海洋能多種發(fā)電技術(shù)

海洋能多種發(fā)電技術(shù)第1頁/共100頁P(yáng)age

2要點(diǎn)1：海洋與海洋能海洋的認(rèn)知目錄1海洋能資源的分布2海洋能的特點(diǎn)3海洋能利用現(xiàn)狀4第2頁/共100頁P(yáng)age

3要點(diǎn)1：海洋與海洋能海洋的認(rèn)知目錄1海洋能資源的分布2海洋能的特點(diǎn)3海洋能利用現(xiàn)狀4第3頁/共100頁P(yáng)age

41：海洋的認(rèn)知海洋地球生命的搖籃！地球表面總面積約5.1億平方千米，其中海洋面積為3.6億平方千米，占地球表面積的71%，匯集了地球97%的水量。何謂海洋？我們常聽說我國東海、南海、黃海、地中海，大西洋、太平洋、印度洋，它們有什么區(qū)別？第4頁/共100頁P(yáng)age

51、海洋的認(rèn)知洋海洋：“海”與“洋”的統(tǒng)稱。洋，是海洋的中心部分，是海洋的主體。世界大洋的總面積，約占海洋面積的89%。大洋的水深，一般在3000米以上，最深處可達(dá)1萬多米。大洋離陸地遙遠(yuǎn)，不受陸地的影響。它的水文和鹽度的變化不大。每個(gè)大洋都有自己獨(dú)特的洋流和潮汐系統(tǒng)。大洋的水色蔚藍(lán)，透明度很大，水中的雜質(zhì)很少。世界共有4個(gè)，即太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋。第5頁/共100頁P(yáng)age

61、海洋的認(rèn)知洋第6頁/共100頁P(yáng)age

71、海洋的認(rèn)知海海，在洋的邊緣，是大洋的附屬部分。海的面積約占海洋的11%，海的水深比較淺，平均深度從幾米到二三千米。海臨近大陸，受大陸、河流、氣候和季節(jié)的影響，海水的溫度、鹽度、顏色和透明度，都受陸地影響，有明顯的變化。夏季，海水變暖，冬季水溫降低；有的海域，海水還要結(jié)冰。在大河入海的地方，或多雨的季節(jié)，海水會(huì)變淡。由于受陸地影響，河流夾帶著泥沙入海，近岸海水混濁不清，海水的透明度差。海沒有自己獨(dú)立的潮汐與海流。第7頁/共100頁P(yáng)age

81、海洋的認(rèn)知海?？梢苑譃檫吘壓?、內(nèi)陸海、和地中海。邊緣海：海洋的邊緣，臨近大陸，有一群海島把大洋分開。如：我國的東海、南海是太平洋的邊緣海。內(nèi)陸海：位于大陸內(nèi)部的海，如：歐洲波羅的海。地中海：幾個(gè)大陸之間的海，水深比內(nèi)陸海深。全世界主要的海有54個(gè)，太平洋中的海最多，大西洋次之。我國有東海、南海、黃海、渤海第8頁/共100頁P(yáng)age

91、海洋的認(rèn)知海洋資源第9頁/共100頁P(yáng)age

101、海洋的認(rèn)知海洋資源分類海洋海洋礦產(chǎn)資源海洋生物資源海洋能資源海洋化學(xué)資源海洋空間資源51234第10頁/共100頁P(yáng)age

11海洋生物資源海洋生物資源又稱海洋水產(chǎn)資源。指海洋中蘊(yùn)藏的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物和植物的群體數(shù)量，是有生命、能自行增殖和不斷更新的海洋資源。其特點(diǎn)是通過生物個(gè)體種和種下群的繁殖、發(fā)育、生長和新老替代，使資源不斷更新，種群不斷補(bǔ)充，并通過一定的自我調(diào)節(jié)能力達(dá)到數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。第11頁/共100頁P(yáng)age

12海洋礦產(chǎn)資源又叫海底礦產(chǎn)資源。包括海濱、淺海、深海、大洋盆地和洋中脊底部的各類礦產(chǎn)資源。中國近海水深小于200米的大陸架面積有100多萬公里，某中含油氣遠(yuǎn)景的沉積盆地有7個(gè)：渤海、南黃海、東海、臺(tái)灣、珠江口、鶯歌海及北部灣盆地，總面積約70萬公里2，并相繼在渤海、北部灣、鶯歌海和珠江口等獲得工業(yè)油流。在遼東半島、山東半島、廣東和臺(tái)灣沿岸有豐富的海濱砂礦，主要有金、鈦鐵礦、磁鐵礦、鋯石、獨(dú)居石和金紅石等。第12頁/共100頁P(yáng)age

