基本介紹
- 中文名：海洋能
- 外文名：ocean energy
- 基本概念：蘊藏在海洋中的可再生能源
- 分類：潮汐能、波浪引起的機械能和熱能
- 特點：總體蘊藏量大、單體蘊藏量小
- 現狀：總藏量大，難以利用
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基本概念
海洋能是一種蘊藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪引起的機械能和熱能。海洋能同時也涉及一個更廣的範疇，包括海面上空的風能、海水表面的太陽能和海里的生物質能。中國擁有18,000公里的海岸線和總面積達6,700平方公里的6,960座島嶼。這些島嶼大多遠離陸地，因而缺少能源供應。因此要實現我國海岸和海島經濟的可持續發展，必須大力發展我國的海洋能資源。
海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在於海洋之中。地球表面積約為5.1×108km2，其中陸地表面積為1.49×108km2占29%；海洋面積達3.61×108km2，以海平面計，全部陸地的平均海拔約為840m，而海洋的平均深度卻為380m，整個海水的容積多達1.37×109km3。一望無際的大海，不僅為人類提供航運、水源和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量，它將太陽能以及派生的風能等以熱能、機械能等形式蓄在海水裡，不像在陸地和空中那樣容易散失。
海洋能
海洋能發電裝置
海洋能海洋能發電裝置海水溫差能是一種熱能。低緯度的海面水溫較高，與深層水形成溫度差，可產生熱交換。其能量與溫差的大小和熱交換水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是機械能。潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。波浪的能量與波高的平方和波動水域面積成正比。在河口水域還存在海水鹽差能（又稱海水化學能），入海徑流的淡水與海洋鹽水間有鹽度差，若隔以半透膜，淡水向
能源特點
1．海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。
潮流能發電方案4．海洋能屬於清潔能源，也就是海洋能一旦開發後，其本身對環境污染影響很小。
能量形式
潮汐能
潮汐能指在漲潮和落潮過程中產生的勢能。潮汐能的強度和潮頭數量和落差有關。通常潮頭落差大於3m的潮汐就具有產能利用價值。潮汐能主要用於發電。
波浪能
波浪能是指海洋便面波浪所具有動能和勢能，是一種在風的作用下產生的、並以位能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪能主要用於發電，同時也可用於輸送和抽運水、供暖、海水脫鹽和製造氫氣。
溫差能
海洋能溫差能的主要利用方式為發電，首次提出利用海水溫差發電構想的是法國物理學家阿松瓦爾，1926年，阿松瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站，獲得了10kW的功率。
溫差能利用的最大困難是溫差大小，能量密度低，其效率僅有3%左右，而且換熱面積大，建設費用高，各國仍在積極探索中。
鹽差能
鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能，是以化學能形態出現的海洋能。主要存在與河海交接處。同時，淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。
據估計，世界各河口區的鹽差能達30TW，可能利用的有2.6TW。我國的鹽差能估計為1.1×10^8kw，主要集中在各大江河的出海處，同時，我國青海省等地還有不少內陸鹽湖可以利用。鹽差能的研究以美國、以色列的研究為先，中國、瑞典和日本等也開展了一些研究。但總體上，對鹽差能這種新能源的研究還處於實驗室實驗水平，離示範套用還有較長的距離。
海流能
海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由於潮汐導致的有規律的海水流動所產生的能量，是另一種以動能形態出現的海洋能。
海洋能
