第5章 海洋能

1、第第5章章 海洋能海洋能l海洋占地球表面積達海洋占地球表面積達70.8%，和陸地一樣，和陸地一樣，是人類賴以生存的基本條件是人類賴以生存的基本條件。l海洋海洋蘊藏著巨大的能量，是支撐人類社會蘊藏著巨大的能量，是支撐人類社會發(fā)展的一個重要的能量來源。發(fā)展的一個重要的能量來源。l 海洋能資源分為三大類海洋能資源分為三大類。l 第第一類是海底或海床下儲存的一類是海底或海床下儲存的礦物能礦物能，如石油、，如石油、天然氣、天然氣水合物天然氣、天然氣水合物(可燃冰可燃冰)；l 第二第二類是海水中溶存的痕量元素鈾、鋰及重水等類是海水中溶存的痕量元素鈾、鋰及重水等所含的所含的化學(xué)能化學(xué)能；l 第三第三類是以力

2、學(xué)、熱、物理化學(xué)形態(tài)存在的海洋類是以力學(xué)、熱、物理化學(xué)形態(tài)存在的海洋機械能機械能、海洋、海洋熱能熱能(溫差能溫差能)、海洋、海洋鹽差能鹽差能、海洋、海洋光合能光合能(生物能生物能)，其中海洋機械能又分為潮汐能、，其中海洋機械能又分為潮汐能、波浪能、海流能等波浪能、海流能等。l 前前兩類是非再生能源，第三類是可再生能源兩類是非再生能源，第三類是可再生能源。l 本章本章中所稱的海洋能就是指第三類海洋能。中所稱的海洋能就是指第三類海洋能。l 海洋能資源具有以下海洋能資源具有以下特點特點：l (1)總蘊藏量大總蘊藏量大。技術(shù)技術(shù)允許利用的功率為允許利用的功率為64億億kW，為目前全世界，為目前全世界發(fā)

3、電裝機總量的發(fā)電裝機總量的2倍。倍。l (2)非耗竭、可再生非耗竭、可再生。由于由于海洋能是海洋永不間斷地接受著太陽輻射海洋能是海洋永不間斷地接受著太陽輻射和月亮、太陽的作用而儲存起來的，所以是可和月亮、太陽的作用而儲存起來的，所以是可再生的再生的。l (3)能量密度低能量密度低。潮汐能潮汐能的潮差較大值為的潮差較大值為1315m，我國的最大值，我國的最大值僅僅8.9m；海流能海流能的流速較大值為的流速較大值為1.52.0m/s，我國最大，我國最大值為值為1.5m/s；波浪能波浪能的年平均波高較大值為的年平均波高較大值為35m，最大波高，最大波高可達可達24m以上，我國沿岸年平均波高以上，我國

4、沿岸年平均波高1.6m，最，最大值大值10m以上以上；溫差溫差能的表、深層海水溫差較大值能的表、深層海水溫差較大值24C，我國，我國最大值與此相當(dāng)最大值與此相當(dāng)；鹽鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種，其滲差能是海洋能中能量密度最大的一種，其滲透壓一般為透壓一般為2.51MPa，相當(dāng)于，相當(dāng)于256m水柱。水柱。l (4)隨時空存在一定變化隨時空存在一定變化。溫差溫差能主要集中在低緯度大洋深水海域能主要集中在低緯度大洋深水海域；潮汐能潮汐能主要集中在沿岸海域，海流能主要集中主要集中在沿岸海域，海流能主要集中在北半球兩大洋西側(cè)在北半球兩大洋西側(cè)；波浪能波浪能近海、外海都有，但以北半球兩大洋東近海、

5、外海都有，但以北半球兩大洋東側(cè)中緯度側(cè)中緯度(3040N)和南極風(fēng)暴帶和南極風(fēng)暴帶(4050S)最最富集富集；鹽鹽差能主要在江河入?？诟浇匕恫钅苤饕诮尤牒？诟浇匕丁Ｔ谠跁r間上，除溫差能和海流能較穩(wěn)定外，其他時間上，除溫差能和海流能較穩(wěn)定外，其他均有明顯的日、月變化和年變化，不過各種海均有明顯的日、月變化和年變化，不過各種海洋能能量密度的變化一般均具有規(guī)律性，可以洋能能量密度的變化一般均具有規(guī)律性，可以預(yù)報。預(yù)報。l (5)開發(fā)利用的一次性投資大，單位造價高開發(fā)利用的一次性投資大，單位造價高。開發(fā)開發(fā)海洋能資源存在風(fēng)、浪、流等動力作用、海洋能資源存在風(fēng)、浪、流等動力作用、海水腐蝕、海洋生

6、物附著、能量密度低等問題，海水腐蝕、海洋生物附著、能量密度低等問題，致使轉(zhuǎn)換裝置設(shè)備龐大，要求材料強度高、防致使轉(zhuǎn)換裝置設(shè)備龐大，要求材料強度高、防腐性能好，設(shè)計施工技術(shù)復(fù)雜，投資大、造價腐性能好，設(shè)計施工技術(shù)復(fù)雜，投資大、造價高高。但但海洋能發(fā)電在沿岸和海上進行，不占用土地，海洋能發(fā)電在沿岸和海上進行，不占用土地，不需遷移人口，而且還具有綜合效益。不需遷移人口，而且還具有綜合效益。l (6)對環(huán)境無害對環(huán)境無害。第第1節(jié)節(jié) 波浪能波浪能l海洋中的波浪有時輕搖慢拍，有時洶涌澎海洋中的波浪有時輕搖慢拍，有時洶涌澎湃，有時排山倒海，其中蘊涵著巨大的能湃，有時排山倒海，其中蘊涵著巨大的能量，稱為量，

7、稱為波浪能波浪能。l波浪能波浪能是海面多頻譜不規(guī)則波動的機械能，是海面多頻譜不規(guī)則波動的機械能，而海面的波動則主要是由風(fēng)和大氣壓力的而海面的波動則主要是由風(fēng)和大氣壓力的變化引起的，海面的風(fēng)是產(chǎn)生波浪最主要變化引起的，海面的風(fēng)是產(chǎn)生波浪最主要的動力來源。的動力來源。l 海浪又分風(fēng)浪、涌浪和近岸浪海浪又分風(fēng)浪、涌浪和近岸浪。l 風(fēng)浪風(fēng)浪是海風(fēng)直接吹動形成的是海風(fēng)直接吹動形成的；l 涌浪涌浪是在風(fēng)停以后或風(fēng)速風(fēng)向突然變化時，在原是在風(fēng)停以后或風(fēng)速風(fēng)向突然變化時，在原來的海區(qū)剩余的波浪，或者是從別的海區(qū)傳播過來的海區(qū)剩余的波浪，或者是從別的海區(qū)傳播過來的余浪來的余浪；l 風(fēng)浪風(fēng)浪和涌浪傳到海岸邊的淺水

