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海洋能:极其诱人的开发前景

2016-04-09 15:24:30 来源:  作者:
摘要: 6月8日是世界海洋日。在经济、社会、科技高度发展的今天,海洋资源对于人们生活的重要性日益凸显。

  说到海洋资源,人们最容易想到的是海洋中的渔业、矿产资源以

    6月8日是世界海洋日。在经济、社会、科技高度发展的今天,海洋资源对于人们生活的重要性日益凸显。

说到海洋资源,人们最容易想到的是海洋中的渔业、矿产资源以及石油、可燃冰等生物能源。殊不知,波涛汹涌的大海本身,就是一个巨大的能源库。

所谓海洋能,狭义地来说是指海水本身所蕴涵的能量,这是一种几乎无穷无尽的可再生能源,通常包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能5种。

潮汐能 最现实的海洋能利用

潮汐现象起因于地球、月亮和太阳相对的天体运动。潮汐发电是利用海水潮涨潮落的势能发电。潮汐能主要集中在狭窄的浅海、港湾和海峡,例如在加拿大芬地湾,潮差可达16米以上,在英国的塞坟河口和法国的朗斯河口,最大潮差可达15.2米和13.5米,我国的钱塘江最大潮差也有9米。

人类利用潮汐发电已有近百年的历史,潮汐发电是海洋能利用中最现实、技术最成熟也是规模最大的一种。

最常见的利用潮汐发电的方法是,在适当的地点建造一个大坝,涨潮时,海水从大海流入坝内水库,带动水轮机旋转发电;落潮时,海水流向大海,同样推动水轮机旋转发电。因此,潮汐发电所用的水轮机需要在正反两个方向的水流作用下均能同向旋转。

中国是世界上建造潮汐电站最多的国家。我国最早的潮汐电站是浙江临海的汐桥村潮汐电站,早在1959年建成,总容量60千瓦。位于浙江乐清湾的江厦潮汐电站,首台500千瓦机组1980年开始发电,1985年全部竣工,总装机容量3200千瓦,是我国最大、世界第三的潮汐电站。

世界上规模最大的潮汐电站是法国的朗斯电站,位于法国西北部、流入英法海峡的朗斯河口。电站于1961年动工,在朗斯河口修建了一座长750米的大坝,形成面积22平方公里的水库。潮位差最大值为13.5米,平均值为8.5米,调节库容1.84亿立方米。1966年8月首台机组发电,迄今仍为世界最大的潮汐发电站。

波浪能 发明家的乐园

大海波涛万顷,巨浪滔天。海洋中蕴藏着极其巨大的能量。据测算,海浪的冲击力每平方米达20至30吨,大的达60吨。巨大的海浪能把十几吨重的岩石抛到20米高处,也可把万吨巨轮推到岸上去。据科学家推算,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万亿千瓦。

海浪是由风对海水的摩擦和推压引起的,因此,海浪发电实际上也是风能的另一种形式。波浪能的利用被称为“发明家的乐园”,现在全世界波浪能利用的机械设计数以千计,获得专利证书的也达数百件。英国把波浪发电研究放在新能源开发的首位,以投资多、技术领先而著称。

波浪发电的装置主要有漂浮式和固定式两种。举例来说,一种漂浮在海上名为Pelamis的波浪能发电装置,酷似一条海蛇,其工作原理是将金属海蛇的嘴垂直于海浪方向,其关节依靠海浪推动相互铰接的金属圆筒,像海蛇一样随着海浪上下起伏;铰接处的上下运动与侧向运动的势能将推动金属圆筒内的液压活塞作往复运动,从而使高压油驱动发电机发电。

20世纪70年代初,受石油危机影响,英国、日本、挪威等波浪能丰富的国家开始了波浪发电的开发研究。目前,一些实用性的波浪发电装置往往应用于航标灯和灯塔。

海流能 人称“水下风车”

