新能源與分布式發(fā)電技術海洋能多種發(fā)電技術學習教案

1、會計學1第一頁，共75頁。第1頁/共74頁第二頁，共75頁。海洋是地球海洋是地球(dqi)上廣大而連續(xù)的咸水水體的總稱，是相互連通的上廣大而連續(xù)的咸水水體的總稱，是相互連通的。海洋的水底地形海洋的水底地形(dxng)，像個大水盆（詳見教材）。，像個大水盆（詳見教材）。第2頁/共74頁第三頁，共75頁。第3頁/共74頁第四頁，共75頁。第4頁/共74頁第五頁，共75頁。5.2.1 世界世界(shji)海洋能資源海洋能資源不是全能利用。估計不是全能利用。估計技術上允許利用的技術上允許利用的約約64 億千瓦億千瓦，其中，其中，鹽差能鹽差能30 億億千瓦，千瓦，溫差能溫差能20 億億千瓦，千瓦， 波浪

2、能波浪能10 億億千瓦，千瓦，海流能海流能3 億億千瓦，潮汐能千瓦，潮汐能1 億億千千瓦。瓦。也有學者給出不同的估計。也有學者給出不同的估計。第5頁/共74頁第六頁，共75頁。5.2.2 我國海洋能資源我國海洋能資源(zyun)第6頁/共74頁第七頁，共75頁。第7頁/共74頁第八頁，共75頁。小知識：巨大浪涌往往小知識：巨大浪涌往往(wngwng)是風暴來襲的前兆？是風暴來襲的前兆？第8頁/共74頁第九頁，共75頁。海浪的類型海浪的類型風浪，在風的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動。由風引風浪，在風的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動。由風引起的波浪在靠近其形成的區(qū)域才被稱為風浪。起的波浪在靠近其形成的

3、區(qū)域才被稱為風浪。 風浪傳播開去風浪傳播開去(ki q)，出現(xiàn)在距離很遠的海面。這種不，出現(xiàn)在距離很遠的海面。這種不在有風海域的波浪稱為涌浪。在有風海域的波浪稱為涌浪。外海的波浪傳到海岸附近，因水深和地形會改變波動性外海的波浪傳到海岸附近，因水深和地形會改變波動性質(zhì)，出現(xiàn)折射、波面破碎和倒卷，這就是近岸浪。質(zhì)，出現(xiàn)折射、波面破碎和倒卷，這就是近岸浪。小知識小知識(zh shi)：“無風不起浪無風不起浪”和和“無風三尺浪無風三尺浪”第9頁/共74頁第十頁，共75頁。海浪的運動海浪的運動(yndng)第10頁/共74頁第十一頁，共75頁。第11頁/共74頁第十二頁，共75頁。波浪能年平均功率密度的

4、全球波浪能年平均功率密度的全球(qunqi)分布，如圖所示：分布，如圖所示：想想：哪些地方的波浪能比較想想：哪些地方的波浪能比較(bjio)便于利用？便于利用？第12頁/共74頁第十三頁，共75頁。第13頁/共74頁第十四頁，共75頁。第14頁/共74頁第十五頁，共75頁。波浪能利用的關鍵是波浪能轉(zhuǎn)換波浪能利用的關鍵是波浪能轉(zhuǎn)換(zhunhun)裝置，通常經(jīng)三裝置，通常經(jīng)三級轉(zhuǎn)換級轉(zhuǎn)換(zhunhun)：1）波浪能采集系統(tǒng)，捕獲波浪的能量；）波浪能采集系統(tǒng)，捕獲波浪的能量；2）機械能轉(zhuǎn)換）機械能轉(zhuǎn)換(zhunhun)系統(tǒng)，把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換(zhunhun)為某種特定形