13海洋化學(xué)資源海洋化學(xué)資源指海水中所含的大量化學(xué)物質(zhì)。地球表面海水的總儲(chǔ)量為13.18億立方公里，占地球總水量的97%。海水中含有大量鹽類，平均每公里3海水中含3500萬噸無機(jī)鹽類物質(zhì)。第13頁/共100頁P(yáng)age

14海洋空間資源海洋空間資源是指與海洋開發(fā)利用有關(guān)的海岸、海上、海中和海底的地理區(qū)域的總稱。將海面、海中和海底空間用作交通、生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、軍事、居住和娛樂場所的資源。包括海運(yùn)、海岸工程、海洋工程、臨海工業(yè)場地、海上機(jī)場、海流倉庫、重要基地、海上運(yùn)動(dòng)、旅游、休閑娛樂等。第14頁/共100頁P(yáng)age

15海洋能資源海洋能主要包括潮汐能、潮流能、海流能、波浪能、溫差和鹽差能等，是一種可再生的巨大能源。這些能量是蘊(yùn)藏于海上、海中、海底的可再生能源，屬新能源范疇。海洋能絕大部分來源于太陽輻射能，較小部分來源于天體（主要是月球、太陽）與地球相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的萬有引力。蘊(yùn)藏于海水中的海洋能是十分巨大的，其理論儲(chǔ)量是目前全世界各國每年耗能量的幾百倍甚至幾千倍。第15頁/共100頁P(yáng)age

16要點(diǎn)1：海洋與海洋能海洋的認(rèn)知目錄1海洋能資源的分布2海洋能的特點(diǎn)3海洋能利用現(xiàn)狀4第16頁/共100頁P(yáng)age

17全球海洋能海洋是超大的太陽能接收體和存儲(chǔ)器，是個(gè)“藍(lán)色油田”。據(jù)聯(lián)合國教科文組織估計(jì)，海洋能可再生總量為766億千瓦。其中： 溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦， 潮汐能為30億千瓦，波浪能為30億千瓦， 海流能為6億千瓦。2、海洋能資源的分布第17頁/共100頁P(yáng)age

18中國海洋能《中國新能源與可再生能源1999白皮書》公布的結(jié)果：沿海潮汐能資源可開發(fā)總裝機(jī)容量為2179萬千瓦，年發(fā)電624億度；進(jìn)入岸邊的波浪能理論平均功率為1285萬千瓦；潮流能理論平均功率1394萬千瓦；溫差能理論蘊(yùn)藏量約(1.2~1.3)×1019kJ，實(shí)際可用裝機(jī)(1.3~1.5)×106MW；鹽差能資源理論蘊(yùn)藏量約為3.9×1015kJ，理論功率為1.25×105MW。2、海洋能資源的分布第18頁/共100頁P(yáng)age

19要點(diǎn)1：海洋與海洋能海洋的認(rèn)知目錄1海洋能資源的分布2海洋能的特點(diǎn)3海洋能利用現(xiàn)狀4第19頁/共100頁P(yáng)age

20BDAC蘊(yùn)藏量豐富，可循環(huán)再生穩(wěn)定性較好或者變化有規(guī)律能流分布不均，能量密度低清潔無污染3、海洋能的特點(diǎn)第20頁/共100頁P(yáng)age

21要點(diǎn)1：海洋與海洋能海洋的認(rèn)知目錄1海洋能資源的分布2海洋能的特點(diǎn)3海洋能利用現(xiàn)狀4第21頁/共100頁P(yáng)age

22全球海洋能利用現(xiàn)狀從2005年至2013年全球海洋能發(fā)電新增裝機(jī)容量數(shù)據(jù)看，2011年新增裝機(jī)容量表現(xiàn)尤為突出，全球海洋能發(fā)電新增裝機(jī)容量高達(dá)258兆瓦，主要是因?yàn)檠b機(jī)容量為254兆瓦的韓國始華潮汐能電站的建成投產(chǎn)。除此之外，其它地區(qū)的海洋能發(fā)電新增容量都較小。2013全球海洋能發(fā)電新增裝機(jī)容量幾乎為零。在此期間，由于韓國始華（254兆瓦）、法國朗斯（240兆瓦）兩個(gè)大型的潮汐能發(fā)電站項(xiàng)目，韓國和法國成為世界上主要利用海洋能發(fā)電的國家。加拿大由于芬迪灣（18兆瓦）項(xiàng)目而緊隨其后，位列第三。其它海洋能發(fā)電項(xiàng)目主要分布在中國、英國、葡萄牙和西班牙等國家。4、海洋能利用現(xiàn)狀第22頁/共100頁P(yáng)age

23全球海洋能利用現(xiàn)狀截至2013年年底，全球海洋能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量為539兆瓦，比較著名的電站有：位于韓國始華湖的潮汐能電站，裝機(jī)容量為254兆瓦；位于法國朗斯河口的潮汐能電站，裝機(jī)容量為240兆瓦；位于加拿大芬迪灣的潮汐能電站，裝機(jī)容量為18兆瓦；位于中國浙江江廈的潮汐能電站，裝機(jī)容量為4兆瓦；以及位于俄羅斯基斯洛灣的潮汐能電站，裝機(jī)容量為0.4兆瓦。

