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1、网络教育学院 源发电课程设计题 目海洋能的利用学习中心：层 次：专升本专 业：电气工程及其自动化年 级： 2011年 秋季学 号: 学 生：R.KING辅导教师：完成日期：2013年8月 23日序言能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石 油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可 再 生能源的开发利用，特别是对海洋能的开发利用，已受到世界各国的高度 重视。海洋，被生物学家断言为生命的发源地，又被海洋学家称之为世界“第六大 洲”， 海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋的波浪、潮汐、海流等动能和海洋 温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字，这些海洋
2、能源是取之不尽，用之 不竭的可生能源。第一章 海洋能的利用现状海洋能是指依附在海水中的能源。海洋通过各种物理过程或化学过程接 收、存储和散发能量, 这些能量以波浪、海流、潮汐、温差等形式存在于海洋 之中。海洋面积占地球总面积的 71%, 到达地球的各种来自宇宙的能量, 大部 分落在海洋上空和海水中,部分转化为各种形式的海洋能。海洋能的大部分来自 于太阳的辐射和月球的引力。例如: 太阳辐射到地球表面的太阳能大部分被海 水吸收, 使海洋表层水温升高, 形成深部海水与表层海水之间的温差, 因而形 成由高温到低温的温差能； 太阳能的不均匀分布导致地球上空气流运动, 进而 在海面产生波浪运动, 形成波浪
3、能； 由地球之外其他星球（ 主要由月球）的引 力导致的海面升高形成位能, 称为潮汐能； 由上述引力导致的海水流动（ 其特 征是在一日内发生的、有规则的双向流动） 的动能称为潮流能； 非潮流的海流 （ 其特征是一日内不发生双向的流动 ） 的成因有受风驱动或海水自身密度差驱 动等, 归根结蒂是由太阳能造成的, 其动能称为海流能。海洋能是清洁的可再 生能源, 开发和利用海洋能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意 义, 许多国家特别是海洋能资源丰富的国家, 大力鼓励海洋能发电技术的发 展。由于海洋能发电系统的运行环境恶劣, 发展相对滞后, 随着相关技术的发 展, 以及各国科技工作者的努力, 近年来
4、, 海洋能发电技术取得了长足的进 步, 陆续有试验电站进入商业化运行。可以预见, 不远的将来, 随着海洋能发 电技术日益成熟, 将会有越来越多的海洋能发电系统接入电网运行。由于海洋 蕴涵量巨大, 海洋能必将成为能源供给的重要组成部分。第二章 我国海洋能的分布及特点2.1 潮汐能球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨 落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能， 是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有 很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落 潮的过程中，海
5、水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能。据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿kW,若能把它充分 利用起来，其每年的发电量可达33 480万亿kWh。无怪乎人们把巨大的潮汐 能誉为“蓝色的煤海”！潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力发电的原理相似。通过贮 水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时 放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电潮汐能利用的主要方式是发电。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水 库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的 落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐电站的功率
6、和落差及水的流量 成正比。但由于潮汐电站在发电时贮水库的水位和海洋的水位都是变化的（海 水由贮水库流出，水位下降，同时，海洋水位也因潮汐的作用而变化）。因此， 潮汐电站是在变功况下工作的，水轮发电机组和电站系统的设计要考虑变功况， 低水头、大流量以及防海水腐蚀等因素，远比常规的水电站复杂，效率也低于 常规水电站。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向 型、单库双向型和双库单向型三种。根据我国潮汐能资源调查统计，对可开发装机容量大于500kW的坝址和可 开发装机容量200-1000kW的坝址共有424处港湾、河口，可开发装机容量200kW 以上的潮汐资源，总装机容量为2179万
7、kW，年发电量约624亿kWh。这些资源 在沿海的分布是不均匀的，以福建和浙江为最多，站址分别为88处和73处， 装机容量分别是1033万kW和891万kW,两省合计装机容量占全国总量的88.3。 其次是长江口北支（属上海和江苏）和辽宁、广东装机容量分别为70.4万kW 和59.4万kW和57.3万kW,其它省区则较少，江苏沿海（长江口除外）最少, 装机容量仅0.11万kW。浙江、福建和长江口北支的潮汐能资源年发量为573.7亿kWH,如能将其 全部开发，相当每年为这一地区提供 2000多万吨标准煤。在我国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差 4-5 米，最 大潮差7-8 米，且自
8、然环境条件优越的站址。其中已做过大量调查勘测，规划 设计和可行性研究工作，具有近期开发价值和条件的中型潮汐电站站址，有福 建的大官坂（1.4万kW, 0.45亿kWh）、八尺门（3.3万kW, 1.8亿kWh）和浙 江的健跳港（1.5万kW, 0.48万kWh）、黄墩港（5.9万kW, 1.8亿kWh）已做 过规划设计,有较好的工作基础,还需要进行前期综合研究论证的大型潮汐电 站站址的有长江口北支（70.4万kW，22.8亿kWh）、杭州湾（316万kW，87亿 kWh）和乐清湾（55万kW、23.4亿kWh）等。优点：潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的,不占用耕地,也不像河川 水电站或