8、地區(qū)變成和涌浪傳到海岸邊的淺水地區(qū)變成近岸浪近岸浪。l 海洋海洋波浪的能量密度隨海域的地理位置、氣象條波浪的能量密度隨海域的地理位置、氣象條件的不同而有別件的不同而有別。l 南半球南半球和北半球和北半球4060緯度間的風(fēng)力最強，波浪緯度間的風(fēng)力最強，波浪能極為豐富；赤道兩側(cè)能極為豐富；赤道兩側(cè)30之內(nèi)的信風(fēng)區(qū)也具有良之內(nèi)的信風(fēng)區(qū)也具有良好的波候。好的波候。l 據(jù)估算，世界上條件比較好的沿海區(qū)的波浪能資據(jù)估算，世界上條件比較好的沿海區(qū)的波浪能資源儲量大概超過源儲量大概超過2TW(2106MW)。l 中 國中 國 大 部 分 海 岸 的 年 平 均 波 浪 能 流 密 度 為大 部 分 海 岸 的

9、 年 平 均 波 浪 能 流 密 度 為27kW/m，全國海岸波浪能資源理論平均功率約，全國海岸波浪能資源理論平均功率約為為12.9GW。l 利用利用波浪能發(fā)電是一百多年來人類追求的目標(biāo)，波浪能發(fā)電是一百多年來人類追求的目標(biāo)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人類社會對能源隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人類社會對能源供應(yīng)和生態(tài)環(huán)境保護的需求日益迫切，海洋波浪供應(yīng)和生態(tài)環(huán)境保護的需求日益迫切，海洋波浪發(fā)電呈現(xiàn)出了廣闊的前景。發(fā)電呈現(xiàn)出了廣闊的前景。一、波浪的產(chǎn)生和發(fā)展一、波浪的產(chǎn)生和發(fā)展l海面波浪的產(chǎn)生始于風(fēng)海面波浪的產(chǎn)生始于風(fēng)。l大氣大氣的循環(huán)產(chǎn)生了風(fēng)，風(fēng)給海面以力的循環(huán)產(chǎn)生了風(fēng)，風(fēng)給海面以力(壓力壓

10、力和剪切和剪切)的作用，推動海面產(chǎn)生運動的趨勢的作用，推動海面產(chǎn)生運動的趨勢。l同時同時海面在重力和表面張力的作用下形成海面在重力和表面張力的作用下形成了復(fù)原力，要恢復(fù)海面的穩(wěn)定了復(fù)原力，要恢復(fù)海面的穩(wěn)定。l于是于是在海面形成了一種振動系統(tǒng)，使海面在海面形成了一種振動系統(tǒng)，使海面發(fā)生波動。發(fā)生波動。l 波動是從張力波開始的，其波長從幾毫米到幾厘波動是從張力波開始的，其波長從幾毫米到幾厘米，頻率在米，頻率在10100Hz的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)。l 這種這種張力波產(chǎn)生的一系列細微波集合成細波，一張力波產(chǎn)生的一系列細微波集合成細波，一邊繼續(xù)吸收風(fēng)的能量，一邊迅速成長，向頻率低邊繼續(xù)吸收風(fēng)的能量，一邊迅速成

11、長，向頻率低的的重力波過渡。重力波過渡。l 當(dāng)波成長到波高接近波長的七分之一時，就會迅當(dāng)波成長到波高接近波長的七分之一時，就會迅速顯示出不穩(wěn)定的狀態(tài)而呈卷浪之勢速顯示出不穩(wěn)定的狀態(tài)而呈卷浪之勢。l 實際實際的海浪是由許多不同波高、波長的海浪是由許多不同波高、波長(或頻率或頻率)及及不同前進方向的波所組成。不同前進方向的波所組成。l 波高隨著受風(fēng)時間和與上風(fēng)距離的增大而增加波高隨著受風(fēng)時間和與上風(fēng)距離的增大而增加。l 在在波浪的成長過程中，波長短波浪的成長過程中，波長短(頻率高頻率高)的波會最的波會最先發(fā)生破碎，伴隨能量的擴散，只有波長長的低先發(fā)生破碎，伴隨能量的擴散，只有波長長的低頻波能繼續(xù)成

12、長，使波動能量的頻譜向低頻方向頻波能繼續(xù)成長，使波動能量的頻譜向低頻方向移動。移動。l 從風(fēng)區(qū)上端到下游海面的距離稱做從風(fēng)區(qū)上端到下游海面的距離稱做吹送距離吹送距離，風(fēng)，風(fēng)從風(fēng)區(qū)上端刮到下游海面的時間稱做從風(fēng)區(qū)上端刮到下游海面的時間稱做吹送時間吹送時間。l 波浪波浪的成長不會隨著吹送距離和吹送時間的增加的成長不會隨著吹送距離和吹送時間的增加而無限增大，即風(fēng)浪的能量會很快達到飽和而無限增大，即風(fēng)浪的能量會很快達到飽和。l 在在大海中，吹送距離極大，所以波浪的狀態(tài)不受大海中，吹送距離極大，所以波浪的狀態(tài)不受吹送距離和時間的影響，一般只由風(fēng)速來決定，吹送距離和時間的影響，一般只由風(fēng)速來決定，這時的風(fēng)

13、波稱為這時的風(fēng)波稱為充分發(fā)展的波充分發(fā)展的波。l 研究研究表明，充分發(fā)展的風(fēng)波波高和周期分別與風(fēng)表明，充分發(fā)展的風(fēng)波波高和周期分別與風(fēng)速的平方和一次方成正比。速的平方和一次方成正比。l 當(dāng)風(fēng)區(qū)離開海面時，風(fēng)波還將繼續(xù)存在并傳播，當(dāng)風(fēng)區(qū)離開海面時，風(fēng)波還將繼續(xù)存在并傳播，直至在海水摩擦和湍動的作用下消耗掉其儲存的直至在海水摩擦和湍動的作用下消耗掉其儲存的能量為止能量為止。l 另另一種情況是風(fēng)浪傳播到海岸，由于淺層海床和一種情況是風(fēng)浪傳播到海岸，由于淺層海床和岸邊巖石的阻滯作用，波浪破碎，釋放出巨大的岸邊巖石的阻滯作用，波浪破碎，釋放出巨大的能量，趨于消散能量，趨于消散。l 這些這些都是風(fēng)浪的衰退

14、過程都是風(fēng)浪的衰退過程。l 從波浪的產(chǎn)生、發(fā)展到消退，同時伴隨著能量的從波浪的產(chǎn)生、發(fā)展到消退，同時伴隨著能量的吸收、積累和釋放吸收、積累和釋放。l 波浪波浪的能量與波浪的運動息息相關(guān)。的能量與波浪的運動息息相關(guān)。二、波浪的運動二、波浪的運動l雖然海洋波浪的運動非常復(fù)雜，但是其基雖然海洋波浪的運動非常復(fù)雜，但是其基本的運動規(guī)律和其他機械波的運動具有共本的運動規(guī)律和其他機械波的運動具有共性性。l研究研究波浪的傳播、波浪能量，首先要研究波浪的傳播、波浪能量，首先要研究組成波浪的水的組成波浪的水的微團微團(質(zhì)點質(zhì)點)的運動的運動。l水水微團相對于海面的垂直位移使波浪具有微團相對于海面的垂直位移使波浪

