海洋能多种发电技术PPT课件

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1、海洋的巨大威力 巨大的海浪可把 13吨重的整块巨石抛到 20米高处，能把 1.7万吨的大船推上海岸。 1968年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪折为两段（想想这是怎么原因？详见教材引例故事）,如果海洋中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许再也不必为能源问题担忧了。,5 海洋能多种发电技术,关注的问题 浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？ 海洋中的各种能量都是怎样形成的？ 大洋中的海流又能否利用？ 不同深处的海水温差如何转变为电能？ 咸海水中的盐分和发电有什么联系？ 海洋能发电的设备有什么特点？ 海洋能发电的发展状况如何？ 教学目标 了解海洋能资源的形成原因和表现特征， 了解海洋能发电的各种

2、方式和相关思路， 理解海洋能发电的特点和意义。,1、什么是海洋：地球上广大而连续的咸水水体的总称，是相互连通的。 2、海和洋的区别：远离陆地的水体部分为洋，靠近大陆的水体部分为海。洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的边缘部分。,5.1 海洋的概念,3、海洋的水底地形像个大水盆,海底地形可以分为明显的五个部分：大陆架：在靠近大陆的浅海部分，其深度一般不超过200米；大陆架外缘有一巨大的陡坡，叫做大陆坡，水深从几百米陡增到几千米，大陆坡以外是大洋底部。其中深陷的部分，我们称为海沟；隆起延伸很长的部分，称为海岭，分布面积广大的平坦部分，则为洋盆。,4、地球表面的总面积约 5.1 亿平

3、方公里，其中海洋的面积占71%，汇集了地球97%的水量。 趣闻：假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？,全球水量是陆地体积的14倍，如果地球是平整的，将会被2400米深海水覆盖,5、海洋能源（简称海洋能） （ 1）定义：海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。 （2）形式：潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等五种 除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。 （3）分类：海洋能源又可分三类 机械能：潮汐能、波浪能、海流能 热能：海水温差能 化学能：海水盐差能,海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田”。

4、据估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦。 其中温差能为400 亿千瓦，盐差能为300 亿千瓦，潮汐能为 30 亿千瓦，波浪能为 30 亿千瓦，海流能为 6 亿千瓦。,不是全能利用。估计技术上允许利用的约64 亿千瓦， 其中，温差能20 亿千瓦，盐差能30 亿千瓦，潮汐能1 亿千瓦，波浪能10 亿千瓦，海流能3 亿千瓦。, 5.2 海洋能资源,1、 世界海洋能资源,2、 我国海洋能资源：资源丰富，东海沿岸，潮汐能、潮流能、波浪能、温差能、盐差能,3、海洋能的特点,海洋能的特点，主要体现在以下几个方面： （1）蕴藏量丰富，可循环再生。 （2）能流分布不均，能量密度低。 （3）稳定性较好或者变化有

5、规律。 （4）清洁无污染。,1、 波浪的成因和类型,（1）波浪的能量来自于风和海面的相互作用，风能变成波浪的势能与动能。 （2）能量大小取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。,小知识：巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆！,5.3 波浪发电,（3）波（海）浪的类型 风浪： 在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。（无风不起浪） 涌浪： 由于风浪传播开去，出现在很远的海面，在无风海域的波浪。（无风三尺浪） 近岸浪： 外海的波浪传到海岸附近的波浪。,2、 波浪能资源的特点和分布,波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。 波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种因素有关。 波浪能是各种海

6、洋能源中能量最不稳定的一种。,（1）特点,（2）全球波浪能资源,（3）我国波浪能资源,我国波浪能的理论存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为每米2千瓦7千瓦。在能流密度高的地方，每1米海岸线外波浪的能流就足以为20个家庭提供照明。,小功率的波浪能发电，已在导航浮标、灯塔等获得推广应用,这一技术兴起于上世纪80年代初,3、波浪能的优点,在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点： 1）以机械能形式存在，在各种海洋能中品质最高； 2）在海洋能中能流密度最大； 3）在海洋中分布最广。 4）可通过较小的装置实现其利用； 5）可提供可观的廉价能量。,4、 波浪发电装置的基本构成,波浪

7、上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动,波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换： （1）波浪能采集系统：“捕获波浪的能量； （2）机械能转换系统：把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能； （3）发电系统：与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。,1、原理：波浪发电是通过转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终转换成电能。,2、构成：,3、 典型的波浪能发电装置,（1） 振荡水柱式（OWC）,水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负,小知识：Wells涡轮机（详见教材）,（2）点头鸭式

8、（Duck）,鸭子的“胸脯”对着海浪传播的方向，随着海浪的波动，像不倒翁一样不停地摆动。 摇摆机构带动内部的凸轮/铰链机构，改变工作液体的压力，从而带动工作泵，推动发电机发电。,可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到90%以上。 浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子” 。,（4）摆式,1983 年建造了一座推摆式波浪能电站。通过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。,日本波浪能电站中效率较高,（3）海蛇式,由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。,（5）收缩坡道式 在电站入口处设置喇

