（熱能直接轉(zhuǎn)化為電能） 利用利用半導(dǎo)體半導(dǎo)體的的塞貝塞

16、貝克效應(yīng)，也就是半導(dǎo)體的克效應(yīng)，也就是半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng)直接把熱能轉(zhuǎn)直接把熱能轉(zhuǎn) 化成電能。化成電能。優(yōu)點：優(yōu)點：沒有運動部件（泵，吸海水的泵除外），不需任何沒有運動部件（泵，吸海水的泵除外），不需任何 工質(zhì)，安全可靠。工質(zhì)，安全可靠。缺點：缺點：轉(zhuǎn)化效率比較低，設(shè)備難以大型化，成本太轉(zhuǎn)化效率比較低，設(shè)備難以大型化，成本太 高。對海洋熱能發(fā)電來說沒，這種方法沒有實際意義。高。對海洋熱能發(fā)電來說沒，這種方法沒有實際意義。 形狀記憶合金發(fā)動機形狀記憶合金發(fā)動機（熱能轉(zhuǎn)化為機械能）（熱能轉(zhuǎn)化為機械能） 形狀記憶合金在形狀記憶合金在較低溫度較低溫度下下受到較小受到較小的外力即可產(chǎn)生的外力即可

17、產(chǎn)生變形變形，而在，而在較高較高 的溫度下的溫度下將會以較大的力量將會以較大的力量恢復(fù)恢復(fù)原來的形狀從而原來的形狀從而對外做功對外做功。但形狀記但形狀記 憶合金仍是探索之中的技術(shù)，是否具備實用化前景仍無定論。憶合金仍是探索之中的技術(shù)，是否具備實用化前景仍無定論。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 6.1.3 可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán)可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán) 熱力循環(huán)熱力循環(huán)（熱能轉(zhuǎn)化成熱能轉(zhuǎn)化成機械功再轉(zhuǎn)化為電能）機械功再轉(zhuǎn)化為電能） 利用流體利用流體受熱受熱時其時其飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓力會力會隨溫度而增大隨溫度而增大，其，其體積體積也要也要 向外向外膨脹膨脹的特點，就可以把的

18、特點，就可以把熱轉(zhuǎn)化成機械功熱轉(zhuǎn)化成機械功。在一個熱源（比。在一個熱源（比 如表層溫海水）和一個冷源之間（深海冷水）之間，用某種工如表層溫海水）和一個冷源之間（深海冷水）之間，用某種工 質(zhì)（比如水）在熱源吸熱，變成蒸汽膨脹作功，然后再向冷源質(zhì)（比如水）在熱源吸熱，變成蒸汽膨脹作功，然后再向冷源 放熱，凝縮成水，恢復(fù)到原來的狀態(tài)。然后又開始新一輪的上放熱，凝縮成水，恢復(fù)到原來的狀態(tài)。然后又開始新一輪的上 述過程。這就組成了一個熱力循環(huán)，它能源源不斷地把部分熱述過程。這就組成了一個熱力循環(huán)，它能源源不斷地把部分熱 源的熱量轉(zhuǎn)化成機械功。源的熱量轉(zhuǎn)化成機械功。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 6.

19、1.3 可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán)可用于海洋熱能轉(zhuǎn)換的各種熱力循環(huán) 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 圖圖5-3即工作在飽和區(qū)的水工質(zhì)卡諾循即工作在飽和區(qū)的水工質(zhì)卡諾循 環(huán)。該卡諾循環(huán)由環(huán)。該卡諾循環(huán)由絕熱壓縮絕熱壓縮、等溫吸等溫吸 熱熱、絕熱膨脹絕熱膨脹和和等溫放熱等溫放熱等等四個可逆四個可逆 過程過程組成。這是一種組成。這是一種理想的循環(huán)理想的循環(huán)，為，為 使此循環(huán)使此循環(huán)具有實用性，則必須對此循具有實用性，則必須對此循 環(huán)進行一些改進。環(huán)進行一些改進。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 將卡諾循環(huán)中的將卡諾循環(huán)中的等溫放熱等溫放熱過程進行到過程進

20、行到 底，使工質(zhì)完全冷凝成水。則隨后汽底，使工質(zhì)完全冷凝成水。則隨后汽 水兩相的絕熱壓縮過程就變成水兩相的絕熱壓縮過程就變成單相液單相液 態(tài)水的壓縮過程態(tài)水的壓縮過程和和水的等壓吸熱過程水的等壓吸熱過程。 這兩個過程均是易于實現(xiàn)和控制的。這兩個過程均是易于實現(xiàn)和控制的。 經(jīng)過這樣的改造，飽和蒸汽的卡諾循經(jīng)過這樣的改造，飽和蒸汽的卡諾循 環(huán)就變成了朗肯循環(huán)。如圖環(huán)就變成了朗肯循環(huán)。如圖5-2。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 圖圖5-2是海洋熱能朗肯循環(huán)及溫、冷海水換熱過程在是海洋熱能朗肯循環(huán)及溫、冷海水換熱過程在T-S圖上的示意圖。圖上的示意圖。 圖圖5-3