15、具有勢能勢能；波浪在海面上的水平傳播，使波浪；波浪在海面上的水平傳播，使波浪具有具有動能動能。l 海洋中最大量的波浪是深水波，產(chǎn)生于海水的平海洋中最大量的波浪是深水波，產(chǎn)生于海水的平均深度大于波長的海面均深度大于波長的海面。l 波浪波浪中的微團在垂直方向作圓周運動，不同水層中的微團在垂直方向作圓周運動，不同水層微團的運動半徑隨深度呈指數(shù)減小微團的運動半徑隨深度呈指數(shù)減小。l 在在淺水中，微團作橢圓形運動，其能量由于水與淺水中，微團作橢圓形運動，其能量由于水與海床的摩擦而耗散。海床的摩擦而耗散。l 對于深水波，微團主要受到重力和圓周運動向心對于深水波，微團主要受到重力和圓周運動向心力的作用；摩擦

16、力、表面張力和慣性力都可以忽力的作用；摩擦力、表面張力和慣性力都可以忽略略。l 波面波面上的水微團上的水微團A受重力受重力mg和向心力和向心力mr2的作用，的作用，其中其中m是微團的質(zhì)量，是微團的質(zhì)量，r是運動半徑，是運動半徑，是角速度。是角速度。波面的微團受到的向心力是由風(fēng)施加的波面的微團受到的向心力是由風(fēng)施加的。l F是微團所受的重力和向心力的合力，方向向內(nèi)，是微團所受的重力和向心力的合力，方向向內(nèi)，垂直于波面的切線垂直于波面的切線。l F向波面內(nèi)部傳遞，是波傳播的振動動力向波面內(nèi)部傳遞，是波傳播的振動動力。l 波浪是由各種不同相位和振幅的正弦波疊加而組成的十分波浪是由各種不同相位和振幅的

17、正弦波疊加而組成的十分復(fù)雜的波形，可以用傅里葉級數(shù)展開為很多不同的正弦波，復(fù)雜的波形，可以用傅里葉級數(shù)展開為很多不同的正弦波，所以正弦波是波浪的所以正弦波是波浪的基波基波。l 分析分析基波是認識波的特性的基礎(chǔ)基波是認識波的特性的基礎(chǔ)。l 在在波面上水的微團作半徑為波面上水的微團作半徑為a的圓周運動，的圓周運動，a即為波的振幅，即為波的振幅，等于波高的等于波高的一半。一半。l 波波沿沿x方向運動方向運動(傳播傳播)，但水的微團在，但水的微團在x方向只作圓周運動方向只作圓周運動范圍內(nèi)的循環(huán)往復(fù)，并不隨波的傳播而移動，整個波的運范圍內(nèi)的循環(huán)往復(fù)，并不隨波的傳播而移動，整個波的運動形態(tài)是由于不同水的微

18、團連續(xù)運動的相位差產(chǎn)生的。動形態(tài)是由于不同水的微團連續(xù)運動的相位差產(chǎn)生的。l 質(zhì)量為質(zhì)量為mkg水的微團的受力情況如圖所示水的微團的受力情況如圖所示。l 微團微團在浪尖的位置在浪尖的位置P1，受到向上的離心力作用，離心力為，受到向上的離心力作用，離心力為mv2/a 或或 ma2。l 式式中，中，v是微團運動的線速度，是微團運動的線速度，m/s；是圓周運動的角速是圓周運動的角速度，度，1/s；a是運動半徑是運動半徑(波的振幅波的振幅)，m。l 隨后隨后，該微團下降，而鄰近的作圓周運動但相位滯后的微，該微團下降，而鄰近的作圓周運動但相位滯后的微團上升到浪尖團上升到浪尖。l P2的位置是在波谷，微團

19、受到向下的力達到最大的位置是在波谷，微團受到向下的力達到最大。l P3和和P4點在平均波面上，該處波面的切線與微團受的合力點在平均波面上，該處波面的切線與微團受的合力垂直垂直。l 下面分析微團和波的運動速度下面分析微團和波的運動速度。l 設(shè)設(shè)在在t=0時，微團處在平均水平面的位置上，其隨時，微團處在平均水平面的位置上，其隨后的位置上，有后的位置上，有因為因為ga2cos。同時，斜率還可以表示為同時，斜率還可以表示為其中其中h為高于平均水平面的高度。為高于平均水平面的高度。由上面三式，可得由上面三式，可得同時，還有同時，還有解上面兩方程，得解上面兩方程，得波的一般方程形式為波的一般方程形式為h=

20、asin(2/)x-t，所以，可，所以，可以得到波長以得到波長運動周期為運動周期為顆粒速度顆粒速度波的速度為波的速度為波速波速c是波運動的相速度，與振幅是波運動的相速度，與振幅a及顆粒速度及顆粒速度v無無關(guān)。關(guān)。三、波浪能及功率三、波浪能及功率l波浪的能量與其運動的振幅的平方和周期波浪的能量與其運動的振幅的平方和周期成正比成正比。l經(jīng)常經(jīng)常發(fā)生在深海區(qū)域的長周期發(fā)生在深海區(qū)域的長周期(約約10s)、大、大振幅振幅(約約2m)的波浪，用來發(fā)電具有廣闊的的波浪，用來發(fā)電具有廣闊的前景，其每米浪寬的平均能流為前景，其每米浪寬的平均能流為5070kW。l 在單個有規(guī)律的波中，水面附近的水滴在圓周軌在單

21、個有規(guī)律的波中，水面附近的水滴在圓周軌道上運動，在波傳遞的方向上處于不同的相位道上運動，在波傳遞的方向上處于不同的相位。l 在在豎直方向上，振幅等于波峰到波谷距離的一半，豎直方向上，振幅等于波峰到波谷距離的一半，并隨深度的增加呈指數(shù)下降。并隨深度的增加呈指數(shù)下降。l 如果海床的深度大于如果海床的深度大于0.5，則粒子會保持圓周運，則粒子會保持圓周運動，隨深度增加動，隨深度增加(z的負方向的負方向)，水滴的圓周運動半，水滴的圓周運動半徑可以按下式估算：徑可以按下式估算：考慮深度考慮深度z處單位波面寬度的微元體處單位波面寬度的微元體dxdz，其總動，其總動能可以表示為能可以表示為其中其中Ek為在為

22、在x方向方向單位寬度的波所單位寬度的波所具有的能量。具有的能量。將前式代入，在將前式代入，在z方向積分，得到方向積分，得到其中其中則得到則得到根據(jù)波動理論，波具有的勢能與動能相同，即根據(jù)波動理論，波具有的勢能與動能相同，即因此，單位表面積的波所具有的總能量為因此，單位表面積的波所具有的總能量為粒子離平均位置的垂直距離為粒子離平均位置的垂直距離為速度的水平分量為速度的水平分量為任意時刻，位于任意時刻，位于x處單位波面寬度的波的功率為處單位波面寬度的波的功率為式中，式中，p1和和p2為單位波面寬度、高為為單位波面寬度、高為dz的微元所受到的微元所受到的壓力。的壓力。壓差壓差p1-p2實際上與在圓周