預(yù)計(jì)2015年至2020年全球潮汐能發(fā)電新增裝機(jī)容量約為214兆瓦，其中大部分分布在歐洲，特別是對(duì)海洋能有政策支持的法國和英國。海洋能發(fā)電要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展，必須解決成本高、融資難、開發(fā)時(shí)間過長等問題。4、海洋能利用現(xiàn)狀第23頁/共100頁P(yáng)age

24全球海洋能利用現(xiàn)狀2013年，波浪能發(fā)電LCOE（平準(zhǔn)化電力成本）為0.28美元/千瓦時(shí)至1.04美元/千瓦時(shí)，平均成本為0.5美元/千瓦時(shí)；潮汐能發(fā)電LCOE為0.26美元/千瓦時(shí)至0.84美元/千瓦時(shí)，平均成本為0.44美元/千瓦時(shí)，降低成本是海洋能發(fā)電產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要任務(wù)。4、海洋能利用現(xiàn)狀第24頁/共100頁P(yáng)age

25中國海洋能利用現(xiàn)狀國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）的通知：積極發(fā)展地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能和海洋能。堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧、因地制宜、多元發(fā)展的方針，有序開展地?zé)崮?、海洋能資源普查，制定生物質(zhì)能和地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃，積極推動(dòng)地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)和海洋能清潔高效利用，推廣生物質(zhì)能和地?zé)峁幔_展地?zé)岚l(fā)電和海洋能發(fā)電示范工程。

4、海洋能利用現(xiàn)狀第25頁/共100頁P(yáng)age

26要點(diǎn)2：波浪發(fā)電波浪的形成及類型波浪能的資源分布和優(yōu)點(diǎn)波浪能發(fā)電裝置波浪能發(fā)電項(xiàng)目第26頁/共100頁P(yáng)age

27海浪的類型風(fēng)浪，在風(fēng)的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動(dòng)。由風(fēng)引起的波浪在靠近其形成的區(qū)域才被稱為風(fēng)浪。風(fēng)浪傳播開去，出現(xiàn)在距離很遠(yuǎn)的海面。這種不在有風(fēng)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(huì)改變波動(dòng)性質(zhì)，出現(xiàn)折射、波面破碎和倒卷，這就是近岸浪。一、波浪能發(fā)電第27頁/共100頁P(yáng)age

28水面上的大小波浪交替，有規(guī)律地順風(fēng)滾動(dòng)前進(jìn)；水面下的波浪隨風(fēng)力不同做直徑不同、轉(zhuǎn)速不同的圓周或橢圓運(yùn)動(dòng)。海浪的運(yùn)動(dòng)第28頁/共100頁P(yáng)age

29波浪能資源的分布和特點(diǎn)波浪的前進(jìn)，產(chǎn)生動(dòng)能，波浪的起伏產(chǎn)生勢(shì)能。波浪的能量與波浪的高度、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度等多種因素有關(guān)。因此，波浪能是各種海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種。第29頁/共100頁P(yáng)age

30全球波浪能資源波浪能年平均功率密度的全球分布，如圖所示：想想：哪些地方的波浪能比較便于利用？第30頁/共100頁P(yáng)age

31我國波浪能資源我國海岸線長，海域遼闊。90%以上分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而常規(guī)能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺(tái)灣省沿岸。據(jù)波浪能能流密度和開發(fā)利用的自然環(huán)境條件， 首選浙江、福建沿岸，應(yīng)為重點(diǎn)開發(fā)利用地區(qū)， 其次廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。第31頁/共100頁P(yáng)age

32波浪能的優(yōu)點(diǎn)在海洋能中，波浪能除可循環(huán)再生以外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：1）以機(jī)械能形式存在，在各種海洋能中品位最高；2）在海洋能中能流密度最大；3）在海洋中分布最廣。4）可通過較小的裝置實(shí)現(xiàn)其利用；5）可提供可觀的廉價(jià)能量。第32頁/共100頁P(yáng)age

33波浪發(fā)電裝置的基本構(gòu)成波浪發(fā)電，一般是通過波浪能轉(zhuǎn)換裝置，先把波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再最終轉(zhuǎn)換成電能。波浪上下起伏或左右搖擺，能夠直接或間接帶動(dòng)水輪機(jī)或空氣渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)……波浪能利用的關(guān)鍵是波浪能轉(zhuǎn)換裝置，通常經(jīng)三級(jí)轉(zhuǎn)換：1）波浪能采集系統(tǒng)，捕獲波浪的能量；2）機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形式的機(jī)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(jī)或水輪機(jī)等設(shè)備將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。第33頁/共100頁P(yáng)age