21、是海洋熱能朗肯循環(huán)的簡化等效卡諾循環(huán)溫熵圖。現(xiàn)在定義如下是海洋熱能朗肯循環(huán)的簡化等效卡諾循環(huán)溫熵圖?，F(xiàn)在定義如下 符號的意義為：符號的意義為： Tw溫海水的初溫（溫海水的初溫（K） tw蒸汽發(fā)生器的傳熱蒸汽發(fā)生器的傳熱端差端差（K） T1等效卡諾循環(huán)等溫吸熱溫度（等效卡諾循環(huán)等溫吸熱溫度（K） T2等效卡諾循環(huán)等溫放熱溫度（等效卡諾循環(huán)等溫放熱溫度（K） Tc冷海水的初溫（冷海水的初溫（K） tc冷凝器的傳熱端差（冷凝器的傳熱端差（K） 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 圖圖設(shè)溫冷海水總流量為：設(shè)溫冷海水總流量為：qm=qm,w+qm,c 式中，式中，qm,w

22、溫海水質(zhì)量流量（溫海水質(zhì)量流量（kg/s），），qm,c深海冷水質(zhì)量流量（深海冷水質(zhì)量流量（kg/s）。）。 令令y為溫海水的流量比為溫海水的流量比：y= qm,w/ qm,c 此時，理想朗肯循環(huán)的凈功率可以寫成：此時，理想朗肯循環(huán)的凈功率可以寫成： 式中式中 ,cp說的定壓比熱容（說的定壓比熱容（J/kgK） g重力加速度（重力加速度（m/s2） t w溫海水降溫（溫海水降溫（） t c深海冷水溫升（深海冷水溫升（） Hw包括損耗在內(nèi)的溫海水泵楊程（包括損耗在內(nèi)的溫海水泵楊程（m） Hc包括損耗在內(nèi)的冷海水泵楊程（包括損耗在內(nèi)的冷海水泵楊程（m） (1)(1) mpwcmmc Wq cy t

23、ytq g yHy H 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 近似地，把海洋熱能朗肯循環(huán)看成卡諾，則這個理想循環(huán)的凈功率還可以寫成：近似地，把海洋熱能朗肯循環(huán)看成卡諾，則這個理想循環(huán)的凈功率還可以寫成： 由此可以導(dǎo)出由此可以導(dǎo)出: 最佳溫海水流量比最佳溫海水流量比 理想循環(huán)的最佳等溫吸熱溫度理想循環(huán)的最佳等溫吸熱溫度 理想循環(huán)的最佳等溫放熱溫度理想循環(huán)的最佳等溫放熱溫度 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 121 ()/()/() mpwmpwwwwcccwww W q yc t T TTq yc t TttTttTtt 2 0.5

24、 ()/( ()()1 jcwpwwcc yg HHcTtTt 1 ()(1) ()() jwwwwcc Ty TtyTtTt 2 ()()(1)() jwwcccc TyTtTty Tt 估算一個估算一個10萬萬kW的海洋熱能電站的一些參數(shù)，以便得到一個較明晰的概念。設(shè)溫海的海洋熱能電站的一些參數(shù)，以便得到一個較明晰的概念。設(shè)溫海 水的初溫為水的初溫為27，冷海水的初溫為，冷海水的初溫為5；取蒸汽發(fā)生器的傳熱端差為；取蒸汽發(fā)生器的傳熱端差為3，冷凝器的傳，冷凝器的傳 熱端差為熱端差為2；冷、溫海水泵的楊程差為；冷、溫海水泵的楊程差為5m，則可得：，則可得：Yj=0.523，T1j=292.9

25、K=19.9， T2j=284.4K=11.4。相應(yīng)的循環(huán)效率為相應(yīng)的循環(huán)效率為=1- T1j/ T2j=1-284.4/292.9=2.9%。 設(shè)熱機的內(nèi)效率為設(shè)熱機的內(nèi)效率為80%，則海洋熱能發(fā)電實際熱效率只有，則海洋熱能發(fā)電實際熱效率只有2.3%左右。這意味著每左右。這意味著每kW 功率需要從溫海水中吸取功率需要從溫海水中吸取3600/0.023=156522kJ/h的熱量。則維持的熱量。則維持1kW發(fā)電量需要抽吸發(fā)電量需要抽吸 溫海水溫海水9.12t/h左右。與此同時，還需要近左右。與此同時，還需要近8.3t/h的冷海水來冷凝工作過的乏氣。從而，的冷海水來冷凝工作過的乏氣。從而， 這個

26、這個10萬萬kW的海洋熱能電站每小時需抽吸的海洋熱能電站每小時需抽吸91.2萬萬t溫海水和溫海水和83萬萬t冷海水。抽吸這么大冷海水。抽吸這么大 量的海水需要消耗大量的電力，估計要占到海洋熱能電站輸出功率的量的海水需要消耗大量的電力，估計要占到海洋熱能電站輸出功率的20%至至30%?？??？?除電站自用電以后，海洋熱能電站的凈熱效率只有大約除電站自用電以后，海洋熱能電站的凈熱效率只有大約1.8%左右。左右。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 開式循環(huán)開式循環(huán) 開式循環(huán)使用開式循環(huán)使用水做工質(zhì)水做工質(zhì)，其流程如圖，其流程如圖 5-4所示。所示。溫海水溫海水進入進入