23、上作旋轉(zhuǎn)運動的粒子勢能實際上與在圓周上作旋轉(zhuǎn)運動的粒子勢能的變化有關(guān)，即的變化有關(guān)，即將前式代入，得到將前式代入，得到將上式代入前式，積分，得將上式代入前式，積分，得根據(jù)波的相速度，有根據(jù)波的相速度，有由于由于所以所以以上假設(shè)波是簡單的正弦函數(shù)估算了波的能量和功以上假設(shè)波是簡單的正弦函數(shù)估算了波的能量和功率。實際的波是很不規(guī)則的，其功率可以用下式估率。實際的波是很不規(guī)則的，其功率可以用下式估算：算：其中，其中，Hs是有效波高，定義為是有效波高，定義為式中，式中，arms是水面平均位置的均方根，在相同的時間是水面平均位置的均方根，在相同的時間間隔內(nèi)測量間隔內(nèi)測量n次，然后計算得到；次，然后計算得

24、到；h是瞬時顆粒位置；是瞬時顆粒位置；Te是能量周期，按是能量周期，按0.36T估算。估算。四、波力發(fā)電四、波力發(fā)電l波浪能波浪能具有以下具有以下特點特點：l(1)能量密度小、運動速度慢能量密度小、運動速度慢。每每米波前的能量通常為米波前的能量通常為2080kW，由波浪形成的水，由波浪形成的水頭一般只有頭一般只有23m，需要將分散的波浪能轉(zhuǎn)換為集，需要將分散的波浪能轉(zhuǎn)換為集中的能量。中的能量。l(2)往復(fù)運動往復(fù)運動。每個每個周期內(nèi)海水的運動方向循環(huán)一次，需要將往周期內(nèi)海水的運動方向循環(huán)一次，需要將往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)向不變的圓周運動。復(fù)運動轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)向不變的圓周運動。l(3)不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。l(4

25、)工作壞境惡劣工作壞境惡劣。l 波浪能利用有很多困難波浪能利用有很多困難，主要有：，主要有：l (1)波的振幅、相位和方向都是不規(guī)則的，使能量波的振幅、相位和方向都是不規(guī)則的，使能量利用設(shè)備的設(shè)計很困難。利用設(shè)備的設(shè)計很困難。l (2)波的強度變化無常，能量利用設(shè)備要能夠忍受。波的強度變化無常，能量利用設(shè)備要能夠忍受。通常，通常，50年中會有年中會有1年的最高波高是平均波高的年的最高波高是平均波高的10倍。因此，利用設(shè)備應(yīng)該能承受其正常功率的倍。因此，利用設(shè)備應(yīng)該能承受其正常功率的100倍。倍。l (3)功率峰值通常在深水波中出現(xiàn)，使得波浪能利功率峰值通常在深水波中出現(xiàn)，使得波浪能利用設(shè)備的安

26、裝非常困難。用設(shè)備的安裝非常困難。l (4)波浪的周期是波浪的周期是510s(頻率頻率0.1Hz)。這種不規(guī)則的。這種不規(guī)則的慢速運動與發(fā)電設(shè)備要求的幾乎高出慢速運動與發(fā)電設(shè)備要求的幾乎高出500倍的頻率倍的頻率很難匹配很難匹配。l 波力發(fā)電是波浪能利用的主要方式波力發(fā)電是波浪能利用的主要方式。l 波浪波浪的運動形式是比較復(fù)雜的，能被利用來進行的運動形式是比較復(fù)雜的，能被利用來進行發(fā)電的主要有以下幾種。發(fā)電的主要有以下幾種。l 首先是首先是利用波浪的垂直運動利用波浪的垂直運動，具體有下面幾種。，具體有下面幾種。(1)浮體垂直擺蕩式浮體垂直擺蕩式或稱或稱漂浮漂浮式式l 利用利用可以漂浮在海面上的

27、浮體，在和海面垂直的可以漂浮在海面上的浮體，在和海面垂直的平面內(nèi)由波浪推動著振蕩或擺動，從而獲得機械平面內(nèi)由波浪推動著振蕩或擺動，從而獲得機械能能。l 點頭鴨式波力發(fā)電裝置點頭鴨式波力發(fā)電裝置。l 因因外形而外形而得名。得名。l 當(dāng)當(dāng)波浪從左邊沖過來時，由乎右邊沒有波浪沖擊波浪從左邊沖過來時，由乎右邊沒有波浪沖擊力，故鴨體失去平衡，產(chǎn)生擺動力，故鴨體失去平衡，產(chǎn)生擺動。l 波浪波浪中表層海水質(zhì)點作圓周運動，表面海水分子中表層海水質(zhì)點作圓周運動，表面海水分子的運動直徑和波高相同，但隨著水深的增加，水的運動直徑和波高相同，但隨著水深的增加，水質(zhì)點運動直徑迅速減小質(zhì)點運動直徑迅速減小。l 當(dāng)當(dāng)波浪沖

28、擊到鴨體時，表層海水給予鴨體的沖擊波浪沖擊到鴨體時，表層海水給予鴨體的沖擊力大，深層海水給予鴨體的沖擊力小，這就使鴨力大，深層海水給予鴨體的沖擊力小，這就使鴨體抬頭。體抬頭。l 波峰過去后，鴨體點頭波峰過去后，鴨體點頭。如此。如此循環(huán)循環(huán)。l 鴨鴨體吸收波能的效率可達體吸收波能的效率可達80%90%。l 鴨鴨體擺動的過程中，帶動內(nèi)部的花鍵泵轉(zhuǎn)動，壓體擺動的過程中，帶動內(nèi)部的花鍵泵轉(zhuǎn)動，壓出高壓的油流，高壓油驅(qū)動油馬達旋轉(zhuǎn)，從而帶出高壓的油流，高壓油驅(qū)動油馬達旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機發(fā)電動發(fā)電機發(fā)電。l 該該裝置結(jié)構(gòu)簡單，效率高，安全性好，可以陣列裝置結(jié)構(gòu)簡單，效率高，安全性好，可以陣列布置進行大規(guī)

29、模發(fā)電，向陸地輸電布置進行大規(guī)模發(fā)電，向陸地輸電。l 目前目前已能發(fā)出功率已能發(fā)出功率15kW的電量。的電量。l 波動筏式波動筏式。l 由由若干鋼制或鋼筋混凝土制的箱形筏塊連成一排若干鋼制或鋼筋混凝土制的箱形筏塊連成一排而而組成。組成。l 整個裝置浮在海面上，和波浪一起上下浮蕩，筏整個裝置浮在海面上，和波浪一起上下浮蕩，筏塊的狀態(tài)總保持和波形一致塊的狀態(tài)總保持和波形一致。l 在在筏塊隨著波浪起伏運動的過程中，筏塊之間的筏塊隨著波浪起伏運動的過程中，筏塊之間的夾角不斷改變，在兩個筏塊之間安裝一個液壓裝夾角不斷改變，在兩個筏塊之間安裝一個液壓裝置就可以將其中的能量提取出來，從而將波能轉(zhuǎn)置就可以將其