34波浪能的轉(zhuǎn)換方式波浪能的轉(zhuǎn)換方式，大體上可分為四類：—

機(jī)械傳統(tǒng)式—

空氣渦輪式—

液壓式—

蓄能水庫式（1）機(jī)械傳動(dòng)式第34頁/共100頁P(yáng)age

35（2）空氣渦輪式這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且以空氣為工質(zhì)，沒有液壓油泄露的問題。第35頁/共100頁P(yáng)age

36（3）液壓式通過某種泵液裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為液體的壓能或位能，再由油壓馬達(dá)或水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。這類裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。但由于液體的不可壓縮性，當(dāng)與波浪相互作用時(shí)，液壓機(jī)構(gòu)能獲得很高的壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率也明顯高。第36頁/共100頁P(yáng)age

37（4）蓄能水庫式也叫收縮斜坡聚焦波道式，

其實(shí)就是借助上漲的海水制造水位差，然后實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)發(fā)電，類似潮汐發(fā)電。這類裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，而且由于有水庫儲(chǔ)能，可實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定和便于調(diào)控的電能輸出，是迄今最成功的方式之一。但一般效率不高，而且對(duì)地形條件依賴性強(qiáng)，應(yīng)用受到局限。第37頁/共100頁P(yáng)age

38（1）點(diǎn)頭鴨式（Duck）鴨子的“胸脯”對(duì)著海浪傳播的方向，隨著海浪的波動(dòng)，像不倒翁一樣不停地?cái)[動(dòng)。搖擺機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)部的凸輪/鉸鏈機(jī)構(gòu)，改變工作液體的壓力，從而帶動(dòng)工作泵，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

可同時(shí)將波浪的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換，理論效率達(dá)到90%以上。浮動(dòng)主梁骨架上，可并排放置多個(gè)“鴨子”。第38頁/共100頁P(yáng)age

39典型的波浪能發(fā)電裝置（2）振蕩水柱式（OWC）水注上升和下降時(shí)，氣流方向是相反的，氣輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向如果來回變化，發(fā)電也時(shí)正時(shí)負(fù)……小知識(shí)：Wells渦輪機(jī)第39頁/共100頁P(yáng)age

40（3）擺式（Pendulum）1983年建造了一座推擺式波浪能電站。通過浮板的擺動(dòng)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效率較高的一個(gè)。

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41（4）收縮坡道式在電站入口處設(shè)置喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽，當(dāng)波浪進(jìn)入寬闊一端向里傳播時(shí)，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊墻，轉(zhuǎn)換成勢(shì)能。水流從楔形流道上端流出，進(jìn)入一個(gè)水庫，然后經(jīng)過水輪機(jī)返回大海。第41頁/共100頁P(yáng)age

42（5）其它海浪發(fā)電裝置其它多種新型海浪發(fā)電裝置的原理和圖片，參觀相關(guān)文獻(xiàn)和資料第42頁/共100頁P(yáng)age

43波浪能轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)的主要構(gòu)造第43頁/共100頁P(yáng)age

44代表性波浪能發(fā)電項(xiàng)目（1）英國75kW和500kW的LIMPET岸式海洋動(dòng)力能源轉(zhuǎn)換器，是一種振蕩水柱型（OWC）波浪能裝置。1991年在蘇格蘭愛雷島上建成75kW項(xiàng)目。2000年又在同一島嶼上建成一座500kW的項(xiàng)目，是目前世界上最成功的海浪發(fā)電裝置。第44頁/共100頁P(yáng)age

45（2）挪威350kW的TAPCHAN1986年，在挪威貝爾根附近一個(gè)小島上，建造了一座裝機(jī)容量為350kW波浪能電站。特色：開口約60m的喇叭形聚波器和長約30m的楔形導(dǎo)槽。電站從1986年建成后，一直正常運(yùn)行到1991年，年平均輸出功率約為75kW，是比較成功的一座波浪電站。第45頁/共100頁P(yáng)age

46（3）英國750kW的海蛇“海蛇”由英國海洋動(dòng)力傳遞公司設(shè)計(jì)。漂浮式，由若干圓柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成。第一個(gè)“海蛇”波能裝置2002年3月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪發(fā)電項(xiàng)目，

