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1、海洋能发电系统综述报告摘要：本文通过对海洋能的几种存在形式和能量利用原理做了简单的描述，并简要介绍 能量利用过程中的优缺点以及商业化开发的发展现状。且针对海洋能波动大，不稳定的特点， 对能量转化和传输的过程进行了分析，描述了从海洋能发电到电能消耗的整个过程。关键字：海洋能，发展现状，能量转化与传输1 海洋能的利用形式以及发展状况1.1 概述 由于能源短缺和环境污染等问题日益加重，开发清洁高效的能源成为了人类的一项重要 任务。而海洋能作为一种清洁的可再生能源，具有巨大的开发价值。而其能量主要包括潮汐 能，波浪能，温差能，盐差能等。11.2 潮汐能 潮汐能的发电原理和水力发电类似，都是利用水位能驱
2、动水轮机进行发电。而潮汐能发电技术也相对成熟，主要有以下三种形式：2（1）单池发电，即涨潮蓄水，落潮发电；（2）单池双向发电，即通过泵水，使落潮和涨潮都发电；（3）双池双向发电，涨潮时上池蓄水，落潮时下池放水，由此形成恒定的水位差，但双池双向发电投资较高，但建造工程复杂，所以经济性较差。而单池双向发电的经济 性相对更好，因此实际应用较多。从技术上而言，目前所应用的主要是筑坝式发电。即建造跨海大坝，在大坝中安装门控 水闸和低水头水轮发电机。在单池双向发电系统中。不管是涨潮还是落潮时，都可以让水流 驱动水轮发电机转动发电。实现水位能和电能的转换。图 2 筑坝式发电原理图此外，目前尚有对潮汐能流发电
3、的研究，其主要原理是，当潮汐波浪通过狭长的水道时， 会产生很大的动能，在水下安装潮汐涡轮机，就可以实现对潮汐波浪动能的转化。其优点是， 既克服了筑坝式发电对生态系统的不利影响，又放宽了选址要求，还减少了耗材。但该项技 术尚处于研究阶段。21.3 波浪能 波浪能的主要原理是，利用物体或波浪的自身上下浮动，来将波浪能转变成机械能，然 后再通过电动机转换为电能，目前的波浪能发电技术主要包括：振荡水柱技术，筏式技术 摆式技术，振荡浮子技术等。1OWC 技术是利用空气作介质，通过波浪压缩空气，经过喷管驱动空气透平，带动发电 机的一种发电方式。由于发电设备不接触海水，安全可靠且方便维护，但转换效率相对较低
4、。 其示意图如下：3图 3 OWC 波浪能发电技术示意图I.*此外还有振荡浮子发电技术，它是通过波浪的升降，带动浮子上下运动，从而使浮子驱动发电机，浮力做功将波浪能转化为电能。其示意图如下：5图 4 振荡浮子发电装置示意图顶帑限制器r级扯 机定予宜钱我电 r机疋r1.4潮流能 潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。潮汐发电指利用海水的垂直升降引起的水位差进行发电。而所谓的潮流能发电，则是指直接 利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电。4由于潮流能发电和风力发电都是利用流体的动能发电，所以许多潮流能获取装置的结构 和风力机很类似。且大多数为旋转式水轮
5、机。1.5 海洋温差能 由于表层海水和深层海水的温差较大，可以使用表层温海水加热某些低沸点工质使之汽 化（或通过降压使海水汽化），以驱动汽轮机发电；同时利用深层冷海水将做功后的乏汽重 新变为液体，形成系统循环。工作方式主要分为开式循环，闭式循环和混合循环几种。闭式 循环示意图如下：6图 5 闭式循环示意图占地球表面积71%的海洋是地球上最大的太阳能存储装置，每天吸收的能量相当于2.45X1011桶原油的热量。而在多种海洋能资源中，海洋温差能资源存储量仅次于波浪能，位于第二。6另外海洋能还有随时间变化相对稳定的特性。因此有望提供提供大量稳定的热量。 但就目前来看，该领域技术条件仍然不成熟，且成本
6、较高。目前依旧处于试验阶段。1.6 海洋盐差能 海洋盐差能是指在江河入海口，由于淡水和海水盐度浓度不同所存在的一种物理化学能， 常以渗透压形式表现出来。渗透压能产生位能差。盐差能发电的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。主要有渗透压式，蒸汽压式 和反向电渗析等。 7渗透压法示意图如下：图 6 水压塔渗压系统3.5%海水与河水之间的化学电位差相当于240m高的水位落差，因此盐差能是海洋能中 能量密度最大的一种可再生能源。但由于基础投资大，技术也未足够成熟，目前尚未商业化 运营。2 电能转换和控制模块 以上讨论了海洋能的几种主要的利用形式，但如果要并网
7、运行，则涉及到电能变换和电 能传输设备。将幅值和频率不稳定的电能转化为可利用的稳定的电能。电能变换示意图：8逆变模块图7 发电机段电能变换结构图电能传输示意图：9电网和卜-哽电站耳上变电詁匸i专尺甜图 8 试验场交流输电系统虽然海洋能形式多样，但在将其电能收集利用的过程中，主要便是AC/DC和DC/DC的变换，如果要并网运行，如图7 所示，需要加上一个逆变电路。而要实现将不稳定的电能变 稳定，则需要如下结构的控制器：11图 9 控制器结构简图3.海洋能转换利用流程综上所述，对于海洋能的整个转换传输利用流程而言，整个系统的结构框图大致归纳如下：然近DC/DC直压传隋、尸网ntH.rt7图 10 海洋能利用系统框图朮位翻r、开甬储抑闭口也T / 温差能V-1相关装鬧/ *DC/ACAC/DCSSt4 总结与展望海洋能虽然储量丰富，但由于技术不足和投资较大等原因，再加上这些能量分散在广阔 的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用 电中心区的海域。因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。此外，发电不稳定 难以维护，转换效率低等难题也阻碍了海洋能的推广利用。但这些难题正在逐渐被克服，海 洋能发电的功率和稳定性正在不断提高。总的来说，海洋能的开发利用前景十分广阔。