9、火电站那样要淹没或占用大量的良田；它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响,也不像火电站那样污 染环境,是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站；潮汐电站的堤坝较低,建造容易。其投资也相对较少。2.2 波浪能浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、 波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定 的一种能源波浪发电是波浪能利用的主要方式,此外,波浪能还可以用于抽水、供热、 海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多,有关波能装置的发明专利 超过千项,获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。利用物体在波浪作用下的振荡
10、和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波 浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单,就是利 用波浪上下起伏的力量,通过压缩空气,推动汲筒中的活塞往复运动而做功根据调查和利用波浪观测资料计算统计,我国沿岸波浪能资源理论平均功 率为1285.22万kW,这些资源在沿岸的分布很不均匀。以台湾省沿岸为最多， 为429万kW,占全国总量的三分之一。其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也 较多，在160-205万kW之间，约为706万kW,约占全国总量的55,其它省市 沿岸则很少，仅在143-56万kW之间。广西沿岸最少，仅8.1万kW。全国沿岸波浪能源密度
11、（波浪在单位时间通过单位波峰的能量。单位 kW/W） 分布，以浙江中部、台湾、福建省海坛岛以北，渤海海峡为最高，达 5.11-7.73kW/M这些海区平均波高大于1米，周期多大于5秒，是我国沿岸波 浪能能流密度较高，资源蕴藏量最丰富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南 部，福建南部和山东半岛南岸等能源密度也较高，资源也较丰富，其它地区波 浪能能流密度较低，资源蕴藏也较少。根据波浪能能流密度及其变化和开发利用的自然环境条件，首选浙江、福 建沿岸应用为重点开发利用地区，其次是广东东部、长江口和山东半岛南岸中 段。也可以选择条件较好的地区，如嵊山岛、南麂岛、大戢山、云澳、表角、 遮浪等处，这些地区具有
12、能量密度高、季节变化小、平均潮差小、近岸水较深 均为基岩海岸；具有岸滩较窄，坡度较大等优越条件，是波浪能源开发利用的 理想地点，应做为优先开发的地区。2.3 温差能温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。 海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。 另一方面，接近冰点的海水大面积地在不到 1 000 m 的深度从极地缓慢地流向 赤道。这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成20C以上的垂直海水温差。 利用这一温差可以实现热力循环并发电。温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层 冷水中转移，从而做功发电。除了发电之外，海洋温差能利用装置还可
13、以同时 获得淡水、深层海水、进行空调并可以与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。 因此，基于温差能装置,可以建立海上独立生存空间并作为海上发电厂、海水淡 化厂或海洋采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。总之，温差能的开发应以 综合利用为主。我国南海海域辽阔，水深大于 800 米的海域约140-150 万平方公里，位于 北回归线以南，太阳辐强烈，是典型的热带海洋。表层水温均在25C以上。 500-800米以下的深层水温在5C以下，表深层水温度在20C-24C，蕴藏着丰 富的温差能资源，据初步计算，南海温差能资源理论蕴藏量约为1.19-1.33X 1019千焦耳，技术上可开发利用的能量（热效率取7）约为
14、8.33-9.31X1017 千焦耳，实际可供利用的资源潜力（工作时间取50，利用资源10）装机容量达 13.21-14.76 亿 kW。我国台湾岛以东海域表层水温全年在24C-28C, 500-800米以下的深层水 温5C以下，全年水温差20C-24C,据台湾电力专家估计，该区域温差能资源 蕴藏量约为2.16X1014千焦耳。 我国温差能资源蕴藏量大，在各类海洋能 资源中占居首位，这些资源主要分布在南海和台湾以东海域，尤其是南海中部 的西沙群岛海域和台湾以东海区，具有日照强烈，温差大且稳定，全年可开发 利用，冷水层与岸距离小，近岸海底地形陡峻等优点，开发利用条件良好，可 作为我国温差能资源开
15、发的先期开发区。2.4 盐差能 盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差 能。主要存在于河海交接处。 同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利 用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学 电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体主要有渗透压式、蒸汽压 式和机协化学式等，其中渗透压式方案最受重视，将一层半透膜放在不同盐度 的两种海水之间，通过这个膜会产生一个压力梯度，迫使水从盐度低的一侧通 过膜向盐度高的一侧渗透，从而稀释高盐度的水，直到膜两侧水的盐度相等为 止。此压力称为渗透压，它与海
16、水的盐浓度及温度有关。目前提出的渗透压式 盐差能转换方法主要有水压塔渗压系统和强力渗压系统两种。我国海域辽阔，海岸线漫长，入海的江河众多，入海的径流量巨大，在沿 岸各江河入海口附近蕴藏着丰富的盐差能资源。据统计我国沿岸全部江河多年 平均入海径流量约为1.7-1.8X1012立方米，各主要江河的年入海径流量约为 1.5-1.6X1012立方米，据计算，我国沿岸盐差能资源蕴藏量约为3.9X1015 千焦耳，理论功率约为 1.25X108kW。我国盐差能资源有以下特点：1地理分布不均。长江口及其以南的大江河口沿岸的资源量占全国总量的 92.5，理论总功率达1.156X108kW，其中东海沿海占69，理论功率为0.86X 108kW;2