27、閃蒸器閃蒸器，在負壓，在負壓 （大約（大約0.025絕對大氣壓）下絕對大氣壓）下閃蒸汽化閃蒸汽化， 產(chǎn)生的產(chǎn)生的蒸汽蒸汽進入進入汽輪機汽輪機作功作功，乏氣乏氣排排 入入冷凝器冷凝器冷凝冷凝成水，成水，冷凝水冷凝水再由再由冷凝冷凝 水泵水泵排出排出。由于冷凝水不返回到循環(huán)。由于冷凝水不返回到循環(huán) 中，因此稱之為中，因此稱之為開式循環(huán)開式循環(huán)。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 開式循環(huán)的特點開式循環(huán)的特點 開式循環(huán)使用開式循環(huán)使用水水作作工質(zhì)工質(zhì)，不會不會對環(huán)境對環(huán)境造成造成任何任何污染污染。 使用使用混合式冷凝器和閃蒸器混合式冷凝器和閃蒸器，這些設(shè)備不存在金屬

28、換熱面，這些設(shè)備不存在金屬換熱面，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 簡單，金屬耗量少，成本低簡單，金屬耗量少，成本低。不存在換熱面的沾污、結(jié)垢和腐蝕。不存在換熱面的沾污、結(jié)垢和腐蝕 等問題，給等問題，給運行維護運行維護帶來極大的帶來極大的方便方便。 系統(tǒng)所產(chǎn)生的系統(tǒng)所產(chǎn)生的冷凝水冷凝水是是淡水淡水。 系統(tǒng)工作在很高的系統(tǒng)工作在很高的真空度真空度條件下，因此隨時抽除漏入系統(tǒng)的不凝條件下，因此隨時抽除漏入系統(tǒng)的不凝 結(jié)性氣體，結(jié)性氣體，對保證系統(tǒng)對保證系統(tǒng)正常工作正常工作十分重要。十分重要。 其其關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備是大流量，低焓降的是大流量，低焓降的汽輪機汽輪機。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)

29、朗肯循環(huán) 閉式循環(huán)閉式循環(huán) 閉式循環(huán)又叫閉式循環(huán)又叫中間介質(zhì)法循環(huán)中間介質(zhì)法循環(huán)，其特點是使，其特點是使 用用低沸點流體低沸點流體代替代替水水作作循環(huán)的工質(zhì)循環(huán)的工質(zhì)。低沸點。低沸點 工質(zhì)不拋棄而工質(zhì)不拋棄而回收使用回收使用，其流程形成，其流程形成封閉回封閉回 路路，因此稱之為，因此稱之為閉式循環(huán)閉式循環(huán)。如右圖。如右圖。 首先，首先，低沸點工質(zhì)低沸點工質(zhì)在在蒸發(fā)器蒸發(fā)器中中吸收吸收溫海水的溫海水的 熱量熱量而而汽化汽化。工質(zhì)蒸汽工質(zhì)蒸汽進入進入汽輪機汽輪機膨脹膨脹作功，作功， 乏乏汽汽進入進入冷凝器冷凝器被冷海被冷海水冷凝水冷凝成成液態(tài)工質(zhì)液態(tài)工質(zhì)， 再由再由工質(zhì)泵工質(zhì)泵升壓打進升壓打進蒸發(fā)

30、器蒸發(fā)器中中蒸發(fā)汽化蒸發(fā)汽化。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 開式循環(huán)開式循環(huán)的一個的一個顯著缺點顯著缺點是低壓下是低壓下水蒸汽水蒸汽的的比容太大比容太大，從而，從而 使得使得汽輪機汽輪機的的體積龐大體積龐大，單機，單機功率受功率受到很大的到很大的限限制。但是制。但是閉閉 式循環(huán)式循環(huán)則則不存在不存在這樣的問題。這樣的問題。 閉式循環(huán)閉式循環(huán)，選擇，選擇合適的低沸點工質(zhì)合適的低沸點工質(zhì)，可以使得在可以使得在海洋熱能溫海洋熱能溫 度范圍度范圍中，工質(zhì)的中，工質(zhì)的飽和蒸汽壓力飽和蒸汽壓力為一個為一個不太高不太高的正壓。這樣的正壓。這樣 的工質(zhì)蒸汽具有比較的工質(zhì)

31、蒸汽具有比較大的密度大的密度，其，其體積體積流量將大大流量將大大小小于相同于相同 溫度下的飽和水蒸汽，從而可使低沸點工質(zhì)溫度下的飽和水蒸汽，從而可使低沸點工質(zhì)汽輪機體積汽輪機體積大大大大 縮縮小小，突破開式循環(huán)突破開式循環(huán)的的單機容量限制單機容量限制的問題。這點對于大規(guī)的問題。這點對于大規(guī) 模開發(fā)海洋熱能來說是特別重要的。模開發(fā)海洋熱能來說是特別重要的。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 閉式循環(huán)閉式循環(huán)選擇工質(zhì)選擇工質(zhì)時必須考慮如下幾項時必須考慮如下幾項原則原則： 工質(zhì)的工質(zhì)的工作壓力工作壓力要要適中適中，使整個循環(huán)處于一個不太高的正壓之下；，使整個循環(huán)處于

32、一個不太高的正壓之下； 單位功率的單位功率的工質(zhì)體積流量工質(zhì)體積流量要小要小，有利于，有利于減小設(shè)備尺寸減小設(shè)備尺寸； 化學(xué)性能化學(xué)性能穩(wěn)定穩(wěn)定，不易老化費解；，不易老化費解； 不易燃，不易爆，無毒性，不污染環(huán)境；不易燃，不易爆，無毒性，不污染環(huán)境； 對金屬對金屬無腐蝕性無腐蝕性； 用過的工質(zhì)用過的工質(zhì)易于處理或再生易于處理或再生； 價格價格低廉低廉，資源豐富。，資源豐富。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 閉式循環(huán)的閉式循環(huán)的優(yōu)點優(yōu)點 閉式循環(huán)中，溫、冷海水都閉式循環(huán)中，溫、冷海水都不直接與工質(zhì)接觸不直接與工質(zhì)接觸，不會發(fā)生溶解在，不會發(fā)生溶解在 海水中的不