30、中的能量提取出來，從而將波能轉(zhuǎn)換為電能。換為電能。l 該發(fā)電裝置的效率可達該發(fā)電裝置的效率可達50%。其結(jié)構(gòu)簡單，造價。其結(jié)構(gòu)簡單，造價低，易于組裝和維護，安全性好，可以經(jīng)受大風(fēng)低，易于組裝和維護，安全性好，可以經(jīng)受大風(fēng)大浪的襲擊。大浪的襲擊。l (2)氣柱振蕩式氣柱振蕩式。l 可以可以是岸式，也可以離岸固定是岸式，也可以離岸固定，利用，利用自行車打氣自行車打氣筒的原理筒的原理。l 其其特點是有一個下端開口的空腔，其下半部分是特點是有一個下端開口的空腔，其下半部分是海水，上半部分是空氣海水，上半部分是空氣。l 其中其中的水柱可以和具有某種頻率的波浪激發(fā)產(chǎn)生的水柱可以和具有某種頻率的波浪激發(fā)產(chǎn)生

31、共振，推動空氣柱做功。共振，推動空氣柱做功。l 當(dāng)海流起伏時，空腔內(nèi)的水位隨著上升、下降，壓出當(dāng)海流起伏時，空腔內(nèi)的水位隨著上升、下降，壓出或吸入空氣，形成高速氣流，氣流使空氣渦輪機或吸入空氣，形成高速氣流，氣流使空氣渦輪機旋旋l 該裝置發(fā)電能力較小，從幾瓦到幾百瓦，但結(jié)構(gòu)簡單，該裝置發(fā)電能力較小，從幾瓦到幾百瓦，但結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定運行穩(wěn)定。l 該該裝置是由空氣推動空氣渦輪機發(fā)電的，空氣柱是往裝置是由空氣推動空氣渦輪機發(fā)電的，空氣柱是往復(fù)振蕩的，需要采取一定的措施，使空氣渦輪機單向復(fù)振蕩的，需要采取一定的措施，使空氣渦輪機單向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。l 其次其次是是利用流體靜壓力的變動利用流體靜壓力的變

32、動，有下面幾種，有下面幾種。l (1)拉塞爾整流式拉塞爾整流式。l 是是一種閘式結(jié)構(gòu)一種閘式結(jié)構(gòu)，面對，面對海洋設(shè)有兩組單向門：一海洋設(shè)有兩組單向門：一組是允許水流進入儲水池的組是允許水流進入儲水池的B門，另一組則是只門，另一組則是只允許水流從集水池流出的允許水流從集水池流出的A門門。l 這這兩個水池由一個水輪機連接起來。兩個水池由一個水輪機連接起來。l 由波浪作用維持的水頭使該水輪機不斷運轉(zhuǎn)由波浪作用維持的水頭使該水輪機不斷運轉(zhuǎn)。l 其其工作過程為：波浪產(chǎn)生的壓力迫使工作過程為：波浪產(chǎn)生的壓力迫使B門打開，儲水池充門打開，儲水池充水，當(dāng)內(nèi)部流體的靜壓力超過波浪產(chǎn)生的力，門就關(guān)閉水，當(dāng)內(nèi)部流體

33、的靜壓力超過波浪產(chǎn)生的力，門就關(guān)閉。l 儲儲水池的水通過水輪機流入集水池水池的水通過水輪機流入集水池。l 集集水池充水，直至波浪力在排出門水池充水，直至波浪力在排出門A產(chǎn)生的力小于集水池產(chǎn)生的力小于集水池內(nèi)流體的靜壓力時，排出門打開，集水池內(nèi)部分水排出內(nèi)流體的靜壓力時，排出門打開，集水池內(nèi)部分水排出。l 當(dāng)當(dāng)波峰到來時，排出門再次關(guān)閉波峰到來時，排出門再次關(guān)閉。l 如此如此循環(huán)不已。循環(huán)不已。l 該裝置的平均發(fā)電功率為該裝置的平均發(fā)電功率為5kW/m。l (2)壓力壓力-柔性膜式柔性膜式。l 氣氣袋式波力發(fā)電裝置是一種典型的壓力袋式波力發(fā)電裝置是一種典型的壓力-柔性膜式柔性膜式波浪能利用波浪能

34、利用裝置。裝置。l 該裝置有一根柔性長管，由軟隔膜把長管分隔成該裝置有一根柔性長管，由軟隔膜把長管分隔成若干個小室，小室內(nèi)充滿空氣，其底下有一條窄若干個小室，小室內(nèi)充滿空氣，其底下有一條窄縫，與一根相同長度的矩形預(yù)應(yīng)力混凝土梁相接，縫，與一根相同長度的矩形預(yù)應(yīng)力混凝土梁相接，并使之封閉。并使之封閉。l 矩形梁內(nèi)有上下兩個氣道，兩個氣道與各小室通矩形梁內(nèi)有上下兩個氣道，兩個氣道與各小室通過單向閥各自相通過單向閥各自相通。l 矩形梁矩形梁的的中部中部設(shè)有空氣渦輪機和發(fā)電機室設(shè)有空氣渦輪機和發(fā)電機室。l 該裝置沿該裝置沿波浪前進波浪前進的方向安放，并以錨鏈定位的方向安放，并以錨鏈定位。l 當(dāng)波浪經(jīng)過

35、氣袋時，有些小室處于波峰位置，另當(dāng)波浪經(jīng)過氣袋時，有些小室處于波峰位置，另一些小室處于波谷位置。一些小室處于波谷位置。l 波峰處的小室受到壓縮，其內(nèi)的空氣也受到壓縮，波峰處的小室受到壓縮，其內(nèi)的空氣也受到壓縮，就沖開單向閥，沖向高壓通道，使空氣渦輪機旋就沖開單向閥，沖向高壓通道，使空氣渦輪機旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機發(fā)電。l 發(fā)電發(fā)電后的氣體通過低壓通道返回小室后的氣體通過低壓通道返回小室。l 當(dāng)當(dāng)波浪前進時，原來處于低壓的小室變成受壓狀波浪前進時，原來處于低壓的小室變成受壓狀態(tài)，原來受壓的小室變成低壓狀態(tài)態(tài)，原來受壓的小室變成低壓狀態(tài)。l 這樣這樣在波峰和波谷的交替作用下，氣袋也交替壓在