每條“海蛇”的裝機(jī)容量為750kW。第46頁/共100頁P(yáng)age

47（4）日本“海明”號(hào)“海明”號(hào)波浪發(fā)電計(jì)劃是由日本海洋科學(xué)技術(shù)中心牽頭，美、英、挪威、瑞典、加拿大等國參加。研究工作在一個(gè)由船舶改造的漂浮結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，帶有13個(gè)振蕩水柱氣室，在船的內(nèi)室里，安裝了幾臺(tái)海浪發(fā)電裝置。“海明”號(hào)的船身結(jié)構(gòu)海底電纜和錨泊設(shè)計(jì)較成功，但發(fā)電效率令人失望，系統(tǒng)總效率不超過6.5%。作為一個(gè)大型國際合作項(xiàng)目，“海明”計(jì)劃的貢獻(xiàn)不僅在于獲得了大量技術(shù)成果，還在世界范圍內(nèi)推動(dòng)了波浪能研究。第47頁/共100頁P(yáng)age

48（5）日本“巨鯨”號(hào)“巨鯨”是日本海洋科學(xué)中心于1990s初開始研建。一個(gè)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(jì)劃。安裝了1臺(tái)10kW、2臺(tái)50kW和2臺(tái)30kW的發(fā)電機(jī)組，于1998年完成制造，投放于三重縣外海。1998年9月開始持續(xù)兩年的實(shí)海況試驗(yàn)，裝置的各部分工作正常，總發(fā)電效率最大可達(dá)12%。第48頁/共100頁P(yáng)age

49（6）歐共體2MW的OSPREYOSPREY意思是海洋涌浪動(dòng)力可再生能源，實(shí)際上是波浪能和風(fēng)能兩用的近岸裝置。1995年英國制造了OSPREY-1，總?cè)萘?MW，其中沉箱式波能發(fā)電裝置500kW，風(fēng)能1500kW，造價(jià)$350萬，下水時(shí)裝置受到損壞。英國又開始研建OSPREY2000，裝機(jī)容量仍為2MW。第49頁/共100頁P(yáng)age

50（7）中國大萬山島3kW和20kW岸基OWC1989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能試驗(yàn)電站。這座3千瓦的岸式振蕩水柱型波浪能電站，采用人造水道和Wells渦輪機(jī)。在該電站原有基礎(chǔ)上，1996年完成20千瓦電站的建造。第50頁/共100頁P(yáng)age

51（8）中國廣東汕尾100kW岸基OWC2001年建成的100kW岸式波力電站，位于廣東省汕尾市遮浪鎮(zhèn)，是一座與并網(wǎng)運(yùn)行的岸式OWC型波浪能電站。這座電站的建設(shè)成功，使我國大型波能裝置的設(shè)計(jì)、建造、保護(hù)等各方面均有較大程度的提高，使我國的波能轉(zhuǎn)換研究基本達(dá)到國際同時(shí)期的先進(jìn)水平。第51頁/共100頁P(yáng)age

52波浪發(fā)電的發(fā)展1799

年，世界上第一個(gè)關(guān)于波浪能發(fā)電的專利。20世紀(jì)中葉以來，波浪能利用得到了越來越多的關(guān)注和重視。波浪能發(fā)電的設(shè)想在世界各地不斷涌現(xiàn)。1964

年，世界上第一個(gè)海浪發(fā)電裝置——航標(biāo)燈。1970s末，日本、美、英等國合作研制了“海明”號(hào)發(fā)電船，還有遠(yuǎn)離海岸的電力傳輸裝置，并進(jìn)行了海上試驗(yàn)。第52頁/共100頁P(yáng)age

53中國也是波浪能研發(fā)的主要國家之一，在世界上有一定影響。1989年，中國第一座波浪電站建成并試發(fā)電成功。1996年改建為20千瓦。1999年，100千瓦擺式波浪能電站試運(yùn)行成功。2000年，100千瓦岸式振蕩水柱式電站建成發(fā)電。目前至少已累計(jì)生產(chǎn)600多臺(tái)在中國沿海使用，并出口到日本等國家。波浪發(fā)電的發(fā)展第53頁/共100頁P(yáng)age

54海流，主要指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)(洋流)， 以及由潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)(潮流)。海流能是流動(dòng)海水的動(dòng)能，與流速的平方和流量成正比。相對(duì)波浪而言，海流能的變化平穩(wěn)且有規(guī)律。

洋流方向基本不變，流速也比較穩(wěn)定；

潮流會(huì)周期性地改變大小和方向。二、海流和海流能第54頁/共100頁P(yáng)age

55一般說來，最大流速在2m/s以上的水道，海流能均有實(shí)際開發(fā)價(jià)值。潮流的流速一般2～5.5km/h，在狹窄海峽或海灣里，流速會(huì)很大。例如杭州灣海潮。洋流的動(dòng)能非常大，如佛羅里達(dá)洋流和墨西哥洋流。海流的能量第55頁/共100頁P(yáng)age

56海流能資源在全國沿岸的分布，在遼寧、山東、浙江、福建和臺(tái)灣沿海的海流能較為豐富。根據(jù)沿海能源密度、理論蘊(yùn)藏量和開發(fā)利用的環(huán)境條件等因素，浙江舟山和渤海海峽等海域條件良好。海流能的資源分布第56頁/共100頁P(yáng)age

