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1、第七讲第七讲 海洋能发电海洋能发电可再生能源发电技术可再生能源发电技术公共邮箱：，密码公共邮箱：，密码: 123456: 123456海洋能发电海洋能发电要要 点点u海洋能资源u波浪能u海流能u海水温差能u海水盐差能u潮汐能可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海洋的巨大威力海洋的巨大威力巨大的海浪可把巨大的海浪可把1313吨重的整块巨石抛到吨重的整块巨石抛到2020米高处，能把米高处，能把 1.71.7万吨的大船推上海岸。万吨的大船推上海岸。19681968年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪折为两段年，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
2、因？想想这是怎么原因？）u如果海洋中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也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。许再也不必为能源问题担忧了。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海和洋海和洋海和洋是有区别的，是不同的概念。海和洋是有区别的，是不同的概念。远离陆地的水体远离陆地的水体部分为部分为洋洋，靠近大陆的水体靠近大陆的水体部分为部分为海海。洋是海洋的洋是海洋的主体主体部分，占海洋总面积的部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的海是海洋的边缘边缘部分。部分。海洋海洋是地球上广大而连续的是地球上广大而连续的咸水水体咸水水体的总称，是相
3、互连通的。的总称，是相互连通的。海洋的水底地形，像个海洋的水底地形，像个大水盆大水盆。地球表面的总面积约地球表面的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占亿平方公里，其中海洋的面积占71%，汇集了地球，汇集了地球97%的水量。的水量。趣闻：趣闻：假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？海洋的概念海洋的概念可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海洋能源（简称海洋能）海洋能源（简称海洋能） 海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常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。指海洋中所
4、蕴藏的可再生的自然能源。以以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。等形式存在。u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，其他几种都来源于以外，其他几种都来源于太阳辐射。太阳辐射。u海洋能源又可分为海洋能源又可分为机械能、热能和化学能机械能、热能和化学能。想想上面五种想想上面五种形式的海洋能都是什么类型？形式的海洋能都是什么类型？u蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，这些海洋能源可以蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，这些海洋能源可以不断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的不断得到补充，都是取之
5、不尽、用之不竭的。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田蓝色油田”。据据联合国教科文组织联合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦亿千瓦。其中其中温差能温差能为为400 亿亿千瓦，千瓦，盐差能盐差能为为300 亿亿千瓦，千瓦，潮汐能潮汐能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能为为 6 亿亿千瓦。千瓦。世界海洋能资源世界海洋能资源u不是全能利用。估计不是全能利用。估计技术上允许利用的技术上允许利用的约约64 亿
6、千瓦亿千瓦，其中，其中，盐差能盐差能30 亿亿千瓦，千瓦，温差能温差能20 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能10 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能3 亿亿千瓦，潮汐能千瓦，潮汐能1 亿亿千瓦。千瓦。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电中国新能源与可再生能源中国新能源与可再生能源1999 白皮书白皮书公布的结果：公布的结果：u沿海沿海潮汐能潮汐能资源资源可开发总装机容量可开发总装机容量为为2179 万千瓦万千瓦，年发年发电电624 亿度亿度；u进入岸边的进入岸边的波浪能波浪能理论理论平均功率平均功率为为1285 万千瓦万千瓦；u潮流能潮流能理论平均功率理论平均功率1394 万千
7、瓦万千瓦；u温差能温差能理论蕴藏量约理论蕴藏量约 (1.21.3)1019 kJ，实际可用装机，实际可用装机(1.31.5)106 MW；u盐差能盐差能资源理论蕴藏量约为资源理论蕴藏量约为3.91015 kJ，理论功率为，理论功率为1.25105 MW。我国海洋能资源我国海洋能资源可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海洋能的特点海洋能的特点海洋能的特点，主要体现在以下几个方面：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。）蕴藏量丰富，可循环再生。（2）能流分布不均，能量密度低。）能流分布不均，能量密度低。（3）稳定性较好或者变化有规律。）稳定性
8、较好或者变化有规律。（4）清洁无污染。）清洁无污染。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪的成因和类型波浪的成因和类型波浪的能量来自于风和海面的相互作用波浪的能量来自于风和海面的相互作用传递的能量取决于传递的能量取决于风速风速、风与海水、风与海水作用时间作用时间及及作用路程作用路程。小知识：小知识：巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆？巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆？可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海浪的类型海浪的类型u风浪风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被