36、波峰和波谷的交替作用下，氣袋也交替壓縮和擴張，形成氣流，從而連續(xù)發(fā)電?？s和擴張，形成氣流，從而連續(xù)發(fā)電。l 據(jù)估計，該裝置每據(jù)估計，該裝置每1m長可發(fā)出長可發(fā)出56kW的電力，氣的電力，氣袋長度可視發(fā)電需要增減，是一種有前途的裝置。袋長度可視發(fā)電需要增減，是一種有前途的裝置。l (3)利用水粒子的運動利用水粒子的運動。l 波浪波浪傳遞到淺水中時，水的粒子沿著長軸水平的橢圓形軌傳遞到淺水中時，水的粒子沿著長軸水平的橢圓形軌跡跡運動。運動。l 水輪水輪式即利用這種運動帶動在垂直面轉(zhuǎn)動的水輪轉(zhuǎn)動式即利用這種運動帶動在垂直面轉(zhuǎn)動的水輪轉(zhuǎn)動做功。做功。l (4)利用水的水平運動的動壓利用水的水平運動的動

37、壓。l 波浪波浪在傳遞到坡度很小的淺水區(qū)后，海水表面的在傳遞到坡度很小的淺水區(qū)后，海水表面的水粒子會以比波浪更快的速度接近海岸水粒子會以比波浪更快的速度接近海岸。l 水平水平往復(fù)式就是利用這種海水的水平運動做功。往復(fù)式就是利用這種海水的水平運動做功。五、波浪能的聚集五、波浪能的聚集l由于波浪能的能量密度較低，所以使波浪由于波浪能的能量密度較低，所以使波浪能聚集起來，提高能量密度就顯得很重要。能聚集起來，提高能量密度就顯得很重要。l波浪像光波那樣能夠產(chǎn)生折射，把廣范圍波浪像光波那樣能夠產(chǎn)生折射，把廣范圍的波能聚集在很小的范圍內(nèi)的波能聚集在很小的范圍內(nèi)。l 向海岸傳去的波一旦遇到海底山地那樣的凸起

38、部向海岸傳去的波一旦遇到海底山地那樣的凸起部分，波浪就會彎曲集中起來分，波浪就會彎曲集中起來(圖圖(a)；對于不規(guī)則；對于不規(guī)則形狀的海岸線，波峰也會集中起來，如圖形狀的海岸線，波峰也會集中起來，如圖(b)所示。所示。l 可以利用這種性質(zhì)來聚集波浪能?？梢岳眠@種性質(zhì)來聚集波浪能。l (1)聚焦型聚焦型。l 在在水面下放置類似于透鏡形狀的水面下放置類似于透鏡形狀的物體。物體。l 當(dāng)當(dāng)波入射到透鏡部位時，速度減慢，會聚到透鏡的焦點處波入射到透鏡部位時，速度減慢，會聚到透鏡的焦點處。l 在在焦點處設(shè)置波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以獲得很高的能量密度。焦點處設(shè)置波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以獲得很高的能量密度。l (2)人

39、工島人工島。l 將將略呈半球形的人工島放入海中略呈半球形的人工島放入海中，當(dāng)，當(dāng)波與之相遇波與之相遇時，即產(chǎn)生折射向心運動，最后能量集中在人工時，即產(chǎn)生折射向心運動，最后能量集中在人工島的頂部，海水通過設(shè)在人工島頂部的導(dǎo)向葉片島的頂部，海水通過設(shè)在人工島頂部的導(dǎo)向葉片流入島內(nèi)，推動水輪機做功。流入島內(nèi)，推動水輪機做功。第第2節(jié)節(jié) 海流能海流能l海流是海水的一種定向運動，主要由風(fēng)、海流是海水的一種定向運動，主要由風(fēng)、海水密度不均和海面傾斜等造成海水密度不均和海面傾斜等造成。l海流海流中所儲存的動能稱為海流能中所儲存的動能稱為海流能。l世界上最大的海流是墨西哥灣暖流，流經(jīng)世界上最大的海流是墨西哥灣

40、暖流，流經(jīng)我國的黑潮暖流是世界上第二大海流我國的黑潮暖流是世界上第二大海流。l估計估計大洋海流的動能足有大洋海流的動能足有50億億kW。l 海流的大小、速度不一，能量密度小，開發(fā)利用海流的大小、速度不一，能量密度小，開發(fā)利用存在很多困難存在很多困難。l 海流海流發(fā)電有很大的吸引力，國內(nèi)外進行了很多實發(fā)電有很大的吸引力，國內(nèi)外進行了很多實驗研究驗研究。l 海流海流發(fā)電的方式主要有以下幾種發(fā)電的方式主要有以下幾種。l (1)降落傘式降落傘式。l 由由美國科學(xué)家美國科學(xué)家H.E.沙伊茨提出。沙伊茨提出。l 把把50只直徑為只直徑為0.6m的的“降落傘降落傘”串在一根長串在一根長150m的繩子上，首尾

41、相接套在船尾的一個滑輪上，然的繩子上，首尾相接套在船尾的一個滑輪上，然后放入海流后放入海流中。中。l 在在海中，海流帶動海中，海流帶動“降落傘降落傘”并將其沖開，就如并將其沖開，就如大風(fēng)將傘撐開一樣大風(fēng)將傘撐開一樣。l 帶帶降落傘的繩子驅(qū)動船上的輪子不停地轉(zhuǎn)動，再降落傘的繩子驅(qū)動船上的輪子不停地轉(zhuǎn)動，再通過增速系統(tǒng)帶動發(fā)電機發(fā)電。通過增速系統(tǒng)帶動發(fā)電機發(fā)電。l 運行到頂端，運行到頂端，“降落傘降落傘”在折返時會自動閉合，在折返時會自動閉合，使阻力減少使阻力減少。l 通過通過這樣連續(xù)不斷地循環(huán)運轉(zhuǎn)，就使發(fā)電機不停這樣連續(xù)不斷地循環(huán)運轉(zhuǎn)，就使發(fā)電機不停地發(fā)出電來地發(fā)出電來。l (2)海流發(fā)電駁船海

42、流發(fā)電駁船。l 是是把一艘駁船拖入海流中，用錨鏈系在海底固定把一艘駁船拖入海流中，用錨鏈系在海底固定。l 駁船駁船兩側(cè)分別裝上幾臺螺旋槳水輪機，水輪機與兩側(cè)分別裝上幾臺螺旋槳水輪機，水輪機與艙內(nèi)的發(fā)電機相連，海流沖擊水輪使之不停地轉(zhuǎn)艙內(nèi)的發(fā)電機相連，海流沖擊水輪使之不停地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的水輪又帶動發(fā)電機發(fā)電。動，轉(zhuǎn)動的水輪又帶動發(fā)電機發(fā)電。l 美國把經(jīng)過改裝的駁船停泊在加利福尼亞海流中，該海流美國把經(jīng)過改裝的駁船停泊在加利福尼亞海流中，該海流的流速為的流速為22km/d。l 在在駁船兩側(cè)分別裝駁船兩側(cè)分別裝13個水輪，海流使輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速個水輪，海流使輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速1rpm。l 通過通過增速齒輪，使轉(zhuǎn)