57海流發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行海流能技術(shù)研發(fā)的國家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了較多的潮流發(fā)電試驗(yàn)，相對(duì)而言走在前列。加拿大在1980年就提出用類似垂直軸風(fēng)力機(jī)的水輪機(jī)來獲取潮流能，還進(jìn)行了5kW的海流透平試驗(yàn)。隨后英國和意大利設(shè)想的潮流發(fā)電機(jī)都采用類似的方案。1985年美國試驗(yàn)了2kW小型的海流渦輪機(jī)發(fā)電裝置。日本1988

年安裝在海底的215kW海流機(jī)組，是比較成功的海流發(fā)電項(xiàng)目。第57頁/共100頁P(yáng)age

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中國是世界上潮流發(fā)電研究最早的國家。1978年，有農(nóng)民企業(yè)家造了一個(gè)試驗(yàn)裝置，得到了6.3kW的電力輸出。哈工大經(jīng)過多次樣機(jī)試驗(yàn)，

2000年建成70kW

實(shí)驗(yàn)電站。第58頁/共100頁P(yáng)age

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海流發(fā)電有許多優(yōu)點(diǎn)不必像潮汐發(fā)電那樣，修筑大壩，還要擔(dān)心泥沙淤積；也不像海浪發(fā)電那樣，電力輸出不穩(wěn)。目前海流發(fā)電雖然還處在小型試驗(yàn)階段，它的發(fā)展還不及潮汐發(fā)電和海浪發(fā)電，但人們相信，海流發(fā)電將以穩(wěn)定可靠、裝置簡單的優(yōu)點(diǎn)，在海洋能的開發(fā)利用中獨(dú)樹一幟。第59頁/共100頁P(yáng)age

60海流發(fā)電的原理（1）輪葉式海流發(fā)電原理和風(fēng)力發(fā)電類似，利用海流推動(dòng)輪葉，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。輪葉的轉(zhuǎn)軸有與海流平行的，也有與海流垂直的，如圖所示。第60頁/共100頁P(yáng)age

61（2）降落傘式海流發(fā)電多個(gè)“降落傘”串聯(lián)在環(huán)形的鉸鏈繩上。當(dāng)海流的力量會(huì)迫使“降落傘”張開或收攏。鉸鏈繩在撐開的“降落傘”帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)安裝在船上的鉸盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。第61頁/共100頁P(yáng)age

62（3）磁流式海流發(fā)電帶電粒子高速地垂直流過強(qiáng)磁場時(shí)，可以直接產(chǎn)生電流。磁流式發(fā)電裝置沒有機(jī)械傳動(dòng)部件，不用發(fā)電機(jī)組，海流能的利用效率很高。目前這種海流發(fā)電方式還處在原理性研究階段。第62頁/共100頁P(yáng)age

63海水的溫差太陽輻射的情況不同，海水的溫度是有差異的。

水平分布，一般隨著緯度增加而降低。

垂直分布，都是隨著深度增加而降低。海水溫度大體保持穩(wěn)定，溫度變動(dòng)范圍一般在-2～3℃。三、海水的溫差和溫差能海水溫差能由海洋表層海水和深層海水之間水溫差形成的溫差熱能，是海洋能的一種重要形式。第63頁/共100頁P(yáng)age

64全球的海洋溫差能分布據(jù)有關(guān)研究資料，位于北緯45°至南緯40°的約100個(gè)國家和地區(qū)都可以進(jìn)行海洋溫差發(fā)電。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25～28℃，其中有300多萬km2海區(qū)，上下溫度差為20℃左右，是海水溫差發(fā)電的好地方。海水的溫差和溫差能第64頁/共100頁P(yáng)age

65溫差發(fā)電的原理海洋溫差能發(fā)電，就是利用海洋表層暖水與底層冷水之間的溫度差來發(fā)電。通常所說的海洋溫差發(fā)電，大多是指基于海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）的熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)，工作方式分為開式循環(huán)、閉式循環(huán)、混合式循環(huán)三種。最近，也有研究者提出

根據(jù)溫差效應(yīng)利用海水溫差直接發(fā)電的設(shè)想。第65頁/共100頁P(yáng)age

66開式循環(huán)系統(tǒng)工作原理先用真空泵將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽成真空，再用溫水泵把溫海水抽入蒸發(fā)器。系統(tǒng)內(nèi)有一定的真空度，溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰蒸發(fā)，變?yōu)檎羝?，推?dòng)蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。蒸汽通過汽輪機(jī)后，被冷水泵抽上來的深海冷水冷卻，凝結(jié)成淡化水后排出。冷海水冷卻了水蒸氣后又回到海里。作為工作物質(zhì)的海水，與外界相通，因此稱為開式循環(huán)。第66頁/共100頁P(yáng)age