海洋能海流能的利用方式主要是發電，其原理和風力發電相似。全世界海流能的理論估算值約為108kW量級。利用中國沿海130個水道、航門的各種觀測及分析資料，計算統計獲得中國沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X107kW。屬於世界上功率密度最大的地區之一，其中遼寧、山東、浙江、福建和台灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為15～30kW/m2，具有良好的開發值。特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度在20kW/m2以上，開發環境和條件很好。
海風能
近海風能是風能地球表面大量空氣流動所產生的動能。在海洋上，風力比陸地上更加強勁，方向也更加單一，據專家估測，一台同樣功率的海洋風電機在一年內的產電量，能比陸地風電機提高70%。 風能發電的原理：風力作用在葉輪上，將動能轉換成機械能，從而推動葉輪旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。 我國近海風能資源是陸上風能資源的3倍，可開發和利用的風能儲量有7.5億kW。長江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼是我國最大風能資源區以及風能資 源豐富區。資源豐富區有山東、遼東半島、黃海之濱，南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島
海洋熱能
海洋熱能指由於海洋表層水體和深層水體溫度差引起的熱能。除了發電，海洋熱能還可以用於海水脫鹽、空調、和深海礦藏開發。
優缺點
缺點：獲取能量的最佳手段尚無共識，大型項目可能會破壞自然水流、潮汐和生態系統。
優點：取之不竭的可再生資源，潮汐能源有規律可循，開發規模大小均可。
波浪發電，據科學家推算，地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億度。大型波浪發電機組也已問世。我國在也對波浪發電進行研究和試驗，並製成了供航標燈使用的發電裝置。將來的世界，每一個海洋里都會有屬於我們中國的波能發電廠。波能將會為我國的電業作出很大貢獻。
潮汐發電，據世界動力會議估計，到2020年，全世界潮汐發電量將達到1000-3000億千瓦。世界上最大的潮汐發電站是法國北部英吉利海峽上的朗斯河口電站，發電能力24萬千瓦，已經工作了30多年。中國在浙江省建造了江廈潮汐電站，總容量達到3000千瓦。
能源利用
利用方式
海洋熱能發電有兩種方式：
第一種是將低沸點工質加熱成蒸汽；
第二種是將溫水直接送入真空室使之沸騰變成蒸汽。蒸汽用來推動汽輪發電機發電，最後從600～1000米深處抽冷水使蒸汽冷凝。
第一種採取閉式循環，第二種採取開式循環。
海水溫差發電，1930年在法國首次試驗成功，只是當時發出的電能不如耗去的電力多，因而未能付諸實施。許多國家都在進行海水溫差發電研究。實踐證明，開式循環比閉式循環有更多的優點：①以溫海水作工質，可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物質對海洋的污染；②開式循環系直接接觸熱交換器，價廉且效率高；③直接接觸熱交換器可採用塑膠製造，在溫海水中的抗腐蝕性高；④能產生副產品——蒸餾水。開式循環也有缺點：產生的蒸汽密度低，汽輪機體積大；變成蒸汽的海水排回海洋後，會影響附近生物的生存環境。
海洋能
海洋能1、溫差發電
是以非共沸介質（氟里昂-22與氟里昂-12的混合體）為媒質，輸出功率是以前的1.1～1.2倍。一座75千瓦試驗工廠的試運行證明，由於熱交換器採用平板裝置，所需抽水量很小，傳動功率的消耗很少，其他配件費用也低，再加上用計算機控制，淨電輸出功率可達額定功率的70%。一座3000千瓦級的電站，每千瓦小時的發電成本只有50日元以下，比柴油發電價格還低。人們預計，利用海洋溫差發電，如果能在一個世紀內實現，可成為新能源開發的新的出發點。
2、潮汐發電
洶湧澎湃的大海，在太陽和月亮的引潮力作用下，時而潮高百丈，時而悄然退去，留下一片沙灘。海洋這樣起伏運動，日以繼夜，年復一年，是那樣有規律，那樣有節奏，好像人在呼吸。海水的這種有規律的漲落現象就是潮汐。
潮汐發電就是利用潮汐能的一種重要方式。據初步估計，全世界潮汐能約有10億多千瓦，每年可發電2～3萬億千瓦時。我國的海岸線長度達18000千米，據1958年普查結果估計，至少有2800萬千瓦潮汐電力資源，年發電量最低不下700億千瓦時。
據估計，我國僅長江口北支就能建80萬千瓦潮汐電站，年發電量為23億千瓦時，接近新安江和富春江水電站的發電總量；錢塘江口可建500萬千瓦潮汐電站，年發電量約180多億千瓦時，約相當於10個新安江水電站的發電能力。
