來自海洋的饋贈

王傳崑

潮差能

潮起潮落帶來的能量

住在海邊的人都知道，有時海水洶涌奔騰而來，卷起層層浪花;有時海水又遠(yuǎn)遠(yuǎn)流去，露出一片沙灘。海水的這種漲落現(xiàn)象叫作潮汐。

這種漲落潮現(xiàn)象是月亮和太陽對地球上海水的引力產(chǎn)生的。因為月亮繞地球旋轉(zhuǎn)，月亮和地球又一起繞太陽旋轉(zhuǎn)，都是十分有規(guī)律、有固定周期的，所以海邊的潮汐漲落也是按照固定周期，嚴(yán)守規(guī)律的變化。

在沿岸某些喇叭口形的海灣、海峽和河口地區(qū)，由于地形等因素的影響，潮汐往往十分發(fā)達(dá)，潮差（漲潮的最高海面與相鄰的落潮的最低海面之差）可達(dá)7～8米甚至十幾米。我國著名的錢塘江大潮的杭州灣沿岸，最大潮差達(dá)8.9米，加拿大東海岸的蒙克頓港，最大潮差達(dá)19米。在這些地方，每逢漲潮，潮峰前面壁立如山，潮水以萬馬奔騰之勢，溯流上涌，呼嘯聲聞數(shù)十里，形成“滔天濁浪排空來，翻江倒海山為摧”的壯觀景象，所以潮汐漲落運動蘊藏著巨大的能量——潮汐能（包括潮差能和潮流能）。 據(jù)科學(xué)家估算，全世界海洋的潮汐能總儲量約30億千瓦，技術(shù)上可利用的儲量約為1億千瓦。

潮差能是最早被人類開發(fā)利用的海洋能資源。早在1000多年的唐朝，我國沿海居民就利用潮力碾磨五谷，歐洲也有類似的利用。世界上科學(xué)發(fā)達(dá)的國家，從上世紀(jì)初已經(jīng)開始了現(xiàn)代利用潮差能發(fā)電的研究。

潮差能發(fā)電，俗稱潮汐發(fā)電的原理，是利用潮差能建設(shè)潮汐電站，一般是在口小肚子大的海灣口或河口建筑一座攔海大壩，將海灣或河口上游與外海隔開，并在大壩的一側(cè)建水閘和發(fā)電廠房，廠房內(nèi)安裝有水輪機和發(fā)電機等設(shè)備，廠房內(nèi)的水輪機流道通過渠道分別與水庫和外海連通。漲潮時，水庫外因海水不斷涌來，庫外水位高于庫內(nèi)水位，落潮時，水庫外因海水不斷落去，庫內(nèi)水位高于庫外水位，電站就是利用這個水位差—勢能推動水輪機旋轉(zhuǎn)，并帶動發(fā)電機發(fā)電。潮汐電站國內(nèi)外在20世紀(jì)60年代已經(jīng)實現(xiàn)實用化生產(chǎn)，是迄今唯一實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電的海洋能。

潮流能

海潮的另外一種用法

潮流發(fā)電的原理與風(fēng)力發(fā)電類似。如有一種叫“水下風(fēng)車”的潮流發(fā)電裝置，利用潮流推動葉輪，進(jìn)而帶動發(fā)電機發(fā)電。葉輪有水平軸螺旋槳式，也有垂直軸轉(zhuǎn)輪式。但是，潮流發(fā)電裝置的葉片比風(fēng)力發(fā)電機的葉片小很多，因為海水密度比空氣密度大很多。

國內(nèi)外從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行潮流發(fā)電的研究，90年代中期出現(xiàn)研究熱潮。當(dāng)前研究潮流發(fā)電的國家有很多，以英國最先進(jìn)，我國也屬先進(jìn)行列。現(xiàn)在，國內(nèi)外潮流發(fā)電裝置的研究已進(jìn)入發(fā)電裝置示范試驗階段，就目前的情況來看，投入實用已經(jīng)指日可待。

波浪能

大海給予的雙刃劍

到過海邊的人都會對大海驚心動魄的波濤留下深刻的印象，大風(fēng)一起，滾滾巨浪就像不馴服的野馬，在海面上跳躍奔騰。海浪是許多海難的肇事者，但也是一種寶貴的能源。據(jù)科學(xué)家估算，全世界海洋的波浪能總儲量約30億千瓦，技術(shù)上可利用的儲量約為10億千瓦。