67開式循環(huán)系統(tǒng)開式循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)在發(fā)電的同時(shí)，還可以獲得很多有用的副產(chǎn)品。－溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)后所留下的濃縮水，可用來提煉化工產(chǎn)品；－可以得到大量淡水。第67頁/共100頁P(yáng)age

68開式循環(huán)的不足①低溫低壓下海水的蒸氣壓很低，為使汽輪發(fā)電機(jī)能在低壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組必須造得十分龐大。②開式循環(huán)的熱效率很低，為減少損耗，不得不把各種裝置和管道設(shè)計(jì)得很大。③需要耗用巨量的溫海水和冷海水，耗能嚴(yán)重，發(fā)電量的1/4～1/3消耗于系統(tǒng)本身。④在海洋深處提取大量的冷海水，存在許多技術(shù)困難。開式循環(huán)系統(tǒng)第68頁/共100頁P(yáng)age

69閉式循環(huán)系統(tǒng)閉式循環(huán)系統(tǒng)用低沸點(diǎn)液體（如液態(tài)氨）作為工作介質(zhì)，所產(chǎn)生的蒸氣作為工作流體。氨水的沸點(diǎn)33℃，明顯低于水，更容易沸騰。第69頁/共100頁P(yáng)age

70閉式循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)缺點(diǎn)：蒸發(fā)器和冷凝器要求高，耗資昂貴。優(yōu)點(diǎn)：蒸汽壓力提高數(shù)倍，發(fā)電裝置體積變小，而發(fā)電量可達(dá)到工業(yè)規(guī)模。閉式循環(huán)系統(tǒng)一提出，就得到廣泛的贊同和重視，成為目前海水溫差發(fā)電的主要形式。閉式循環(huán)系統(tǒng)第70頁/共100頁P(yáng)age

71混合循環(huán)系統(tǒng)也是以低沸點(diǎn)的物質(zhì)為工質(zhì)。用溫海水閃蒸出來的低壓蒸汽來加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)。既能產(chǎn)生新鮮淡水，又可減少蒸發(fā)器體積，節(jié)省材料，便于維護(hù)。混合循環(huán)系統(tǒng)第71頁/共100頁P(yáng)age

72據(jù)塞貝克效應(yīng)，若將兩個(gè)不同的導(dǎo)體/半導(dǎo)體電極分別置于海洋表層溫海水和深層冷海水中，電極間即可產(chǎn)生電壓。這種溫差發(fā)電方法，在具體實(shí)現(xiàn)上仍有很多困難，還停留在設(shè)想階段。直接溫差發(fā)電第72頁/共100頁P(yáng)age

73溫差發(fā)電的發(fā)展1881年，法國人最早提出利用海水溫差發(fā)電的設(shè)想；1948年，法國在非洲象牙海岸建造了一座7MW的開式循環(huán)海水溫差發(fā)電站。1964年，美國人提出了閉式循環(huán)方案。1980年，美國在夏威夷建造了一座1MW的實(shí)驗(yàn)裝置。第73頁/共100頁P(yáng)age

74日本科學(xué)家從1973年開始進(jìn)行海洋溫差發(fā)電的研究。日本1981年完成100kW閉式循環(huán)溫差電站，1993年建成210kW

開式循環(huán)裝置，凈出力為40～50kW。1995年前后印度建成6座5萬千瓦的陸基海水溫差能電站。1980s年代臺(tái)灣電力公司和中科院廣州能源研究所分別開設(shè)進(jìn)行了溫差利用的研究。溫差發(fā)電的發(fā)展第74頁/共100頁P(yáng)age

75溫差發(fā)電的世界之最世界最早的海水溫差發(fā)電實(shí)驗(yàn)

1926年，克勞德在法蘭西科學(xué)院大廳，……世界第一座海水溫差電站

1930年，克勞德在古巴海濱……世界第一座實(shí)用的海水溫差電站

1979年，美國在夏威夷島西部海域……世界最大的海水溫差電站

1990年，日本在鹿兒島……第75頁/共100頁P(yáng)age

76海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)，還有許多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題需要解決： （1）轉(zhuǎn)換效率低。 （2）投資成本高。 （3）建設(shè)難度大。 （4）選址不容易。第76頁/共100頁P(yáng)age

77四、人類對(duì)潮汐的認(rèn)識(shí)我國古人把白天的海水漲落叫做“潮”，夜間的海水漲落叫做“汐”，合起來稱為“潮汐”。潮汐是由于太陽和月球?qū)Φ厍蚋魈幰Φ牟煌鸬暮Ｋ幸?guī)律的、周期性的漲落現(xiàn)象。太陽和月球引起的海水上漲，分別稱為太陽潮和太陰潮。第77頁/共100頁P(yáng)age