33、凝結(jié)氣體進入循環(huán)系統(tǒng)的問題；海水中的不凝結(jié)氣體進入循環(huán)系統(tǒng)的問題； 同時，系統(tǒng)中工質(zhì)蒸汽壓力一般均大于大氣壓，從而閉式系統(tǒng)運同時，系統(tǒng)中工質(zhì)蒸汽壓力一般均大于大氣壓，從而閉式系統(tǒng)運 行是行是不須抽除不凝結(jié)性氣體不須抽除不凝結(jié)性氣體，可減少廠用電；，可減少廠用電； 使用閉式循環(huán)使用閉式循環(huán)克服了克服了海洋熱能電站海洋熱能電站單機功率受限制單機功率受限制的缺點，低沸的缺點，低沸 點 工 質(zhì) 汽 輪 機 的 體 積 和 成 本 大 大 低 于 開 始 循 環(huán) 汽 輪 機 。點 工 質(zhì) 汽 輪 機 的 體 積 和 成 本 大 大 低 于 開 始 循 環(huán) 汽 輪 機 。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用

34、 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 閉式循環(huán)的閉式循環(huán)的不足不足 首先，閉式循環(huán)必須使用首先，閉式循環(huán)必須使用體積巨大體積巨大的的表面式蒸發(fā)器和冷凝器表面式蒸發(fā)器和冷凝器。蒸發(fā)。蒸發(fā) 器和冷凝器都要傳遞比發(fā)出的功率大器和冷凝器都要傳遞比發(fā)出的功率大50倍左右的熱量。同時，蒸發(fā)倍左右的熱量。同時，蒸發(fā) 器和冷凝器的可用傳熱溫差只有器和冷凝器的可用傳熱溫差只有45。因此，其蒸發(fā)器和冷凝器的。因此，其蒸發(fā)器和冷凝器的 傳熱面積將十分巨大。傳熱面積將十分巨大。 其次，由于使用了表面式的蒸發(fā)器和冷凝器，其次，由于使用了表面式的蒸發(fā)器和冷凝器，傳熱面?zhèn)鳠崦娌豢杀苊獾牟豢杀苊獾恼凑?污污將將增大傳熱熱阻增大

35、傳熱熱阻，減少有用的溫差，這將導(dǎo)致，減少有用的溫差，這將導(dǎo)致發(fā)電能力的下降發(fā)電能力的下降。 還有，閉式循環(huán)還有，閉式循環(huán)不能副產(chǎn)淡水不能副產(chǎn)淡水，這就是其，這就是其經(jīng)濟價值經(jīng)濟價值進一步減少。進一步減少。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 混合式循環(huán)混合式循環(huán) 這也是一種可能的海洋熱能發(fā)電方這也是一種可能的海洋熱能發(fā)電方 式，它把式，它把開式循環(huán)開式循環(huán)和和閉式循環(huán)閉式循環(huán)結(jié)合結(jié)合 起來起來，可以同時，可以同時產(chǎn)生電能和淡水產(chǎn)生電能和淡水。 其流程圖如圖其流程圖如圖5-6所所示。示。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 混合循環(huán)

36、的混合循環(huán)的特點特點 混合式循環(huán)混合式循環(huán)保留了閉式循環(huán)的整個回路保留了閉式循環(huán)的整個回路。但是它不是把溫海水直接。但是它不是把溫海水直接 通進蒸發(fā)器去加熱低沸點工質(zhì)，而是用通進蒸發(fā)器去加熱低沸點工質(zhì)，而是用溫海水減壓閃蒸溫海水減壓閃蒸出來的出來的蒸汽蒸汽 作為作為蒸發(fā)器的熱源蒸發(fā)器的熱源。這樣可以。這樣可以免除免除蒸發(fā)器被海水蒸發(fā)器被海水腐蝕腐蝕和海生物沾污，和海生物沾污， 同時還可以同時還可以得到淡水得到淡水。 此外，此外，蒸發(fā)器蒸發(fā)器的的高溫側(cè)高溫側(cè)由原來由原來液體對流換熱液體對流換熱轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)檎羝淠龘Q熱蒸汽冷凝換熱， 其其放熱系數(shù)可有較大提高放熱系數(shù)可有較大提高，從而可以從而可以減

37、少蒸發(fā)器的換熱面積。減少蒸發(fā)器的換熱面積。 但是，混合式循環(huán)但是，混合式循環(huán)增加了增加了海水閃蒸汽化海水閃蒸汽化這一環(huán)節(jié)，消耗了一部分溫這一環(huán)節(jié)，消耗了一部分溫 海水的溫位，導(dǎo)致單位流量海水的發(fā)電量減少。這是其海水的溫位，導(dǎo)致單位流量海水的發(fā)電量減少。這是其明顯缺點明顯缺點。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 全流循環(huán)全流循環(huán) 開式循環(huán)開式循環(huán)中，只有中，只有一小部分一小部分閃蒸成蒸汽的閃蒸成蒸汽的溫海水溫海水參加到熱力循環(huán)參加到熱力循環(huán) 中，中，大部分大部分稍微降低了溫度的稍微降低了溫度的溫海水溫海水被拋棄掉了被拋棄掉了。為了把海水所。為了把海水所 含的熱量