9、称为风浪。的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。 u风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为域的波浪称为涌浪涌浪。u外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质，外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪近岸浪。小知识：小知识：“无风不起浪无风不起浪”和和“无风三尺浪无风三尺浪”可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；u水面下的
10、波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动。椭圆运动。海浪的运动海浪的运动可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪能资源的分布和特点波浪能资源的分布和特点u波浪的波浪的前进前进，产生，产生动能动能，波浪的，波浪的起伏起伏产生产生势能势能。u波浪的能量与波浪的波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期高度、波浪的运动周期以及以及迎波面的迎波面的宽度宽度等多种因素有关。等多种因素有关。u因此，波浪能是各种海洋能源中能量因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定最不稳定的一种。的一种。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术
11、课件海洋能发电海洋能发电全球波浪能资源全球波浪能资源波浪能年平均功率密度的全球分布，如图所示：波浪能年平均功率密度的全球分布，如图所示：想想：想想：哪些地方的波浪能比较便于利用？哪些地方的波浪能比较便于利用？可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电我国波浪能资源我国波浪能资源u我国海岸线长，海域辽阔。我国海岸线长，海域辽阔。u90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。u据波浪能能流密度和开发利用的自然环境条件，据波浪能能流密度和开发利
12、用的自然环境条件，首选首选浙江、福建沿岸浙江、福建沿岸，应为，应为重点开发利用地区重点开发利用地区，其次其次广东东部、长江口和山东半岛南岸中段广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪能的优点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：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）以机械能形式存在，在各种海洋能中品位最高品位最高；2）在海洋能中）在海洋能中能流密度最大能流密度最大；3）在海洋中）在海洋中分布最广分布最广。4）可）可通过较小的装置实现通过较小的装置实现其利用；其
13、利用；5）可提供）可提供可观的廉价能量可观的廉价能量。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪发电装置的基本构成波浪发电装置的基本构成u波浪发电，一般是通过波浪发电，一般是通过波浪能转换装置波浪能转换装置，先把波浪能转换，先把波浪能转换为为机械能机械能，再最终转换成，再最终转换成电能。电能。u波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或波浪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：波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：1）波浪能采集波浪能采集系统，捕获波浪的能量；系统，
14、捕获波浪的能量；2）机械能转换机械能转换系统，把捕获的波浪能转换为某种特定形式系统，把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能；的机械能；3）发电发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮系统，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。机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪能的转换方式波浪能的转换方式波浪能的转换方式，大体上可分为四类：波浪能的转换方式，大体上可分为四类： 机械传统式机械传统式 空气涡轮式空气涡轮式 液压式液压式 蓄能水库式蓄能水库式（1）机械传动式）机械传动式可再生能源
15、发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）空气涡轮式）空气涡轮式这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。的问题。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）液压式）液压式u通过某种泵液装置将波浪能转换为通过某种泵液装置将波浪能转换为液体的压能或位能液体的压能或位能，再，再由油压马达或水轮机驱动发电机。由油压马达或水轮机驱动发电机。u这类装置这类装置结构复杂结构复杂，成本也较高成本也较高。u但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机
16、构能获得很高的压强，构能获得很高的压强，转换效率也明显高转换效率也明显高。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（4）蓄能水库式）蓄能水库式u也叫收缩斜坡聚焦波道式，也叫收缩斜坡聚焦波道式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，电，类似潮汐发电类似潮汐发电。u这类装置这类装置结构相对简单结构相对简单，而且由于有水库储能，可实现较，而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功最成功的方式之一。的方式之一。u但一般但一般效率不高效率不高，而且对，而且对地形
17、地形条件条件依赖性强依赖性强，应用受到局，应用受到局限。限。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电根据根据系留状态系留状态，波浪能转换装置可分为，波浪能转换装置可分为固定式固定式和和漂浮式漂浮式。波浪能装置的安装模式波浪能装置的安装模式u各种波浪能转换装置，往往都需要一个各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁主梁或或主轴主轴，即一，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。根据根据主梁与波浪运动方向的关系主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换装置可分为：，波浪能转换装置可分为：（1）终结型模式）终结型模式（2）减缓型模
18、式）减缓型模式（3）点吸收模式）点吸收模式可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电典型的波浪能发电装置典型的波浪能发电装置（1） 振荡水柱式（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，发电也时正时负如果来回变化，发电也时正时负小知识小知识：Wells涡轮机涡轮机可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）点头鸭式（）点头鸭式（Duck）u鸭子的鸭子的“胸脯胸脯”对着海对着海浪传播的方向，随着海浪传播的方向，随着海浪的波动，像不倒翁一浪的波动，像不倒翁一样