波浪能利用的形式很多，上下運動、搖擺、壓力等都可利用，其中比較簡單常用的一種是利用垂直運動的倒打氣筒式。

利用波浪的上下垂直運動，推動裝在漂浮裝置中的活塞，好像一個倒過來的打氣筒，活塞與裝置的相對運動產(chǎn)生的壓縮空氣推動渦輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。這種最簡單的發(fā)電裝置早已在為航標(biāo)和燈塔供電。

當(dāng)前研究波浪發(fā)電的國家很多，以英國最先進(jìn)，我國也進(jìn)入先進(jìn)行列。不過現(xiàn)在國內(nèi)外對波浪發(fā)電裝置的研究，還處于發(fā)電裝置示范試驗階段，達(dá)到商業(yè)化實用尚需時日。

海水鹽差能

太咸也不是缺點

據(jù)測量，各大洋海水的平均含鹽濃度為35‰（稱海水鹽度35）。這樣在江河的入海口區(qū)，在河水與海水交匯的地方，河水與海水之間便存在著含鹽濃度的不同，也就是含鹽濃度差。由含鹽濃度差而儲存的能量，便是海洋鹽差能，也叫濃度差能。據(jù)科學(xué)家估算，全世界海洋的鹽差能總儲量約300億千瓦，技術(shù)上可利用的儲量約為30億千瓦，其能量密度超過其他形式的海洋能。

鹽差能的表現(xiàn)形式很多，當(dāng)前最受關(guān)注的開發(fā)利用方法是滲透壓法。當(dāng)我們在一個水池中間隔一片半透膜（只允許溶劑通過），兩側(cè)分別加入同量海水和淡水，開始兩側(cè)的水位相同。過一段時間我們會發(fā)現(xiàn)：因為淡水通過半透膜漸漸向海水一側(cè)滲透，淡水一側(cè)的水位會漸漸下降，海水一側(cè)水位會漸漸升高。當(dāng)鹽度為35的海水與淡水分別放入水池兩側(cè)時，通過半透膜形成的滲透壓，可產(chǎn)生248米水位差，相當(dāng)24個大氣壓。

我們可以利用這個水位差——勢能推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。只要繼續(xù)向海水一側(cè)加入高鹽濃度海水，使海水一側(cè)保持高含鹽濃度，淡水就會繼續(xù)向海水一側(cè)滲透，兩側(cè)就會繼續(xù)保持水位差，發(fā)電就會繼續(xù)進(jìn)行。但由于鹽差能對于技術(shù)的要求比較高，難度較大，費用很高，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為近期較難解決，所以目前在世界范圍內(nèi)對鹽差能的研究也較少。據(jù)國外報道，近幾年，挪威、美國和荷蘭等開展了鹽差能發(fā)電的研究。

海水溫差能

海水間的熱量傳遞

在世界大洋赤道兩側(cè)的熱帶海域，表層和深層海水的溫度差為20～24攝氏度，儲藏著巨大的溫差能資源。據(jù)科學(xué)家估算，全世界海洋的溫差能總儲量約400億千瓦，技術(shù)上可利用的儲量約為20億千瓦。

海水的這種溫差可以幫助人們發(fā)電，其基本原理是：利用能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的工作介質(zhì)吸收海洋中的熱能產(chǎn)生蒸汽，推動渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。

經(jīng)過100年的研究，美國科學(xué)家終于在1979年在夏威夷島海域建成了一個溫差電發(fā)電試驗電站，這是世界上第一次從海洋溫差能獲得有實用意義電能的溫差電站。在此之前，科學(xué)家在試驗研究中，獲得的電力還少于為抽取深層冷水和表層溫水付出的電力。

海流能

海水的遷徙運動

在世界大洋中，有一股大規(guī)模的海水流動，所形成的“海中之河”叫海流。

海流是由海面上風(fēng)的作用，或海水溫度、鹽度不同產(chǎn)生的密度分布不均而引起的。海流沿著各自不同的路線不停地流動，方向和流速相對穩(wěn)定。它們的長短不一，或數(shù)百千米，或數(shù)千乃至上萬千米，其寬度、厚度也不同。海流的流速一般是0.5～1.0米/秒，高的可達(dá)2.0米/秒。據(jù)科學(xué)家估算，全世界海洋的海洋能總儲量約6億千瓦，技術(shù)上可利用的儲量約為3億千瓦。因為海流能和潮流能都是流速動能，所以海流發(fā)電與潮流發(fā)電的原理基本相同。但由于一般海流都在距離大陸較遠(yuǎn)的大洋中，開發(fā)利用難度較大，研究的國家較少。