38、完全利用到氣溫度等于冷海水的溫度，有人提出全流循含的熱量完全利用到氣溫度等于冷海水的溫度，有人提出全流循 環(huán)的概念。環(huán)的概念。 全流循環(huán)全流循環(huán)（total flow cycle）是指在循環(huán)中）是指在循環(huán)中全部工質(zhì)全部工質(zhì)（溫海水，包（溫海水，包 括汽、液兩相）均括汽、液兩相）均參與膨脹作功參與膨脹作功的循環(huán)。的循環(huán)。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 全流循環(huán)全流循環(huán) 基本的全流循環(huán)基本的全流循環(huán) 圖圖5-7為最基本的全流循環(huán)過程的為最基本的全流循環(huán)過程的 溫熵圖。溫熵圖。 兩相速度差將使得難以研制出有兩相速度差將使得難以研制出有 效的渦輪式全流膨脹機。較有效效的渦輪式全流膨

39、脹機。較有效 的全流膨脹機是容積式的膨脹機，的全流膨脹機是容積式的膨脹機， 如汽缸活塞式、螺旋轉(zhuǎn)子式等。如汽缸活塞式、螺旋轉(zhuǎn)子式等。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 全流循環(huán)全流循環(huán) 泡沫提升循環(huán)泡沫提升循環(huán) 泡沫提升循環(huán)泡沫提升循環(huán)的基本原理是把加入的基本原理是把加入成泡劑成泡劑的的溫海水溫海水送入處于真空狀送入處于真空狀 態(tài)的態(tài)的發(fā)泡提升管發(fā)泡提升管底部，溫海水閃蒸汽化而全部底部，溫海水閃蒸汽化而全部變成泡沫變成泡沫，體積大大，體積大大 增加，向泡沫提升管的頂部增加，向泡沫提升管的頂部膨脹膨脹。這種泡沫是水膜包圍著汽，汽和。這種泡沫是水膜包圍著汽，汽和 水同步提升，類似于

40、水同步提升，類似于容積式膨脹機容積式膨脹機。在泡沫提升管頂部，設(shè)置。在泡沫提升管頂部，設(shè)置破沫破沫 裝置裝置，泡沫破裂，泡沫破裂，汽水分離汽水分離。分離出來的。分離出來的水水已被提升到泡沫已被提升到泡沫提升管提升管 的的頂部頂部，具有一定的，具有一定的勢能勢能，可以，可以推動水輪發(fā)電機發(fā)電推動水輪發(fā)電機發(fā)電。分離出來的。分離出來的 蒸汽蒸汽由管道引到冷凝器被冷海水冷卻成由管道引到冷凝器被冷海水冷卻成冷凝水冷凝水，是泡沫提升管保持，是泡沫提升管保持 真空狀態(tài)真空狀態(tài)，使底部的泡沫可以源源不斷地，使底部的泡沫可以源源不斷地向頂部流動向頂部流動。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 全

41、流循環(huán)全流循環(huán) 霧滴提升循環(huán)霧滴提升循環(huán) 霧滴提升循環(huán)是霧滴提升循環(huán)是泡沫提升循環(huán)泡沫提升循環(huán)的的改進改進。它用。它用霧狀流霧狀流代替代替泡沫流泡沫流，靠，靠 蒸汽流把水霧提升到高處。蒸汽流把水霧提升到高處。 其其優(yōu)點優(yōu)點是是不需不需要使用要使用成泡劑成泡劑，不污染環(huán)境不污染環(huán)境。但，難以。但，難以保證霧滴流的保證霧滴流的 穩(wěn)定性。目前，霧滴提升循環(huán)還看不到實用化的前景。穩(wěn)定性。目前，霧滴提升循環(huán)還看不到實用化的前景。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 全流循環(huán)全流循環(huán) 海洋熱能電站海洋熱能電站的的特點特點是其熱源的是其熱源的品位極低品位極低，熱效率極小熱效率極小。電站運行。電

42、站運行 時要處理大量的海水，消耗大量功率。設(shè)計時，必須盡量時要處理大量的海水，消耗大量功率。設(shè)計時，必須盡量減少循環(huán)減少循環(huán) 自身的功耗自身的功耗。 設(shè)計設(shè)計海洋熱能電站時必須盡可能海洋熱能電站時必須盡可能減小冷、熱管道的阻力減小冷、熱管道的阻力，包括合理，包括合理 選取水流速，縮短管道長度，管道流程盡量平順，減少彎頭，充分選取水流速，縮短管道長度，管道流程盡量平順，減少彎頭，充分 利用虹吸效應(yīng)，避免靜水頭損失等等。利用虹吸效應(yīng)，避免靜水頭損失等等。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 6.1.4 海洋熱能電站的施工設(shè)計原則海洋熱能電站的施工設(shè)計原則 岸式電站岸式電站 岸式電站是把岸式電站是把海

