海洋能發電綜述

馬冬娜

摘 要：該文介紹了不同形式海洋能發電，其中包括波浪能、溫差能、海流能、鹽差能和潮汐能等海洋能發電的應用方式、工作原理、發電關鍵技術等。通過對上述各種海洋能發電的國內、外發展現狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發電存在的關鍵技術問題和經濟可行性問題，在此基礎上對海洋能發電進行了展望，認為海洋能發電屬于清潔能源發電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，海洋能發電具有很好的發展前景，但由于技術上和經濟上存在的問題，近期大規模開展潮汐發電等海洋能開發建設的可能性不大。

關鍵詞： 海洋能 潮汐能 波浪能 發電

中圖分類號：TM619 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0246-02

隨著化石能源的逐漸枯竭，可再生能源逐步引起了人們的重視。潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等是蘊藏于海水中的主要的可再生能源。全球有相當巨大的海洋能儲量，據估算，約有27億 kw潮汐能、25億 kw波浪能、20億 kw溫差能、50億 kw海流能、26億 kw鹽差能。我國海洋能源十分豐富，據估算，潮汐能資源約為1.9億 kw；波浪能的開發潛力約1.3億 kw，沿岸波浪能0.7億 kw； 海流能0.5億 kw；海洋溫差能和鹽差能分別有1.5億 kw和1.1億 kw。

海洋能發電是將海洋能轉化成電能，主要有潮汐能發電、波浪能發電、溫差能發電、海流能發電、鹽差能發電等這幾種。巨大的海洋能資源，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，具有很好的開發前景。

1 海洋能發電種類

1.1 潮汐發電

利用潮汐能可以進行潮汐發電，即通過河口、海灣等特殊地形，建立水壩，圍成水庫，同時在壩旁或壩中建水力發電廠房，利用潮汐漲落時海水流過水輪機時推動水輪發電機組發電。

按運行方式將潮汐電站分為三種，即單庫單向型、單庫雙向型和雙庫單向型。單庫單向型只用一個水庫，僅在漲潮（或落潮）時發電。單庫雙向型只用一個水庫，但漲潮與落潮時均可發電，平潮時不發電。雙庫單向型用二個相鄰的水庫，一個水庫在漲潮時進水，另一個水庫在落潮時放水，可以全天發電。潮汐發電需要具備資源條件。其關鍵技術包括電站的運行控制、設計制造水輪機組、電站設備在海水中的防腐、電站與海洋環境的相互作用等。我國對潮汐能的利用比較早，自1958年以來，就陸續在廣東順德東灣、山東乳山和上海崇明等地建立了幾十座潮汐能發電站，潮汐電站數量在世界上是最多的，目前仍在正常運行發電的仍有7座，年發電量僅次于法國、加拿大，居世界第三位。現有的潮汐電站水電工程建筑物的施工還比較落后，水輪發電機組尚未定型標準化，潮汐電站比較復雜，潮汐大壩會對環境造成影響，這些都是潮汐能開發中存在的問題。

1.2 波浪能發電

波浪具有的動能和勢能即為波浪能，通過發電裝置將波浪能轉換成電能即為波浪能發電。波浪發電包括三級能量轉換。機構直接與波浪相互作用的一級能量轉換，把波浪能轉換成水的位能、裝置的動能、或者是中間介質如空氣的動能與亞能等；將一級轉換所得能量轉換成旋轉機械的動能是二級能量轉換，例如液壓馬達、空氣透平等；將旋轉機械的動能通過發電機轉換成電能的是三級能量轉換。波浪能利用中的關鍵技術有波浪的聚集與相位控制技術、波能裝置建造與施工中的海洋工程技術、往復流動中的透平研究、波能裝置的波浪載荷及在海洋環境中的生存技術、不規則波浪中的波能裝置的設計與運行優化等。