19、不停地摆动。样不停地摆动。u摇摆机构带动内部的凸摇摆机构带动内部的凸轮轮/铰链机构，改变工作铰链机构，改变工作液体的压力，从而带动液体的压力，从而带动工作泵，推动发电机发工作泵，推动发电机发电。电。 可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到90%以上。以上。浮动主梁骨架上，可并排放置多个浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子鸭子” 。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（4）海蛇式（）海蛇式（Pelamis）u由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。u当波浪起浮带动整
20、条装置时就会起动铰接点，其内部的液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。压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（5）摆式（）摆式（Pendulum）1983 年建造了一座推摆式波浪能电站。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。通过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。这是日本的波浪能电站中这是日本的波浪能电站中效率较高的一个。效率较高的一个。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（6）收缩坡道式）收缩坡道
21、式u在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，在电站入口处设置喇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，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。进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（7）其它海浪发电装置）其它海浪发电装置u其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，参观相关文其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，参观相关文献和资料献和资
22、料可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪能转换发电系统的主要构造波浪能转换发电系统的主要构造可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电代表性波浪能发电项目代表性波浪能发电项目（1）英国）英国75kW 和和500kW 的的LIMPETu岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型（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。波浪能装置。u1991年在苏格兰爱雷岛上建成年在苏格兰爱雷岛上建成75kW项目。项目。u2000年又在同一岛屿上建成一座年又在同一岛屿上建成一座500 kW的项目，是目前的项目，是目前世界上最成功的海浪发电装置。世
23、界上最成功的海浪发电装置。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）挪威）挪威350kW 的的TAPCHANu1986 年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容量为量为350kW 波浪能电站。波浪能电站。u特色：开口约特色：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。的楔形导槽。u电站从电站从1986年建成后，一直正常运行到年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输出年，年平均输出功率约为功率约为75kW，是比较成功的一座波浪电站。，是比较成功的一座波浪电站。可再生能源发电技术7海
24、洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）英国）英国750kW 的海蛇的海蛇“海蛇海蛇” 由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆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。柱形钢壳结构单元铰接而成。u第一个第一个“海蛇海蛇”波能装置波能装置2002年年3月完成。月完成。u承接建造了葡萄牙北部海岸承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇海蛇”波浪发电项目，波浪发电项目，每条每条“海蛇海蛇”的装机容量为的装机容量为750 kW。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（4）日本）日本“海明海明”号号u“海明海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心
25、牵头，号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。u研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，带有研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，带有13个个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。u“海明海明”号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效率令人失望，系统总效率不超过率令人失望，系统总效率不超过6.5%。u作为一个大型国际合作项目，作为一个大型国际合作项目，“海明海明”计划的贡献不仅在于计划的贡献不仅在
26、于获得了大量技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。获得了大量技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（5）日本）日本“巨鲸巨鲸”号号“巨鲸巨鲸”是日本海洋科学中心于是日本海洋科学中心于1990s初开始研建。初开始研建。u一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。安装了划。安装了1台台10 kW、2台台50 kW和和2台台30 kW的发电机组，的发电机组，于于1998年完成制造，投放于三重县外海。年完成制造，投放于三重县外海。 u1998年年9月开始持续两年的实海况试