5、式的機械能；為某種特定形式的機械能；3）發(fā)電系統(tǒng)，與常規(guī)發(fā)電裝置類似，用空氣渦輪機或水輪機）發(fā)電系統(tǒng)，與常規(guī)發(fā)電裝置類似，用空氣渦輪機或水輪機等設備將機械能傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)換等設備將機械能傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電能。為電能。第15頁/共74頁第十六頁，共75頁。（1）機械傳動）機械傳動(j xi chun dn)式式第16頁/共74頁第十七頁，共75頁。這種裝置結構簡單這種裝置結構簡單(jindn)，而且以空氣為工質(zhì)，沒有，而且以空氣為工質(zhì)，沒有液壓油泄露的問題。液壓油泄露的問題。第17頁/共74頁第十八頁，共75頁。第18頁/共74頁第十九頁，共75頁。第19頁/共74頁第二十頁

6、，共75頁。各種各種( zhn)波浪能轉(zhuǎn)換裝置，往往都需要一個主梁或主軸，即波浪能轉(zhuǎn)換裝置，往往都需要一個主梁或主軸，即一種居中的、穩(wěn)定的結構，系錨或固定在海床或海灘。一種居中的、穩(wěn)定的結構，系錨或固定在海床或海灘。根據(jù)根據(jù)主梁與波浪運動方向的關系主梁與波浪運動方向的關系，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為：，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為：（1）終結型模式）終結型模式（2）減緩型模式）減緩型模式（3）點吸收模式）點吸收模式第20頁/共74頁第二十一頁，共75頁。水注上升水注上升(shngshng)和下降時，氣流方向是相反的，氣輪和下降時，氣流方向是相反的，氣輪機的旋轉(zhuǎn)方向如果來回變化，發(fā)電也時正時負機的旋轉(zhuǎn)方向如果

7、來回變化，發(fā)電也時正時負小知識小知識：Wells渦輪機（渦輪機（詳見教材詳見教材）第21頁/共74頁第二十二頁，共75頁。鴨子的鴨子的“胸脯胸脯”對著海浪對著海浪傳播的方向，隨著海浪傳播的方向，隨著海浪的波動，像不倒翁一樣的波動，像不倒翁一樣不停地擺動。不停地擺動。搖擺機構帶動內(nèi)部的凸輪搖擺機構帶動內(nèi)部的凸輪/鉸鏈鉸鏈(jiolin)機構，改機構，改變工作液體的壓力，從變工作液體的壓力，從而帶動工作泵，推動發(fā)而帶動工作泵，推動發(fā)電機發(fā)電。電機發(fā)電。 第22頁/共74頁第二十三頁，共75頁。當波浪起浮帶動整條裝置時就會起動鉸接點，其內(nèi)部的液壓當波浪起浮帶動整條裝置時就會起動鉸接點，其內(nèi)部的液壓圓

8、筒的泵油會起動液壓馬達經(jīng)過一個圓筒的泵油會起動液壓馬達經(jīng)過一個(y )能量平滑系能量平滑系統(tǒng)。統(tǒng)。 第23頁/共74頁第二十四頁，共75頁。1983 年建造了一座推擺式年建造了一座推擺式(bi sh)波浪能電站。波浪能電站。通過浮板的擺動將波浪能轉(zhuǎn)換為液壓產(chǎn)生電力。通過浮板的擺動將波浪能轉(zhuǎn)換為液壓產(chǎn)生電力。這是日本的波浪能電站中這是日本的波浪能電站中效率效率(xio l)較高的一個較高的一個。 第24頁/共74頁第二十五頁，共75頁。第25頁/共74頁第二十六頁，共75頁。第26頁/共74頁第二十七頁，共75頁。波浪能轉(zhuǎn)換發(fā)電波浪能轉(zhuǎn)換發(fā)電(fdin)系統(tǒng)的主要構造系統(tǒng)的主要構造第27頁/共7

9、4頁第二十八頁，共75頁。1991年在蘇格蘭愛雷島上建成年在蘇格蘭愛雷島上建成75kW項目項目(xingm)。2000年又在同一島嶼上建成一座年又在同一島嶼上建成一座500 kW的項目的項目(xingm)，是目前世，是目前世界上最成功的海浪發(fā)電裝置。界上最成功的海浪發(fā)電裝置。 第28頁/共74頁第二十九頁，共75頁。特色：開口約特色：開口約60 m的喇叭形聚波器和長約的喇叭形聚波器和長約30m的楔形導槽。的楔形導槽。電站從電站從1986年建成后，一直正常運行到年建成后，一直正常運行到1991年，年平均輸年，年平均輸出功率約為出功率約為75kW，是比較成功，是比較成功(chnggng)的一座波浪