繼潮汐發電后，發展最快的一種海洋能源就是波浪能發電。當前，有中國、英國、日本、愛爾蘭、等國家在海上研建了波浪能發電裝置。如英國于2000年11月在Islay島建成一座500kW岸式波浪發電站（振蕩水柱空氣透平發電機組），解決了當地400戶居民的用電，還與蘇格蘭公共電力供應商簽訂了15年的供電合同。因涉及的中間環節多，波浪能轉換成電能效率低，電力輸出波動性大。由于波浪能的不穩定性，如何積累、存儲波浪能使其成為有用的能源，如何提高設備的抗惡劣環境的能力等問題，都對波浪發電的進一步發展有所制約，導致系統研究開發波能發電速度緩慢。

1.3 溫差能發電

溫差能發電利用海洋表層和深層的溫差，對中間介質進行沸騰冷卻，驅動氣輪機運轉，帶動發電機發電，主要有兩種：開式循環和閉式循環。其中，開式循環系統主要由真空泵、冷水泵、溫水泵、汽輪機、閃蒸器、發電機組、冷凝器等組成。系統由真空泵抽至一定的真空狀態，再起動溫水泵將表面的溫水抽入閃蒸器，因存在一定的真空度，閃蒸器內的溫海水沸騰蒸發成蒸汽。汽輪機通過流經管道的蒸汽開始運轉，從而帶動發電機發電。利用溫差能最大的缺憾就是溫差太小，能量密度不高。強化傳熱傳質技術是溫差能轉換的關鍵。

我國科學院廣州能源研究所1985年開始研究溫差利用中的一種“霧滴提升循環”方法。該所于1989年在實驗室實現了將霧滴提升到21 m高度的記錄，同時還在實驗室研究了開式循環過程，建造了兩座試驗臺，容量分別為10 Wt和60 W。總體而言，溫差能的開發利用還在試驗階段，技術上還有很長的路要走。

1.4 海流能發電

海流能發電是利用海流流動推動水輪機發電，和風力發電有類似的原理。因海水有相當于1000倍空氣的密度，且裝置必須放在水下，所以海流發電存在安裝維護、防腐、海洋環境中的載荷與安全性能、電力輸送等一系列的關鍵技術問題。

1982年，我國開始海流能發電研究；1984年，哈爾濱工程大學研制成60 W水輪機；1989年，研制成1 kW河流能發電裝置，并在水庫里進行了兩個月的發電試驗；2000年，我國建成70 kW潮流實驗電站，并在舟山群島的岱山港水道進行海上發電試驗，是世界上第一個漂浮式潮流能試驗電站。從研究水平看，我國研建70kW潮流能實驗電站居世界領先地位，不過還存在一系列的技術問題。

1.5 鹽差能發電

把不一樣鹽濃度海水間的化學電位差能轉換成水的勢能，再利用水輪機發電就叫鹽差能發電。滲透壓式、蒸汽壓式、機械化學式是該發電的主要方式。在不同鹽度的兩種海水間放一層半透膜，通過膜會形成壓力梯度，鹽度低的一側的水會通過膜向鹽度高的一側流動，一直到兩側鹽度相同。通過海水泵將海水沖入水壓塔，利用滲透壓，淡水從半透膜滲透到水壓塔內，使塔內水位增高，達到一定高度后，水從塔頂溢出并沖擊水輪機旋轉，帶動發電機發電。膜技術和膜與海水介面間的流體交換技術是鹽差能發電的關鍵技術。我國西安冶金建筑學院于1985年對水壓塔系統進行了試驗研究。

2 結語

該文對海洋能發電的工作原理、應用方式、發電關鍵技術等內容進行了介紹，分析了目前各種海洋能發電存在的關鍵技術問題和經濟可行性問題，在此基礎上對海洋能發電進行了展望，認為海洋能發電屬于清潔能源發電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來，海洋能發電具有很好的發展前景，但由于技術上和經濟上存在的問題，近期大規模開展潮汐發電等海洋能開發建設的可能性不大。

參考文獻

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