43、水引到岸上海水引到岸上，電站建在陸地上。，電站建在陸地上。 特點特點 可避免復(fù)雜的可避免復(fù)雜的海洋環(huán)境海洋環(huán)境對電站的不利對電站的不利影響影響，同時發(fā)出的電能可以就，同時發(fā)出的電能可以就 地使用，往外地使用，往外送電也很容易送電也很容易； 必須修建必須修建巨大的海水管道巨大的海水管道，特別是冷水管道；，特別是冷水管道； 有利于海洋熱能的有利于海洋熱能的綜合利用綜合利用。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的布置形式和結(jié)構(gòu)海洋熱能電站的布置形式和結(jié)構(gòu) 海上電站海上電站 地球上適于建造岸式電站的地方很有限，絕大多數(shù)的海洋熱能電站地球上適于建造岸式電站的地方很有限，絕大多

44、數(shù)的海洋熱能電站 都必須都必須建在海上建在海上。 特點特點 可選擇可選擇溫差大溫差大、海況條件好的海況條件好的地點建電站，電站規(guī)模可按經(jīng)濟規(guī)模地點建電站，電站規(guī)?？砂唇?jīng)濟規(guī)模 來建設(shè)，從而可獲得最佳的經(jīng)濟效益；來建設(shè)，從而可獲得最佳的經(jīng)濟效益； 溫、冷海水溫、冷海水取水管取水管比岸式電站比岸式電站短短得多，可節(jié)省投資，降低廠用電；得多，可節(jié)省投資，降低廠用電； 可以是海面式，或是半潛式，其中可以是海面式，或是半潛式，其中半潛式半潛式可可以免受以免受海面海面風(fēng)浪的襲擾風(fēng)浪的襲擾。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的布置形式和結(jié)構(gòu)海洋熱能電站的布置形式和結(jié)構(gòu) 海洋熱能

45、電廠運行時要抽吸大量的海水，消耗大量的電力。如果溫、海洋熱能電廠運行時要抽吸大量的海水，消耗大量的電力。如果溫、 冷海水管系各自的冷海水管系各自的阻力阻力都達到都達到167kPa，則此電站發(fā)出的，則此電站發(fā)出的電力電力將全部將全部 消耗于消耗于泵吸海水泵吸海水。這樣的電站是。這樣的電站是沒有意義沒有意義的。的。 為了使電站為了使電站能向外輸出盡可能多的電力，則必須盡可能能向外輸出盡可能多的電力，則必須盡可能降低降低海水在海水在 發(fā)電裝置中循環(huán)時的發(fā)電裝置中循環(huán)時的阻力阻力。因此，評估一下海洋熱能電站運行時，。因此，評估一下海洋熱能電站運行時， 冷、溫海水的冷、溫海水的最小循環(huán)阻力最小循環(huán)阻力是

46、很有意思的。下面分別對是很有意思的。下面分別對開開式式循環(huán)循環(huán)和和 閉式循環(huán)兩種情況進行分析。閉式循環(huán)兩種情況進行分析。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的廠用電估算海洋熱能電站的廠用電估算 開式循環(huán)的水回路阻力開式循環(huán)的水回路阻力 開式循環(huán)中，開式循環(huán)中，閃蒸器閃蒸器和和冷凝器冷凝器都處于都處于極高的真空狀態(tài)極高的真空狀態(tài)，溫、冷海水，溫、冷海水 從這兩個容器中排出時從這兩個容器中排出時必須必須克服約克服約100kPa的靜水頭。僅這一項就將的靜水頭。僅這一項就將 消耗消耗總發(fā)電量的總發(fā)電量的60%。 可以利用可以利用虹吸現(xiàn)象虹吸現(xiàn)象消除這項損失。進入容器中的水容

47、器中真空作用消除這項損失。進入容器中的水容器中真空作用 下，可自海平面下，可自海平面上升約上升約10m高高。通過這樣的安排，海水進、出真空。通過這樣的安排，海水進、出真空 容器就容器就無須消耗額外的電力無須消耗額外的電力。 對于閃蒸器來說，進、出水口必須有最少對于閃蒸器來說，進、出水口必須有最少12m左右左右的高度差，這的高度差，這 是無法消除的是無法消除的工藝水頭工藝水頭。另外閃蒸器的進、出水管還有各自的。另外閃蒸器的進、出水管還有各自的沿程沿程 阻力和局部阻力損失阻力和局部阻力損失。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的廠用電估算海洋熱能電站的廠用電估算 6.1

48、.4.2 閉式循環(huán)的水回路阻力閉式循環(huán)的水回路阻力 閉式循環(huán)閉式循環(huán)使用的都是使用的都是表面式表面式的的換熱器換熱器，它的蒸發(fā)器和冷凝器，它的蒸發(fā)器和冷凝器不需不需要要 高位布置高位布置。 如果閉式循環(huán)的換熱器采用半潛式布置，則可以較大程度如果閉式循環(huán)的換熱器采用半潛式布置，則可以較大程度的縮短的縮短進進 出管的長度，降低管路阻力。出管的長度，降低管路阻力。 表面式換熱器的水側(cè)的水的流速較大，水管直徑較小，其表面式換熱器的水側(cè)的水的流速較大，水管直徑較小，其水側(cè)阻力水側(cè)阻力 不能忽視不能忽視。但仍然小于開式循環(huán)的。但仍然小于開式循環(huán)的水側(cè)阻力水側(cè)阻力。 閉式循環(huán)比開式循環(huán)閉式循環(huán)比開式循環(huán)增加