10、的一座波浪電站。電站。第29頁/共74頁第三十頁，共75頁。第一個第一個“海蛇海蛇”波能裝置波能裝置2002年年3月完成。月完成。承接建造承接建造(jinzo)了葡萄牙北部海岸了葡萄牙北部海岸“海蛇海蛇”波浪發(fā)電項目波浪發(fā)電項目，每條每條“海蛇海蛇”的裝機容量為的裝機容量為750 kW。第30頁/共74頁第三十一頁，共75頁。（4）日本）日本“海明海明”號號“海明海明”號波浪發(fā)電計劃是由日本海洋科學技術中心牽頭，美、號波浪發(fā)電計劃是由日本海洋科學技術中心牽頭，美、英、挪威、瑞典、加拿大等國參加。英、挪威、瑞典、加拿大等國參加。研究工作在一個由船舶改造的漂浮結構上進行，帶有研究工作在一個由船舶改

11、造的漂浮結構上進行，帶有13個振蕩個振蕩水柱水柱(shu zh)氣室，在船的內(nèi)室里，安裝了幾臺海浪發(fā)電氣室，在船的內(nèi)室里，安裝了幾臺海浪發(fā)電裝置。裝置?！昂Ｃ骱Ｃ鳌碧柕拇斫Y構海底電纜和錨泊設計較成功，但發(fā)電效率令人失望號的船身結構海底電纜和錨泊設計較成功，但發(fā)電效率令人失望，系統(tǒng)總效率不超過，系統(tǒng)總效率不超過6.5%。作為一個大型國際合作項目，作為一個大型國際合作項目，“海明海明”計劃的貢獻不僅在于獲得了大量計劃的貢獻不僅在于獲得了大量(dling)技術成果，還在世界范圍內(nèi)推動了波浪能研究。技術成果，還在世界范圍內(nèi)推動了波浪能研究。第31頁/共74頁第三十二頁，共75頁。一個包括波浪發(fā)電、海

12、上養(yǎng)殖和旅游業(yè)在內(nèi)的綜合利用計劃。安一個包括波浪發(fā)電、海上養(yǎng)殖和旅游業(yè)在內(nèi)的綜合利用計劃。安裝裝(nzhung)了了1臺臺10 kW、2臺臺50 kW和和2臺臺30 kW的發(fā)電的發(fā)電機組，于機組，于1998年完成制造，投放于三重縣外海。年完成制造，投放于三重縣外海。 1998年年9月開始持續(xù)兩年的實海況試驗，裝置的各部分工作正常月開始持續(xù)兩年的實海況試驗，裝置的各部分工作正常，總發(fā)電效率最大可達，總發(fā)電效率最大可達12%。 第32頁/共74頁第三十三頁，共75頁。1995年英國制造了年英國制造了OSPREY-1，總容量，總容量2MW，其中沉箱式波能，其中沉箱式波能發(fā)電裝置發(fā)電裝置500 kW，

13、風能，風能1500 kW，造價，造價$350萬，下水時裝萬，下水時裝置受到損壞置受到損壞(snhui)。英國又開始研建英國又開始研建OSPREY 2000，裝機容量仍為，裝機容量仍為2MW。 第33頁/共74頁第三十四頁，共75頁。1989 年，中科院廣州能源研究所，在珠海市大萬山島，建成中年，中科院廣州能源研究所，在珠海市大萬山島，建成中國第一座波浪國第一座波浪(blng)能試驗電站。能試驗電站。這座這座3 千瓦的岸式振蕩水柱型波浪千瓦的岸式振蕩水柱型波浪(blng)能電站，采用人造能電站，采用人造水道和水道和Wells渦輪機。渦輪機。 在該電站原有基礎上，在該電站原有基礎上，1996 年完