43、速提高到增速齒輪，使轉(zhuǎn)速提高到1000rpm，便可帶動發(fā)電機，便可帶動發(fā)電機發(fā)電發(fā)電。l 在在大風(fēng)暴來臨前，該船可駛到附近海港避風(fēng)大風(fēng)暴來臨前，該船可駛到附近海港避風(fēng)。l 該該船的功率為船的功率為50MW。l 世界上從事海流能開發(fā)的主要有美國、英國、加世界上從事海流能開發(fā)的主要有美國、英國、加拿大、日本、意大利和中國等。拿大、日本、意大利和中國等。l 20世紀(jì)世紀(jì)70年代末，中國舟山的何世鈞先生曾進行年代末，中國舟山的何世鈞先生曾進行過海流能開發(fā)研究，建造了一個試驗裝置并得到過海流能開發(fā)研究，建造了一個試驗裝置并得到了了6.3kW的電力輸出的電力輸出。l 80年代初，哈爾濱工程大學(xué)開始研究一種

44、直葉片年代初，哈爾濱工程大學(xué)開始研究一種直葉片的新型海流透平，獲得較高的效率并于的新型海流透平，獲得較高的效率并于1984年完年完成成60W模型的實驗室研究，之后開發(fā)出千瓦級裝模型的實驗室研究，之后開發(fā)出千瓦級裝置在河流中進行試驗。置在河流中進行試驗。l 90年代以來，中國開始計劃建造海流能示范應(yīng)用年代以來，中國開始計劃建造海流能示范應(yīng)用電站，在電站，在“八五八五”、“九五九五”科技攻關(guān)中均對海科技攻關(guān)中均對海流能進行連續(xù)支持流能進行連續(xù)支持。l 意大利意大利與中國合作在舟山地區(qū)開展了聯(lián)合海流能與中國合作在舟山地區(qū)開展了聯(lián)合海流能資源調(diào)查，計劃開發(fā)資源調(diào)查，計劃開發(fā)140kW的示范電站。的示范

45、電站。第四節(jié)第四節(jié) 海洋熱能海洋熱能l人們經(jīng)過長期的觀測計算，發(fā)現(xiàn)到達海面人們經(jīng)過長期的觀測計算，發(fā)現(xiàn)到達海面的太陽輻射能被最上面的太陽輻射能被最上面1m深的海水吸收了深的海水吸收了60%，占了一多半，而距離海面，占了一多半，而距離海面10m以下的以下的海水，只吸收了太陽輻射能的海水，只吸收了太陽輻射能的18%，還不到，還不到1/5。l因此因此，不同深度海水的溫度是不一樣的。，不同深度海水的溫度是不一樣的。l 在深約在深約100m的海洋上層，尤其是熱帶海洋，水恒溫為的海洋上層，尤其是熱帶海洋，水恒溫為28C左右左右。l 例如例如我國南海夏季表層水溫在我國南海夏季表層水溫在27C以上，最高可達以

46、上，最高可達36C。l 而而5001000m深處的海水卻幾乎終年保持在深處的海水卻幾乎終年保持在5C左右。左右。l 這這23C的溫差可以做可再生能源。的溫差可以做可再生能源。l 定義定義P0為理想系統(tǒng)中熱水所具有的功率，為理想系統(tǒng)中熱水所具有的功率，W；其；其流率為流率為mh，kg/s；溫度為；溫度為Th，C；冷水溫度為；冷水溫度為Tc，C，因此有，因此有從熱力學(xué)角度，從從熱力學(xué)角度，從P0可以獲得的最大機械功率為可以獲得的最大機械功率為其中其中l(wèi) 海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本部件是熱交換器海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本部件是熱交換器(蒸發(fā)器蒸發(fā)器和冷凝器和冷凝器)、泵、汽輪機和、泵、汽輪機和發(fā)電機。發(fā)電機

47、。l 其其要求的流率通常非常高，例如，對于要求的流率通常非常高，例如，對于Th=300K，T=15K的情況，要得到的情況，要得到P1=1MW的功率，需要的的功率，需要的質(zhì)量流率質(zhì)量流率mh=650t/h。l 功率和功率和T的二次方成正比的二次方成正比。l 經(jīng)驗經(jīng)驗表明，只有當(dāng)表明，只有當(dāng)T15C時，利用海洋熱能才時，利用海洋熱能才是經(jīng)濟可行的。是經(jīng)濟可行的。l 1881年，法國的物理學(xué)家年，法國的物理學(xué)家J.德爾松瓦第一次提出，德爾松瓦第一次提出，海洋的溫差可以為人類服務(wù)，可以利用這種溫度海洋的溫差可以為人類服務(wù)，可以利用這種溫度的差異讓海水發(fā)出電來的差異讓海水發(fā)出電來。l 其其原理就如同熱電

48、站的發(fā)電原理一樣：有一個熱原理就如同熱電站的發(fā)電原理一樣：有一個熱源源(鍋爐鍋爐)、一個冷源、一個冷源(冷卻水冷卻水)便可以發(fā)電便可以發(fā)電。l 海水海水中表層溫度高的海水就是熱源，深層溫度低中表層溫度高的海水就是熱源，深層溫度低的海水就是冷源的海水就是冷源。l 上層上層海水在低壓甚至真空下產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪海水在低壓甚至真空下產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電機帶動發(fā)電機發(fā)電。l 1930年，德爾松瓦的學(xué)生年，德爾松瓦的學(xué)生G.克洛德在古巴建成了世界上第克洛德在古巴建成了世界上第一座海水溫差電站一座海水溫差電站。l 該該電站以海邊電站以海邊27C的表面海水作為的表面海水作為“熱源熱源”，以距離

49、海岸，以距離海岸2km遠、遠、650m深處的冷海水作為深處的冷海水作為“冷源冷源”。l 他他采用的是開式循環(huán)發(fā)電，其原理如圖所示。采用的是開式循環(huán)發(fā)電，其原理如圖所示。l 工作時用真空泵將系統(tǒng)內(nèi)抽成真空，然后把表面工作時用真空泵將系統(tǒng)內(nèi)抽成真空，然后把表面海水引入蒸發(fā)室使之沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸氣便海水引入蒸發(fā)室使之沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸氣便推動汽輪機運轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電推動汽輪機運轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電。l 由由汽輪機排出的廢氣，再用抽上來的深層冷海水汽輪機排出的廢氣，再用抽上來的深層冷海水冷卻，重新凝結(jié)成水后排入海中。冷卻，重新凝結(jié)成水后排入海中。l 該系統(tǒng)的該系統(tǒng)的特點特點是是：l 直接以溫海水

50、作為工作介質(zhì)，這部分海水并不直接以溫海水作為工作介質(zhì)，這部分海水并不循環(huán)，在冷凝器中凝結(jié)后即被排掉循環(huán)，在冷凝器中凝結(jié)后即被排掉；l 需要很長的管道和大型汽輪機，因而投資大、需要很長的管道和大型汽輪機，因而投資大、耗材多，經(jīng)濟上不合算。耗材多，經(jīng)濟上不合算。l 克洛德的電站，冷海水的流量為克洛德的電站，冷海水的流量為0.2m3/s，通過直徑，通過直徑2m的的鋼管用冷水泵抽取鋼管用冷水泵抽取。l 當(dāng)當(dāng)溫海水的溫度為溫海水的溫度為27.5C，冷海水的溫度為，冷海水的溫度為17C，發(fā)電功，發(fā)電功率為率為12.5kW；l 當(dāng)當(dāng)溫海水的溫度為溫海水的溫度為27C，冷水溫度為，冷水溫度為13C，發(fā)電功率為