49、了增加了低沸點工質(zhì)的低沸點工質(zhì)的循環(huán)泵循環(huán)泵的動力消耗。的動力消耗。 總的來說閉式循環(huán)的總的來說閉式循環(huán)的廠用電率廠用電率應(yīng)該是應(yīng)該是20%左右左右。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的廠用電估算海洋熱能電站的廠用電估算 海洋熱能由于處在海洋環(huán)境，遠離大陸和經(jīng)濟中心，因此其海洋熱能由于處在海洋環(huán)境，遠離大陸和經(jīng)濟中心，因此其建設(shè)費建設(shè)費 用用和和能量傳輸費能量傳輸費用將比其它可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等，都要用將比其它可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等，都要 大得多大得多。 但是，它也有很多但是，它也有很多優(yōu)點優(yōu)點能夠使其能夠使其開發(fā)成本開發(fā)成本大大大大降低降低： 海洋

50、海洋熱能連續(xù)穩(wěn)定熱能連續(xù)穩(wěn)定； 海洋熱能電站的海洋熱能電站的“容量系數(shù)容量系數(shù)”可以達到可以達到100%100%，大大大高于光伏電池和大高于光伏電池和 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電30%30%左右的數(shù)值；左右的數(shù)值； 在一些在一些燃料燃料和和淡水淡水靠靠外界運進外界運進的地方，利用海洋熱能的地方，利用海洋熱能提供電力和淡提供電力和淡 水水則在經(jīng)濟上很合算。則在經(jīng)濟上很合算。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能電站的經(jīng)濟性評估海洋熱能電站的經(jīng)濟性評估 海洋熱能是一種干凈的可再生能源，特別是使用海洋熱能是一種干凈的可再生能源，特別是使用開式循環(huán)開式循環(huán)發(fā)電方式發(fā)電方式 時，由于時，由于

51、不需要不需要使用使用低沸點工質(zhì)低沸點工質(zhì)，對自然環(huán)境的影響非常小。海洋，對自然環(huán)境的影響非常小。海洋 熱能電站設(shè)于海洋中，熱能電站設(shè)于海洋中，不占用陸地不占用陸地。由于不使用燃料，海洋熱能電。由于不使用燃料，海洋熱能電 站站不排放不排放COCO2 2、SOSO2 2、NONOx x等等有害性氣體有害性氣體，也，也不排放粉塵不排放粉塵，不，不產(chǎn)生放射產(chǎn)生放射 性廢物性廢物。 如果大規(guī)模性開發(fā)利用海洋熱能，由于大量抽吸海水，特別是把深如果大規(guī)模性開發(fā)利用海洋熱能，由于大量抽吸海水，特別是把深 海冷水吸上來，排放到上層海洋中，海冷水吸上來，排放到上層海洋中，改變改變了了海洋水層的結(jié)構(gòu)海洋水層的結(jié)構(gòu)，

52、則可，則可 能能對氣候和海洋生態(tài)環(huán)境對氣候和海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響產(chǎn)生一定的影響。 6.1 海洋熱能利用海洋熱能利用 海洋熱能開發(fā)的環(huán)境問題海洋熱能開發(fā)的環(huán)境問題 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 海洋中海洋中海浪運動海浪運動比較比較復(fù)復(fù) 雜雜，引起波動的原因很，引起波動的原因很 多，如多，如風(fēng)風(fēng)、大氣壓力大氣壓力變變 化、化、天體的引潮力天體的引潮力和由和由 于于海底地震海底地震引起的突發(fā)引起的突發(fā) 性的海嘯等，性的海嘯等，海浪海浪一般一般 指指由風(fēng)引起的波浪由風(fēng)引起的波浪。 6.2.1 概況概況 太陽的熱輻射太陽的熱輻射使地球表面的空氣對使地球表面的空氣對流產(chǎn)生風(fēng)流

53、產(chǎn)生風(fēng)，由于，由于風(fēng)對水風(fēng)對水的作用，在的作用，在 海面上就會海面上就會形成波浪形成波浪，即，即風(fēng)把能量傳給了水體風(fēng)把能量傳給了水體，隨著風(fēng)力加大，波浪，隨著風(fēng)力加大，波浪 的尺度增大。風(fēng)浪的的尺度增大。風(fēng)浪的發(fā)生、發(fā)展和衰減發(fā)生、發(fā)展和衰減與下列與下列四大因素四大因素有關(guān)：有關(guān)： 1、風(fēng)速、風(fēng)速v：風(fēng)速越大，波浪越大；風(fēng)速越大，波浪越大； 2、風(fēng)時、風(fēng)時t：同一方向風(fēng)連續(xù)作用的時間稱為風(fēng)時。風(fēng)時越大，水體獲同一方向風(fēng)連續(xù)作用的時間稱為風(fēng)時。風(fēng)時越大，水體獲 得的能量越大，波浪越大；得的能量越大，波浪越大； 3、風(fēng)距、風(fēng)距F：在一定風(fēng)況作用下，對波浪發(fā)展有實際作用的風(fēng)區(qū)內(nèi)的水在一定風(fēng)況作用下，

54、對波浪發(fā)展有實際作用的風(fēng)區(qū)內(nèi)的水 域長度稱為風(fēng)距。離風(fēng)源越遠的點，即這點的風(fēng)距越大，波浪越大；域長度稱為風(fēng)距。離風(fēng)源越遠的點，即這點的風(fēng)距越大，波浪越大； 6.2.2 風(fēng)浪的形成與發(fā)展風(fēng)浪的形成與發(fā)展 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 4、水深、水深d：水面到海底的深度。水面到海底的深度。 一般把水深一般把水深d大于大于半波長半波長L/2的的 水域稱為水域稱為深水深水，此處水質(zhì)點的，此處水質(zhì)點的 運動軌跡不受海底影響，屬運動軌跡不受海底影響，屬深深 水波水波；水深；水深d小于小于半波長半波長L/2時，時， 屬屬淺水區(qū)淺水區(qū)，波浪，波浪屬于屬于淺水波淺水波， 由于水底的摩擦，波動的水質(zhì)由于水