14、成年完成20 千瓦電站的建造。千瓦電站的建造。第34頁/共74頁第三十五頁，共75頁。這座電站的建設成功，使我國大型波能裝置的設計、建造、保護等這座電站的建設成功，使我國大型波能裝置的設計、建造、保護等各方面均有較大程度的提高各方面均有較大程度的提高(t go)，使我國的波能轉(zhuǎn)換研究基，使我國的波能轉(zhuǎn)換研究基本達到國際同時期的先進水平。本達到國際同時期的先進水平。 第35頁/共74頁第三十六頁，共75頁。第36頁/共74頁第三十七頁，共75頁。第37頁/共74頁第三十八頁，共75頁。 5.4.1 海流海流(hili)和海流和海流(hili)能能第38頁/共74頁第三十九頁，共75頁。海流海流(

15、hili)的能量的能量第39頁/共74頁第四十頁，共75頁。海流海流(hili)能的資源分布能的資源分布第40頁/共74頁第四十一頁，共75頁。第41頁/共74頁第四十二頁，共75頁。第42頁/共74頁第四十三頁，共75頁。第43頁/共74頁第四十四頁，共75頁。第44頁/共74頁第四十五頁，共75頁。第45頁/共74頁第四十六頁，共75頁。第46頁/共74頁第四十七頁，共75頁。第47頁/共74頁第四十八頁，共75頁。 5.5.1 海水的溫差海水的溫差(wnch)和溫差和溫差(wnch)能能海水溫差能海水溫差能由海洋由海洋表層海水和深層海水表層海水和深層海水之間之間水溫差水溫差形成的溫差熱能

16、，形成的溫差熱能，是海洋能的一種重要形式。是海洋能的一種重要形式。第48頁/共74頁第四十九頁，共75頁。中國的海水溫差能分布中國的海水溫差能分布我國南海的表層海水溫度全年平均在我國南海的表層海水溫度全年平均在2528，其中，其中有有300 多萬多萬km2海區(qū)海區(qū)(hiq)，上下溫度差為，上下溫度差為20左左右，是海水溫差發(fā)電的好地方。右，是海水溫差發(fā)電的好地方。 5.5.1 海水的溫差海水的溫差(wnch)和溫差和溫差(wnch)能能第49頁/共74頁第五十頁，共75頁。第50頁/共74頁第五十一頁，共75頁。第51頁/共74頁第五十二頁，共75頁。第52頁/共74頁第五十三頁，共75頁。第

17、53頁/共74頁第五十四頁，共75頁。第54頁/共74頁第五十五頁，共75頁。第55頁/共74頁第五十六頁，共75頁。第56頁/共74頁第五十七頁，共75頁。5.5.2.4 直接直接(zhji)溫差發(fā)電溫差發(fā)電第57頁/共74頁第五十八頁，共75頁。第58頁/共74頁第五十九頁，共75頁。第59頁/共74頁第六十頁，共75頁。世界第一座實用世界第一座實用(shyng)的海水溫差電站的海水溫差電站 1979年，美國在夏威夷島西部海域年，美國在夏威夷島西部海域世界最大的海水溫差電站世界最大的海水溫差電站 1990 年，日本在鹿兒島年，日本在鹿兒島第60頁/共74頁第六十一頁，共75頁。第61頁/共

18、74頁第六十二頁，共75頁。5.6.1 海水的鹽差和鹽差能海水的鹽差和鹽差能第62頁/共74頁第六十三頁，共75頁。海水的鹽差能的分布海水的鹽差能的分布(fnb)第63頁/共74頁第六十四頁，共75頁。5.6.2 滲透滲透(shntu)和滲透和滲透(shntu)壓壓第64頁/共74頁第六十五頁，共75頁。5.6.3.1 滲透壓法滲透壓法第65頁/共74頁第六十六頁，共75頁。在河水與海水之間建兩座水壩，壩間挖一個低于海平面的水庫。前在河水與海水之間建兩座水壩，壩間挖一個低于海平面的水庫。前壩內(nèi)安裝水輪壩內(nèi)安裝水輪(shu ln)發(fā)電機組，使河水與水庫相連；后壩底部安發(fā)電機組，使河水與水庫相連；