78潮汐的描述和分類用于描述潮汐的各個(gè)要素如圖所示。第78頁/共100頁P(yáng)age

79海面的一漲一落兩個(gè)過程為一個(gè)潮汐循環(huán)。相鄰的兩次高潮（或低潮）間隔的平均時(shí)間，稱為潮汐的平均周期。按照一個(gè)太陰日里有幾個(gè)漲落周期，潮汐可分為半日潮、全日潮和混合潮三種類型。潮汐的描述和分類第79頁/共100頁P(yáng)age

80潮汐能資源及其分布海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能和勢(shì)能稱為潮汐能。很多時(shí)候，將潮水流動(dòng)所具有的動(dòng)能稱為潮流能，而潮汐能特指海水漲落形成的勢(shì)能。在各種海洋能資源中，潮汐能不是最多的，但卻是目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下最為現(xiàn)實(shí)的一種。第80頁/共100頁P(yáng)age

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世界潮汐能資源聯(lián)合國教科文組織數(shù)據(jù)，全世界潮汐能的理論蘊(yùn)藏量約為30億千瓦，是目前全球發(fā)電能力的1.6

倍。估計(jì)技術(shù)上允許利用的約1億千瓦。中國商業(yè)情報(bào)網(wǎng)的預(yù)測(cè)研究報(bào)告，數(shù)據(jù)有所差別，參見教材。潮汐能大小直接與潮差有關(guān)，潮差越大，能量也就越大。實(shí)踐證明，平均潮差≥3m才有經(jīng)濟(jì)效益，否則難于實(shí)用化。第81頁/共100頁P(yáng)age

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我國的潮汐能資源據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全國潮汐能蘊(yùn)藏量約為2.9億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)2750億度?！吨袊履茉磁c可再生能源1999白皮書》資料顯示我國可開發(fā)潮汐能資源裝機(jī)容量達(dá)2000多萬千瓦，年發(fā)電量可達(dá)600多億度。第82頁/共100頁P(yáng)age

83潮汐發(fā)電原理和電站構(gòu)成和內(nèi)陸河川的水力發(fā)電相比，潮汐能的能量密度很低，相當(dāng)于微水頭發(fā)電的水平。世界上平均潮差（注意這個(gè)概念）的較大值約為13～15m。想想：我國的最大平均潮差會(huì)出現(xiàn)在哪里？潮汐發(fā)電和水力發(fā)電的基本原理是一樣的，所用設(shè)備也大致相同。第83頁/共100頁P(yáng)age

84潮汐發(fā)電的方式廣義的潮汐發(fā)電，按能量利用的形式分為兩種：

一種是利用潮汐時(shí)流動(dòng)的海水所具有的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，稱為潮流發(fā)電；

一種是在河口、海灣處修筑堤壩形成水庫，利用水庫與海水之間的水位差所蓄積的勢(shì)能來發(fā)電，稱為潮位發(fā)電。第84頁/共100頁P(yáng)age

85潮汐發(fā)電的方式漲潮和落潮時(shí)，潮汐發(fā)電的原理如圖所示。第85頁/共100頁P(yáng)age

86潮汐電站的裝機(jī)容量和發(fā)電量電站的可能裝機(jī)容量，理論上可根據(jù)潮汐勢(shì)能大小計(jì)算。例如，半日潮的潮汐電站裝機(jī)容量P，可用公式計(jì)算：式中H——平均潮差（m）；

S——水庫平均面積（km2）建潮汐電站時(shí)，年發(fā)電量可利用下面公式進(jìn)行計(jì)算：式中a——單向發(fā)電時(shí)取0.40，雙向發(fā)電時(shí)取0.55；可用這個(gè)公式估算潮汐能蘊(yùn)藏量和潮汐電站的年發(fā)電量。第86頁/共100頁P(yáng)age

87潮汐電站的結(jié)構(gòu)潮汐電站的選址：潮汐電站可建在三角洲、河口、海灘或其它的受潮汐影響的海水伸展地帶，最好選在“口小肚大”的海灣上，這樣只要修建一個(gè)短短的大壩，就可以圍住很多海水，成為一個(gè)大水庫。潮汐電站的構(gòu)成：潮汐能電站是綜合的建設(shè)工程，主要由攔水堤壩、水閘和發(fā)電廠三部分組成。有通航要求的潮汐能電站還應(yīng)設(shè)置船閘。第87頁/共100頁P(yáng)age

88潮汐電站對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組有特殊的要求，例如：1）應(yīng)滿足潮汐低水頭、大流量的水力特性；2）在海水中工作時(shí)，防腐、防污、密封和發(fā)電機(jī)防潮；3）需要性能好的開關(guān)設(shè)備，適應(yīng)機(jī)組隨潮汐漲落而頻繁啟動(dòng)和停止；潮汐電站的水輪發(fā)電機(jī)組第88頁/共100頁P(yáng)age

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