早在12世紀，人類就開始利用潮汐能。法國沿海布列塔尼省就建起了“潮磨”，利用潮汐能代替人力推磨。隨著科學技術的進步，人們開始築壩攔水，建起潮汐電站。
法國在布列塔尼省建成了世界上第一座大型潮汐發電站，電站規模宏大，大壩全長750米，壩頂是公路。平均潮差8.5米，最大潮差13.5米。每年發電量為5.44億千瓦時。
3、波力發電
“無風三尺浪”是奔騰不息的大海的真實寫照。海浪有驚人的力量，5米高的海浪，每平方米壓力就有10噸。大浪能把13噸重的岩石拋至20米高處，能翻轉1700噸重的岩石，甚至能把上萬噸的巨輪推上岸去。
海浪蘊藏的總能量是大得驚人的。據估計地球上海浪中蘊藏著的能量相當於90萬億千瓦時的電能。
利用現狀
上述不同形式的能量有的已被人類利用，有的已列入開發利用計畫，但人們對海洋能的開發利用程度至今仍十分低。儘管這些海洋能資源之間存在著各種差異，但是也有著一些相同的特徵。每種海洋能資源都具有相當大的能量通量：潮汐能和鹽度梯度能大約為2TW；波浪能也在此量級上；而海洋熱能至少要比此大兩個數量級。但是這些能量分散在廣闊的地理區域，因此實際上它們的能流密度相當低，而且這些資源中的大部分均蘊藏在遠離用電中心區的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發利用
海洋能
海洋能1、面臨的問題
很多海洋能至今沒被利用的原因主要有兩方面：一，經濟效益差，成本高。二，一些技術問題還沒有過關。儘管如此，不少國家一面組織研究解決這些問題，一面在制定宏偉的海洋能利用規劃。如法國計畫到本世紀末利用潮汐能發電350億千瓦時，英國準備修建一座100萬千瓦的波浪能發電站，美國要在東海岸建造500座海洋熱能發電站。從發展趨勢來看，海洋能必將成為沿海國家，特別是發達的沿海國家的重要能源之一。
2、前景展望
全球海洋能的可再生量很大。根據聯合國教科文組織1981年出版物的估計數字，五種海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦。其中溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦，潮汐和波浪能各為30億千瓦，海流能為6億千瓦。但如上所述是難以實現把上述全部能量取出，構想只能利用較強的海流、潮汐和波浪；利用大降雨量地域的鹽度差，而溫差利用則受熱機卡諾效率的限制。因此，估計技術上允許利用功率為64億千瓦，其中鹽差能30億千瓦，溫差能20億千瓦，波浪能10億千瓦，海流能3億千瓦，潮汐能1億千瓦（估計數字）。
海洋能的強度較常規能源為低。海水溫差小，海面與500～1000米深層水之間的較大溫差僅為20℃左右；潮汐、波浪水位差小，較大潮差僅7—10米，較大波高僅3米；潮流、海流速度小，較大流速僅4～7節。即使這樣，在可再生能源中，海洋能仍具有可觀的能流密度。以波浪能為例，每米海岸線平均波功率在最豐富的海域是50千瓦，一般的有5～6千瓦；後者相當於太陽能流密度1千瓦/米2）。又如潮流能，最高流速為3米/秒的舟山群島潮流，在一個潮流周期的平均潮流功率達4.5千瓦/米2。 海洋能作為自然能源是隨時變化著的。但海洋是個龐大的蓄能庫，將太陽能以及派生的風能等以熱能、機械能等形式蓄在海水裡，不象在陸地和空中那樣容易散失。海水溫差、鹽度差和海流都是較穩定的，24小時不間斷，晝夜波動小，只稍有季節性的變化。潮汐、潮流則作恆定的周期性變化，對大潮、小潮、漲潮、落潮、潮位、潮速、方向都可以準確預測。海浪是海洋中最不穩定的，有季節性、周期性，而且相鄰周期也是變化的。但海浪是風浪和涌浪的總和，而涌浪源自遼闊海域持續時日的風能，不象當地太陽和風那樣容易驟起驟止和受局部氣象的影響。
海洋能的利用還很昂貴，以法國的朗斯潮汐電站為例，其單位千瓦裝機投資合1500美元（1980年價格），高出常規火電站。但在嚴重缺乏能源的沿海地區（包島嶼），把海洋能作為一種補充能源加以利用還是可取的。
我國現狀
從總體看，我國海洋能資源十分豐富，可開發利用量達10億kW的量級。其中，我國海岸的潮汐能資源總裝機容量為2179kW；波浪能理論平均功率為1285萬kW；潮流能130個水道的理論平均功率為1394萬kW；近海及毗鄰海域溫差能資源可供開發的總裝機容量約為17.47億~218.65億kW；沿岸鹽能資源理論功率約為1.14億kW；近海風能資源達到7.5億kW。
發展過程