19、后壩底部安裝半透膜滲流器，使水庫與海水相通。裝半透膜滲流器，使水庫與海水相通。水庫的水通過半透膜不斷流入海水中（為什么？），水庫水水庫的水通過半透膜不斷流入海水中（為什么？），水庫水位不斷下降，這樣河水就可以位不斷下降，這樣河水就可以(ky)利用它與水庫的水位差利用它與水庫的水位差沖擊水輪機旋轉(zhuǎn)，并帶動發(fā)電機發(fā)電。沖擊水輪機旋轉(zhuǎn)，并帶動發(fā)電機發(fā)電。技術難點技術難點：在低：在低于海平面的深坑于海平面的深坑建造電站；能夠建造電站；能夠抵抗腐蝕的半透抵抗腐蝕的半透膜。膜。發(fā)展的前景發(fā)展的前景不大。不大。第66頁/共74頁第六十七頁，共75頁。水壓塔與淡水間用半透膜隔開。先由海水泵向水壓塔內(nèi)充入水壓塔

20、與淡水間用半透膜隔開。先由海水泵向水壓塔內(nèi)充入海水，運行時淡水從半透膜向水壓塔內(nèi)滲透，使水壓塔內(nèi)水海水，運行時淡水從半透膜向水壓塔內(nèi)滲透，使水壓塔內(nèi)水位不斷上升，從塔頂水槽溢出，海水位不斷上升，從塔頂水槽溢出，海水(經(jīng)管道經(jīng)管道) 沖擊水輪機旋沖擊水輪機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(xunzhun)，帶動發(fā)電機發(fā)電。，帶動發(fā)電機發(fā)電。在運行過程中，為了在運行過程中，為了使水壓塔內(nèi)的海水保使水壓塔內(nèi)的海水保持鹽度，海水泵持鹽度，海水泵(shubng)不斷向塔不斷向塔內(nèi)打入海水。內(nèi)打入海水。第67頁/共74頁第六十八頁，共75頁。發(fā)出發(fā)出(fch)的電能，有一部分要消耗在裝置本身，如海水補充泵的電能，有一部分要消耗在裝

21、置本身，如海水補充泵所消耗的能量、半透膜洗滌所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗滌所消耗的能量。濃差發(fā)電要投入實際使用，尚需要解決許多困難。例如濃差發(fā)電要投入實際使用，尚需要解決許多困難。例如大面積的半透膜，和長距離的攔水壩，投資驚人。大面積的半透膜，和長距離的攔水壩，投資驚人。半透膜要承受半透膜要承受2MPa的滲透壓，也難以制造。的滲透壓，也難以制造。 第68頁/共74頁第六十九頁，共75頁。壓力泵先把海水壓縮再送入壓力室。運行時淡水透過半透膜滲透到壓力泵先把海水壓縮再送入壓力室。運行時淡水透過半透膜滲透到壓力室同海水混合壓力室同海水混合(hnh)?；旌匣旌?hnh)后的海水和淡水與海水比具有較高的壓力，可以在流入后的海水和淡水與海水比具有較高的壓力，可以在流入大海的過程中推動渦輪機做功大海的過程中推動渦輪機做功 。有公司預計有公司預計2015年滲透年滲透(shntu)能發(fā)電可投入商業(yè)，并能發(fā)電可投入商業(yè)，并可生物能、潮汐能相競爭?？缮锬?、潮汐能相競爭。第69頁/共74頁第七十頁，共75頁。同樣溫度下淡水比海水蒸發(fā)得快，因此海水一邊的飽和蒸汽壓同樣溫度下淡水比海水蒸發(fā)得快，因此海水一邊的飽和蒸汽壓力要比淡水一邊低得多，在一個空室內(nèi)蒸汽會很快