55、底的摩擦，波動的水質(zhì) 點運動軌跡變形，波浪的點運動軌跡變形，波浪的能量能量 也隨之也隨之衰減衰減。 6.2.2 風(fēng)浪的形成與發(fā)展風(fēng)浪的形成與發(fā)展 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 風(fēng)浪：風(fēng)浪：海水表面在海水表面在風(fēng)風(fēng)的直接持續(xù)作用下產(chǎn)生的波浪。的直接持續(xù)作用下產(chǎn)生的波浪。 涌浪：涌浪：當(dāng)風(fēng)區(qū)內(nèi)的風(fēng)開始平息，或風(fēng)浪離開風(fēng)區(qū)傳到了遠處，這時當(dāng)風(fēng)區(qū)內(nèi)的風(fēng)開始平息，或風(fēng)浪離開風(fēng)區(qū)傳到了遠處，這時 的波浪表面比較的波浪表面比較平滑平滑，稱為涌浪。，稱為涌浪。 混合浪：混合浪：風(fēng)浪和涌浪等兩個或多個風(fēng)浪和涌浪等兩個或多個波系的疊加波系的疊加。 不規(guī)則海浪：不規(guī)則海浪：規(guī)則的海浪只是風(fēng)浪的一種特殊的表現(xiàn)

56、形式，在絕大規(guī)則的海浪只是風(fēng)浪的一種特殊的表現(xiàn)形式，在絕大 部分時間里海面盛行的是不規(guī)則的海浪，瞬時在部分時間里海面盛行的是不規(guī)則的海浪，瞬時在同一方向上同一方向上波形的波形的 輪廓線輪廓線是是不規(guī)則不規(guī)則的，的，不同方向上不同方向上的的輪廓線也不相同輪廓線也不相同，并隨時間變化，并隨時間變化， 亦稱為亦稱為隨機波隨機波。 海浪的表現(xiàn)方式海浪的表現(xiàn)方式 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 用連續(xù)自動記錄的用連續(xù)自動記錄的測波儀測波儀進行記錄，則可得到進行記錄，則可得到某一固定點某一固定點波高波高和和波波 周期周期隨時間變化的過程，如圖隨時間變化的過程，如圖5-11所示。所示。

57、 不規(guī)則海浪的分布和表示法不規(guī)則海浪的分布和表示法 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 不規(guī)則海浪的分布和表示法不規(guī)則海浪的分布和表示法 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 不規(guī)則海浪的分布和表示法不規(guī)則海浪的分布和表示法 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 不規(guī)則海浪的分布和表示法不規(guī)則海浪的分布和表示法 我們可以根據(jù)海上的氣象預(yù)報，對照海況登記表（表我們可以根據(jù)海上的氣象預(yù)報，對照海況登記表（表5-1），估計），估計海況海況 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 風(fēng)浪

58、資料的獲取方法風(fēng)浪資料的獲取方法 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪的基本特征波浪的基本特征波浪要素波浪要素 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪的基本特征波浪的基本特征波浪要素波浪要素 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪運動波浪運動 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪運動波浪運動 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪運動波浪運動 折射折射 當(dāng)波浪進入淺水區(qū)，波浪要素將發(fā)生變化，由于水深的影響，波長變當(dāng)波浪進入淺水區(qū)，波浪要素將發(fā)生變化，由于水深的影響，波長變 短，波速變慢，波向

59、發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)折射現(xiàn)象。短，波速變慢，波向發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)折射現(xiàn)象。 反射反射 波浪在傳播過程中遇到陡峭的巖石或人工建筑物，其全部或部分波能波浪在傳播過程中遇到陡峭的巖石或人工建筑物，其全部或部分波能 被反射成反射波。被反射成反射波。 繞射繞射 波浪在傳播過程中遇到建筑物或島嶼，除了發(fā)生反射現(xiàn)象外，部分波波浪在傳播過程中遇到建筑物或島嶼，除了發(fā)生反射現(xiàn)象外，部分波 浪還將繞過建筑物或島嶼繼續(xù)傳播，并在建筑物或島嶼后面擴散。浪還將繞過建筑物或島嶼繼續(xù)傳播，并在建筑物或島嶼后面擴散。 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 波浪的傳播與變化波浪的傳播與變化 6.2 海洋波浪能利用海洋波

60、浪能利用 6.2.4 波浪能的特征與計算波浪能的特征與計算 波浪能轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換過程主要有波浪能轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換過程主要有三個階段三個階段：第一級是：第一級是吸能裝置吸能裝置；第二；第二 級是級是能量傳遞機構(gòu)能量傳遞機構(gòu)，其目的是要把低速、低壓，即低品位波能變成高品，其目的是要把低速、低壓，即低品位波能變成高品 位的機械能；第三級是位的機械能；第三級是發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)電機系統(tǒng)等。圖等。圖5-13是其流程示意圖。是其流程示意圖。 6.2 海洋波浪能利用海洋波浪能利用 6.2.5 波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本方法波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本方法 幾種典型的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的示意圖，圖幾種典型的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的示意圖，圖5