我國海洋能開發已有近40年的歷史，迄今建成的潮汐電站8座，80年代以來浙江、福建等地對若干個大中型潮汐電站，進行了考察、勘測和規化設計、可行性研究等大量的前期準備工作。總之，我國的海洋發電技術已有較好的基礎和豐富的經驗，小型潮汐發電技術基本成熟，已具備開發中型潮汐電站的技術條件。但是現有潮汐電站整體規模和單位容量還很小，單位千瓦造價高於常規水電站，水工建築物的施工還比較落後，水輪發電機組尚未定型標準化。這些均是我國潮汐能開發現存的問題。其中關鍵問題是中型潮汐電站水輪發電機組技術問題沒有完全解決，電站造價亟待降低。
我國波力發電技術研究始於70年代，80年代以來獲得較快發展，航標燈浮用微型潮汐發電裝置已趨商品化，現已生產數百台，在沿海海域航標和大型燈船上推廣套用。與日本合作研製的後彎管型浮標發電裝置，已向國外出口，該技術屬國際領先水平。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一台裝機容量3kW的裝置，1990年已試發電成功。“八五”科技攻關項目總裝機容量20kW的岸式波力試驗電站和8kW擺式波力試驗電站，均已試建成功。總之，我國波力發電雖起步較晚，但發展很快。微型波力發電技術已經成熟，小型岸式波力發電技術已進入世界先進行列。但我國波浪能開發的規模遠小於挪威和英國，小型波浪發電距實用化尚有一定的距離。
潮流發電研究國際上開始於70年代中期，主要有美國、日本和英國等進行潮流發電試驗研究，至今尚未見有關發電實體裝置的報導。我國潮流發電研究始於70年代末，首先在舟山海域進行了8kW潮流發電機組原理性試驗。80年代一直進行立軸自調直葉水輪機潮流發電裝置試驗研究，目前正在採用此原理進行70kW潮流試驗電站的研究工作。在舟山海域的站址已經選定。我國已經開始研建實體電站，在國際上居領先地位，但尚有一系列技術問題有待解決。
與其他能源相比，潮流能具有以下幾個優點：較強的規律性和可預測性；功率密度大，能量穩定，易於電網的發、配電管理，是一種優秀的可再生能源；潮流能的利用形式通常是開放式的，不會對海洋環境造成大的影響。
近20多年來，受化石燃料能源危機和環境變化壓力的驅動，作為主要可再生能源之一的海洋能事業取得了很大發展，在相關高技術後援的支持下，海洋能套用技術日趨成熟，為人類在下個世紀充分利用海洋能展示了美好的前景。我國有大陸海岸線長達18000多公里，有大小島嶼6960多個，海島總面積6700平方公里，有人居住的島嶼有430多個，總人口450多萬人。沿海和海島既是外向型經濟的基地，又是海洋運輸和開發海洋的前哨，並且在鞏固國防，維護祖國權益上占有重要地位。改革開放以來，隨著沿海經濟的發展，海島開發迫在眉睫，能源短缺嚴重地制約著經濟的發展和人民生活水平的提高。外商和華僑因海島能源缺乏，不願投資；駐島部隊用電困難，不利於國防建設；特別是西沙、南沙等遠離大陸的島嶼，依靠大陸供應能源，因供應線過長，諸多不便，非常艱苦。為了保證沿海與海島經濟持久快速地發展及人民生活水平的不斷提高，尋求解決能源供應緊張的途徑已刻不容緩。
技術現狀
資料顯示，我國從20世紀80年代開始，在沿海各地區陸續興建了一批中小型潮汐發電站並投入運行發電。其中最大的潮汐電站是1980年5月建成的浙江省溫嶺市江廈潮汐試驗電站，它也是世界已建成的較大雙向潮汐電站之一。總庫容490萬立方米，發電有效庫容270萬立方米。這裡的最大潮差8.39米，平均潮差5.08米；電站功率3200千瓦。據了解，江廈電站每晝夜可發電14～15小時，比單向潮汐電站增加發電量30%～40%。江廈電站每年可為溫嶺、黃岩電力網提供100億瓦/小時的電能。
除潮汐能外，重點開發波浪能和海水熱能。統計顯示，海浪每秒鐘在1平方千米海面上產生20萬千瓦的能量，全世界海洋中可開發利用的波浪約為27—30億千瓦，而我國近海域波浪的蘊藏量約為1.5億千瓦，可開發利用量約3000—3500萬千瓦，一些已開發國家已經開始建造小型的波浪發電站。
而海水熱能是海面上的海水被太陽曬熱後，在真空泵中減壓，使海水變為蒸汽，然後推動蒸汽輪機而發電。同時，蒸汽又被引上來，冷卻後回收為淡水。這兩項技術我國正在研究和開發中。
現有電站
1980年5月4日，浙江省溫嶺的江廈潮汐電站第一台機組併網發電，揭開了中國較大規模建設潮汐電站的序幕。該電站裝有6台500千瓦水輪發電機組，總裝機容量為3000千瓦，攔潮壩全長670米，水庫有效庫容270萬立方米，是一座規模不小的現代潮汐電站。它不但為解決浙江的能源短缺作出應有的貢獻，而且在經濟上亦有競爭能力。江廈潮汐電站的單位造價為每千瓦2500元，與小水電站的造價相當。浙江沙山的40千瓦小型潮汐電站，從1959年建成至今運行狀況良好，投資4萬元，收入已超過35萬元。海山潮汐電站裝機150千瓦，年發電量29萬千瓦時，收入2萬元，並養殖蚶子、魚蝦及制磚，年收入20萬元。