27、验，装置的各部分工作月开始持续两年的实海况试验，装置的各部分工作正常，总发电效率最大可达正常，总发电效率最大可达12%。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（6）欧共体）欧共体2MW 的的OSPREYuOSPREY意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能和风能两用的近岸装置。能和风能两用的近岸装置。u1995年英国制造了年英国制造了OSPREY-1，总容量，总容量2MW，其中沉箱，其中沉箱式波能发电装置式波能发电装置500 kW，风能，风能1500 kW，造价，造价$350万，万，下水时装置受到损坏。下水时装置受到损坏。
28、u英国又开始研建英国又开始研建OSPREY 2000，装机容量仍为，装机容量仍为2MW。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（7）中国大万山岛）中国大万山岛3kW 和和20kW 岸基岸基OWC1989 年，中科院广州能源研究所，在年，中科院广州能源研究所，在珠海珠海市市大万山岛大万山岛，建，建成成中国第一座中国第一座波浪能试验电站。波浪能试验电站。这座这座3 千瓦千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。涡轮机。 在该电站原有基础上，在该电站原有基础上，1996 年完成年完成20 千瓦千瓦电站的建造。电站
29、的建造。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（8）中国广东汕尾）中国广东汕尾100kW 岸基岸基OWCu2001 年建成的年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与并网运行的岸式遮浪镇，是一座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。型波浪能电站。u这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、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，使我国的波能转换研保护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。究基本达到国际同时期的先进水平。 可再
30、生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电波浪发电的发展波浪发电的发展1799 年，年，世界上第一个世界上第一个关于波浪能发电的关于波浪能发电的专利专利。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。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。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。1964 年，年，世界上第一个海浪发电装置世界上第一个海浪发电装置航标灯。航标灯。1970s末末，日本、美、英日本、美、英等国合作研制了等国合作研制了“海明海明”号号发电船发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。还有远离海岸的电力传输
31、装置，并进行了海上试验。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电中国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。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，年，中国第一座波浪电站中国第一座波浪电站建成并试发电成功。建成并试发电成功。1996年改年改建为建为20千瓦。千瓦。1999年，年，100千瓦摆式波浪能电站千瓦摆式波浪能电站试运行成功。试运行成功。2000年，年，100千瓦千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。岸式振荡水柱式电站建成发电。目前至少已累计生产目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本多台在中国沿海使用，并出口到日本等国
32、家。等国家。波浪发电的发展波浪发电的发展可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u海流海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流洋流)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流潮流)。u海流能海流能是流动海水的是流动海水的动能动能，与，与流速的平方和流量成正比流速的平方和流量成正比。u相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。洋流方向基本不变洋流方向基本不变，流速也比较稳定；，流速也比较稳定；潮流潮流会会周期性地改变大小和方向。周期性地改变大小和方向。海流和海流
33、能海流和海流能可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u一般说来，最大流速在一般说来，最大流速在2m/s 以上以上的水道，海流能均有的水道，海流能均有实实际开发价值际开发价值。u潮流的流速一般潮流的流速一般25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如会很大。例如杭州湾海潮杭州湾海潮。u洋流的动能非常大，如洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流佛罗里达洋流和和墨西哥洋流墨西哥洋流。海流的能量海流的能量可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u海流能资源在全国沿岸的分布，在海流能资源在全国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福辽
34、宁、山东、浙江、福建和台湾建和台湾沿海的海流能较为丰富。沿海的海流能较为丰富。u根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素，因素，浙江舟山浙江舟山和和渤海海峡渤海海峡等海域条件良好。等海域条件良好。海流能的资源分布海流能的资源分布可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海流发电的发展状况海流发电的发展状况u进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试等。其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试验，相对
35、而言走在前列。验，相对而言走在前列。u加拿大加拿大在在 1980 年就提出用类似年就提出用类似垂直轴垂直轴风力机的风力机的水轮机水轮机来获来获取潮流能，还进行了取潮流能，还进行了5 kW的海流透平试验。的海流透平试验。u随后随后英国英国和和意大利意大利设想的设想的潮流发电机潮流发电机都采用类似的方案。都采用类似的方案。u1985 年年美国美国试验了试验了2 kW小型的海流涡轮机发电装置。小型的海流涡轮机发电装置。u日本日本1988 年安装在海底的年安装在海底的215kW海流机组，是比较成功的海流机组，是比较成功的海流发电项目。海流发电项目。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海