9、叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。,4、 波浪能发电代表性项目,（1）英国75kW 和500kW 的LIMPET 岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型（OWC）波浪能装置。,1991年在苏格兰爱雷岛上建成75kW项目。 2000年又在同一岛屿上建成一座500 kW的项目，是目前世界上最成功的海浪发电装置。,（2）英国750kW 的海蛇 “海蛇” 由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆柱形钢壳结构单元铰接而成。,第一个“海蛇”波能装置2002年3月完

10、成。 承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪发电项目，每条“海蛇”的装机容量为750 kW。,（3）中国大万山岛3kW 和20kW 岸基OWC,1989 年，中科院广州能源研究所，在珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪能试验电站。 这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。 在该电站原有基础上，1996 年完成20 千瓦电站的建造。,（4）中国广东汕尾100kW 岸基OWC 2001 年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。,这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高

11、，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。,5、 波浪发电的发展,1799 年，世界上第一个关于波浪能发电的专利。 20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。 1964 年，世界上第一个海浪发电装置航标灯。 1970s末，日本、美、英等国合作研制了“海明”号发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。,中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。 1989年，中国第一座波浪电站建成并试发电成功。1996年改建为20千瓦。 1999年，100千瓦摆式波浪能电站试运行成功。 2000年，100千瓦岸式振荡水柱式电站建

12、成发电。 目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。,6、 波浪发电的发展, 5.4 海流发电,（1）海流：主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流)。 （2）海流能：流动海水的动能。流速的平方和流量成正比。 相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。 洋流方向基本不变，流速也比较稳定；潮流会周期性地改变大小和方向。,1、 海流和海流能,2、海流的能量 一般说来，最大流速在2m/s 以上的水道，海流能才有实际开发价值。 潮流的流速一般25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如杭州湾海潮。 洋流的动能非常大，如佛罗里达洋

13、流和墨西哥洋流。,3、海流发电的优点 不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积； 也不像海浪发电那样，电力输出不稳。 目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮汐发电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。,4、 海流发电的原理,（1）轮叶式海流发电 原理和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。 轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，如图所示。,英国公司制造的两个轮叶式海流发电机,佛罗里达大西洋大学海底发电机, 5.5 温差发电,（1）海水的温差：太阳辐射不同，海水温度是有差异。,1、 海水的温差和温差能,（2）海

14、水温差能 由海洋表层海水和深层海水之间水温差形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。,海水温度大体保持稳定，范围一般在-230。,水平分布：随着纬度增加而降低 垂直分布：随着深度增加而降低,（3）全球海洋温差能分布 据有关研究资料，位于北纬45至南纬40的约100 个国家和地区都可以进行海洋温差发电。,（4）中国海水温差能分布 我国南海中有300 多万km2海区，上下温度差为20左右，是海水温差发电的好地方。,2、温差发电的原理,海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的温度差来发电。大多是指基于海洋热能转换（OTEC）的热动力发电技术。 工作方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环三

15、种。 根据温差效应利用海水温差直接发电的处于设想阶段，尚未事实。,3、 开式循环系统,（1）工作原理 先用真空泵将循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。 系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。 蒸汽通过汽轮机后，被冷水泵抽上来的深海冷水冷却，凝结成淡化水后排出。 冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。 作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为开式循环。,（2）开式循环的优点 在发电的同时，还可以获得很多有用的副产品。 温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水，可用来提炼化工产品； 可以得到大量淡水。,（3）开式循环的不足 低温低压下海水的

16、蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压下运转，机组必须造得十分庞大。 开式循环的热效率很低，为减少损耗，不得不把各种装置和管道设计得很大。 需要耗用巨量的温海水和冷海水，耗能严重，发电量的1/41/3 消耗于系统本身。 在海洋深处提取大量的冷海水，存在许多技术困难。,4、 闭式循环系统,（1）闭式循环系统用低沸点液体（如液态氨）作为工作介质，所产生的蒸气作为工作流体。 氨水的沸点33，明显低于水，更容易沸腾。,（2）闭式循环系统的特点 缺点：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵。 优点：蒸汽压力提高数倍，发电装置体积变小，而发电量可达到工业规模。 闭式循环系统一提出，就得到广泛的赞同和重视，成为目前海水温差发电的主要形式。,混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新鲜淡水，又可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。,5、 混合循环系统,据塞贝克效应，若将两个不同的导体/半导体电极分别置于海洋表层温海水和深层冷海水中，电极间即可产生电压。 这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在设想阶段。,6、 直接温差发电,5.5.3 温差发电的发