51、，發(fā)電功率為22kW。l 后來后來，電站運行，電站運行11天后，遇到海浪襲擊被摧毀。天后，遇到海浪襲擊被摧毀。l 1948年，法國海洋能開發(fā)公司在非洲的象牙海岸年，法國海洋能開發(fā)公司在非洲的象牙海岸建設(shè)的建設(shè)的7000kW的海岸式海水溫差電站，完全是按的海岸式海水溫差電站，完全是按照克洛德的開式循環(huán)工作原理設(shè)計的。照克洛德的開式循環(huán)工作原理設(shè)計的。l 另一種海水溫差發(fā)電系統(tǒng)是閉式循環(huán)系統(tǒng)，是美國安德森另一種海水溫差發(fā)電系統(tǒng)是閉式循環(huán)系統(tǒng)，是美國安德森父子于父子于1964年提出的年提出的。l 該該系統(tǒng)采用低沸點物質(zhì)為工作介質(zhì)系統(tǒng)采用低沸點物質(zhì)為工作介質(zhì)(如氨，沸點為如氨，沸點為-33.3C；丙烷

52、，沸點為丙烷，沸點為-42.3C；氟利昂；氟利昂22，沸點為，沸點為-40.8C)，組成，組成一個完全封閉的循環(huán)系統(tǒng)，把整個發(fā)電裝置安裝在一個大一個完全封閉的循環(huán)系統(tǒng)，把整個發(fā)電裝置安裝在一個大型浮體中，其工作原理如圖所示。型浮體中，其工作原理如圖所示。l 該系統(tǒng)的工作過程：加熱、蒸發(fā)、膨脹、冷卻、升壓該系統(tǒng)的工作過程：加熱、蒸發(fā)、膨脹、冷卻、升壓。l 在在同樣的海水溫度條件下，可以獲得比水做介質(zhì)時壓力高同樣的海水溫度條件下，可以獲得比水做介質(zhì)時壓力高出出200多倍的蒸汽。多倍的蒸汽。l 1979年年5月，美國用這種閉式循環(huán)發(fā)電方式在夏威月，美國用這種閉式循環(huán)發(fā)電方式在夏威夷海面上建造了一座具

53、有實用價值的海洋溫差電夷海面上建造了一座具有實用價值的海洋溫差電站站。l 這個這個電站除了滿足自身系統(tǒng)用電外，還點亮了電站除了滿足自身系統(tǒng)用電外，還點亮了9只只500W的燈泡和一臺電視機的燈泡和一臺電視機。l 雖然雖然成績依然很小，有人甚至說它只是個玩具，成績依然很小，有人甚至說它只是個玩具，但它卻使人們真正看到了海洋溫差發(fā)電的巨大潛但它卻使人們真正看到了海洋溫差發(fā)電的巨大潛力和實際可行性。力和實際可行性。l 美國已準(zhǔn)備建造一個大型海洋溫差發(fā)電站，發(fā)電美國已準(zhǔn)備建造一個大型海洋溫差發(fā)電站，發(fā)電能力將是夏威夷那座電站的能力將是夏威夷那座電站的3200倍！到那時海洋倍！到那時海洋溫差能就能夠真正大

54、顯身手了溫差能就能夠真正大顯身手了。l 1981年年10月，日本在瑙魯共和國成功地建成了輸月，日本在瑙魯共和國成功地建成了輸出功率為出功率為100kW的海水溫差發(fā)電站的海水溫差發(fā)電站。l 1982年年9月，在日本九州德之島建成了一個專供民月，在日本九州德之島建成了一個專供民用照明的輸出功率為用照明的輸出功率為50kW的海水溫差電站的海水溫差電站。l 目前目前，世界各國都在開展該方面的研究工作。，世界各國都在開展該方面的研究工作。第第4節(jié)節(jié) 鹽差能鹽差能一、概況一、概況l我們都知道，當(dāng)把兩種不同濃度的溶液組我們都知道，當(dāng)把兩種不同濃度的溶液組合后，原來濃的溶液會變淡，淡的溶液會合后，原來濃的溶液

55、會變淡，淡的溶液會變濃，最后二者變成同一濃度的溶液變濃，最后二者變成同一濃度的溶液。l兩種兩種不同溶液間滲透產(chǎn)生的勢能就是濃度不同溶液間滲透產(chǎn)生的勢能就是濃度差能，海水和淡水之間的鹽度差能差能，海水和淡水之間的鹽度差能(也叫鹽也叫鹽差能差能)就屬于其中的一種。就屬于其中的一種。l 當(dāng)江河的淡水與海洋的海水匯合時，由于兩者所當(dāng)江河的淡水與海洋的海水匯合時，由于兩者所含鹽分不同，在其接觸面上會產(chǎn)生一種十分巨大含鹽分不同，在其接觸面上會產(chǎn)生一種十分巨大的能量的能量。l 鹽度鹽度差能可以通過半透膜以滲透壓的形式表現(xiàn)出差能可以通過半透膜以滲透壓的形式表現(xiàn)出來，假如把一層半透膜放在不同鹽度的兩種水之來，假

56、如把一層半透膜放在不同鹽度的兩種水之間，通過這個膜會產(chǎn)生一個壓力梯度，迫使水從間，通過這個膜會產(chǎn)生一個壓力梯度，迫使水從低鹽度一側(cè)通過膜向高鹽度一側(cè)滲透，從而稀釋低鹽度一側(cè)通過膜向高鹽度一側(cè)滲透，從而稀釋高鹽度的水，直到膜兩側(cè)的水的鹽度相等為止高鹽度的水，直到膜兩側(cè)的水的鹽度相等為止。l 此此壓稱為壓稱為滲透壓滲透壓，它隨海水的鹽度與溫度等而變。，它隨海水的鹽度與溫度等而變。可以看出，半透膜是鹽差能利用的關(guān)鍵?？梢钥闯?，半透膜是鹽差能利用的關(guān)鍵。l 當(dāng)海水的含鹽濃度為當(dāng)海水的含鹽濃度為3.5%時，海水和淡水之間的時，海水和淡水之間的滲透壓一般為滲透壓一般為2.51MPa，相當(dāng)于，相當(dāng)于256m水頭水頭。l 地球地球上江河入?？诘柠}差能的蘊藏量約為上江河入?？诘柠}差能的蘊藏量約為26億億kW。l 鹽鹽差能具有高密度、可再生、無污染、具有明顯差能具有高密度、可再生、無污染、具有明顯的季節(jié)變化和年際變化等特點。的季節(jié)變化和年際變化等特點。l 我 國 沿 岸 鹽 差 能 資 源 蘊 藏 量 約 為 每 年我 國 沿 岸 鹽 差 能 資 源 蘊 藏 量 約 為 每 年3941.41012kJ，理論功率為，理論功率為1.25億億kW，但資源分，但資源分布不均勻布不均