36、洋能发电中国是世界上潮流发电研究最早的国家。中国是世界上潮流发电研究最早的国家。u1978年，有农民企业家造了一个试验装置，得到了年，有农民企业家造了一个试验装置，得到了6.3kW的电力输出。的电力输出。 u哈工大经过哈工大经过多次样机试验多次样机试验， 2000 年年建成建成70kW 实验电站。实验电站。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海流发电有许多优点海流发电有许多优点u不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；u也不像海浪发电那样，电力输出不稳。也不像海浪发电那样，电力输出不稳。u目前海流发电虽然还处在小
37、型试验阶段，它的发展还不及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。靠、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海流发电的原理海流发电的原理（1）轮叶式海流发电）轮叶式海流发电原理原理和风力发电类似和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。，利用海流推动轮叶，带动发电机。轮叶的转轴有与海流轮叶的转轴有与海流平行平行的，也有与海流的，也有与海流垂直垂直的，如图所示。的，
38、如图所示。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）降落伞式海流发电）降落伞式海流发电u多个多个“降落伞降落伞”串联在环形的铰链绳上。串联在环形的铰链绳上。u当海流的力量会迫使当海流的力量会迫使“降落伞降落伞”张开或收拢。张开或收拢。u铰链绳在撑开的铰链绳在撑开的“降落伞降落伞”带动下转动，带动安装在船上带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。的铰盘转动，从而驱动发电机发电。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）磁流式海流发电）磁流式海流发电u带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。带电粒子高速地垂直流过强磁场
39、时，可以直接产生电流。u磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能的利用效率很高。能的利用效率很高。u目前这种海流发电方式还处在原理性研究阶段。目前这种海流发电方式还处在原理性研究阶段。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海水的温差海水的温差u太阳辐射的情况不同，太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差异的。海水的温度是有差异的。水平分布水平分布，一般，一般随着纬度增加而降低随着纬度增加而降低。垂直分布垂直分布，都是，都是随着深度增加而降低随着深度增加而降低。u海水温度大体保持稳定，温度变动范围一般在海水温度大体
40、保持稳定，温度变动范围一般在-23。海水的温差和温差能海水的温差和温差能海水温差能海水温差能u由海洋由海洋表层海水和深层海水表层海水和深层海水之间之间水温差水温差形成的温差热能，形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。是海洋能的一种重要形式。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电全球的海洋温差能分布全球的海洋温差能分布u据有关研究资料，位于据有关研究资料，位于北纬北纬45至至南纬南纬40的约的约100 个个国家国家和地区都可以进行海洋温差发电。和地区都可以进行海洋温差发电。中国的海水温差能分布中国的海水温差能分布u我国南海的表层海水温度全年平均在我国南海的表层海水温度全
41、年平均在2528，其中有，其中有300 多万多万km2海区，上下温度差为海区，上下温度差为20左右，是海水温差左右，是海水温差发电的好地方。发电的好地方。海水的温差和温差能海水的温差和温差能可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电温差发电的原理温差发电的原理u海洋温差能发电海洋温差能发电，就是利用海洋，就是利用海洋表层暖水表层暖水与与底层冷水底层冷水之间之间的温度差来发电。的温度差来发电。u通常所说的海洋温差发电，大多是指基于通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换海洋热能转换（OTEC）的热动力发电技术，）的热动力发电技术，u工作方式分为工作方式分为开式循环、闭
42、式循环、混合式循环开式循环、闭式循环、混合式循环三种。三种。u最近，也有研究者提出最近，也有研究者提出根据根据温差效应温差效应利用海水温差利用海水温差直接发电直接发电的设想。的设想。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电开式循环系统开式循环系统工作原理工作原理u先用真空泵将先用真空泵将循环系统内抽成真空循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。抽入蒸发器。u系统内有一定的真空度，系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。u蒸
43、汽通过汽轮机后蒸汽通过汽轮机后，被被冷水泵抽上来的冷水泵抽上来的深海冷水冷却深海冷水冷却，凝凝结成淡化水后排出结成淡化水后排出。u冷海水冷海水冷却了水蒸气后又冷却了水蒸气后又回到海里回到海里。u作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为开式循环开式循环。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电开式循环系统开式循环系统开式循环的优点开式循环的优点u在在发电发电的同时，还可以获得很多有用的的同时，还可以获得很多有用的副产品副产品。u温海水在蒸发器内蒸发后所留下的温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水浓缩水，可用来提炼，可用来提炼化工产品化
44、工产品；u可以得到大量可以得到大量淡水淡水。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电开式循环的不足开式循环的不足 低温低压下海水的低温低压下海水的蒸气压很低蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压，为使汽轮发电机能在低压下运转，下运转，机组机组必须造得十分必须造得十分庞大庞大。 开式循环的开式循环的热效率很低热效率很低，为减少损耗，不得不把各种，为减少损耗，不得不把各种装置装置和管道和管道设计得设计得很大很大。 需要耗用需要耗用巨量巨量的的温海水和冷海水温海水和冷海水，耗能严重，发电量的，耗能严重，发电量的1/41/3 消耗于系统本身消耗于系统本身。 在在海洋深处海洋深处提取大