海流,亦称洋流,指的是海洋中海水沿着一定方向,速度稳定的大规模运动,它是在风、海水的热对流、盐度差、地球自转的偏转力等许多因素在特定的时间与空间内的综合作用下形成的。

海流发电是利用海洋中部分海水沿一定方向流动的海流和潮流的动能发电。海流发电装置的基本形式与风力发电装置类似,故又称为“水下风车”。

由于海流距离海岸较远,海流发电存在一系列的关键技术问题难以解决,因此全世界均无大规模海流发电的成效。加拿大于1979年首先研制成由4个对称翼型直叶片构成的立轴水轮机,通过海流带动发电机旋转发电。直到今天,这方面的技术发展仍十分有限。

温差能 热带亚热带海域最丰富

海洋表面和海洋深处的海水之间,温度相差很大,这种温度差中蕴藏的能量叫“温差能”。海水的热传导率低,表层的热量难以传到深层,许多热带或亚热带海域终年形成20℃以上的垂直温差,利用此温差可实现热力循环来发电。

利用不同水层的温度差别,将表面海水视为高温热源,而将深层海水视为低温热源,用热机组成热力循环系统,不断地将冷冻剂蒸发和冷却便可以使涡轮机转动并发电。如同电厂废热发电、地热热水发电、高山-低谷温差发电和其他废热发电技术一样,海洋温差发电也属于低温差发电技术的范畴。

首次提出利用海水温差发电设想的是法国物理学家阿松瓦尔。在1926年,阿松瓦尔的学生克劳德试验海水温差发电成功。1930年,克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站,功率达到10千瓦。

据估计,全球温差发电的可利用功率在20亿千瓦左右,我国可利用的温差能为1.5亿千瓦。

盐差能 淡水向盐水渗透形成能量

江河入海口是淡水和咸水交界的地方,水中盐离子的浓度差异也是可以用来发电的一种能量。盐差发电一般用半透膜隔开淡水和咸水,在盐离子浓度差异的驱动下,淡水可不断向盐水渗透而产生水流,从而可以驱动涡轮机发电。

据估计,全球“盐差能”达300亿千瓦,可利用的能量约为26亿千瓦。盐差能的研究以美国、以色列的研究为先,中国、瑞典和日本等也开展了一些研究。但总体上,盐差能研究还处于实验室试验水平,离实际应用还有较长的路程。

延伸阅读

海洋能的优势和劣势

海洋能的优点十分明显。它是一种可再生能源,而且这种再生过程十分迅速、短暂,因此可以说,这种能源是无穷无尽的。

海洋能源不必像石油、天然气、煤、铀等,需要一个物理或化学的二次转换过程来产生功能。因而也没有伴随着这一过程而来的能量损耗和废物排放,所以这是一种洁净的能源,它既不会污染大气,也不会带来温室效应。

然而,海洋能虽然有着许许多多的好处,但它的利用也是十分困难的。

海洋能总量巨大,可面对海洋这个巨大水体,人们的活动能力(人力、财力、物力)相对说来极其渺小。而且,大尺度液体流动几乎总是“湍流”—具有不稳定和不规则的特性,海洋也不例外,所以,这一能源的获取是非常困难的。也就是说,获取海洋能所需的费用很高,风险较大。实际上,海洋能一直“身价”昂贵,堪称地球上最昂贵的一种能源形式。

海洋能源在空间上的存在也是不可移动的,它不可能像其他载能体一样,按人类希望的时间或空间来进行主观布局,海洋自然能量的获取只可在水介质及沿岸的立体空间内进行。如果不及时解决二次转换能源的贮运技术,那么,海洋能源的利用也是极为困难的。

随着科学技术的发展进步,海洋能利用的障碍也在一点点被克服。近年来,关于海洋能利用的研究和试验热度也在不断增加。有人说,海洋能将是21世纪的能源,我们期待这样的预言能够真正实现。

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