45、量的冷海水，存在许多提取大量的冷海水，存在许多技术困难技术困难。开式循环系统开式循环系统可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电闭式循环系统闭式循环系统u闭式循环闭式循环系统系统用低沸点液体用低沸点液体（如液态氨）（如液态氨）作为工作介质作为工作介质，所产生的蒸气作为工作流体。所产生的蒸气作为工作流体。u氨水的沸点氨水的沸点33，明显低于水，更容易沸腾。，明显低于水，更容易沸腾。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电闭式循环系统的特点闭式循环系统的特点缺点缺点：蒸发器和冷凝器要求高，：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵耗资昂贵。优点优点：蒸汽压力提高数
46、倍，：蒸汽压力提高数倍，发电装置体积变小发电装置体积变小，而，而发电量可发电量可达到工业规模达到工业规模。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海水温差发电的主要形式。闭式循环系统闭式循环系统可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u混合循环系统混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸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，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。又可减少蒸发器体
47、积，节省材料，便于维护。混合循环系统混合循环系统可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u据据塞贝克效应塞贝克效应，若将两个不同的导体，若将两个不同的导体/半导体电极分别置于半导体电极分别置于海洋海洋表层温海水表层温海水和和深层冷海水深层冷海水中，电极间即可产生电压。中，电极间即可产生电压。u这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在设想阶段。在设想阶段。直接温差发电直接温差发电可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电温差发电的发展温差发电的发展1881 年年，法国法国人最早提出利用海水温差
48、发电的设想；人最早提出利用海水温差发电的设想；1948 年年，法国法国在非洲象牙海岸建造了一座在非洲象牙海岸建造了一座7MW 的的开式循环开式循环海水温差发电站。海水温差发电站。1964 年年，美国美国人提出了人提出了闭式循环方案闭式循环方案。1980 年年，美国美国在夏威夷建造了一座在夏威夷建造了一座1MW 的的实验装置。实验装置。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电日本科学家日本科学家从从1973 年年开始进行海洋温差发电的研究。开始进行海洋温差发电的研究。日本日本1981年年完成完成100kW 闭式闭式循环温差电站，循环温差电站，1993年年建成建成210kW
49、开式开式循环装置，净出力为循环装置，净出力为4050kW。1995 年年前后前后印度印度建成建成6 座座5 万千瓦万千瓦的的陆基陆基海水温差能电站。海水温差能电站。1980s年代年代台湾电力公司台湾电力公司和和中科院广州能源研究所中科院广州能源研究所分别开设分别开设进行了温差利用的研究。进行了温差利用的研究。温差发电的发展温差发电的发展可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电温差发电的世界之最温差发电的世界之最世界最早的海水温差发电实验世界最早的海水温差发电实验 1926 年，年，克劳德克劳德在在法兰西法兰西科学院大厅，科学院大厅，世界第一座海水温差电站世界第一座海水温差
50、电站 1930 年，年，克劳德克劳德在在古巴海滨古巴海滨世界第一座实用的海水温差电站世界第一座实用的海水温差电站 1979年，年，美国美国在夏威夷岛西部海域在夏威夷岛西部海域世界最大的海水温差电站世界最大的海水温差电站 1990 年，年，日本日本在鹿儿岛在鹿儿岛可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电海洋温差能发电系统，还有许多技术和经济问题需要解决：海洋温差能发电系统，还有许多技术和经济问题需要解决：（1）转换效率低。）转换效率低。（2）投资成本高。）投资成本高。（3）建设难度大。）建设难度大。（4）选址不容易。）选址不容易。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海
51、洋能发电海洋能发电u海水中至少有海水中至少有 80 多种多种化学元素，主要以盐类化合物存在，化学元素，主要以盐类化合物存在，在水里会电离成带在水里会电离成带正负电荷的两类离子正负电荷的两类离子。u盐差能盐差能就是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水就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，是以化学能形态出现的海洋能。之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。u全球海洋的海水盐度分布，参见文献资料。全球海洋的海水盐度分布，参见文献资料。u河流入海口，往往有显著的盐度差。河流入海口，往往有显著的盐度差。海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能可再生能源发电技术7海洋能多
52、种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u据估计，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，据估计，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，技技术上可利用术上可利用的约的约30 亿千瓦亿千瓦。u我国我国盐差能的理论功率约盐差能的理论功率约1.25105 MW，主要集中在各大，主要集中在各大江河的出海处。江河的出海处。u同时，我国青海省等地还有不少同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖内陆盐湖可以利用。可以利用。海水的盐差能的分布海水的盐差能的分布可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u在在半透膜半透膜(水能通过水能通过,盐不能盐不能)隔开的有浓度差别的溶液之间，隔开的有浓度差别的
53、溶液之间，低浓度低浓度溶液溶液透入高浓度透入高浓度溶液的现象，称为溶液的现象，称为渗透现象渗透现象。u发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加一个机械压强，发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加一个机械压强，恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，则该机械压强就等恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，则该机械压强就等于这两种溶液之间的于这两种溶液之间的渗透压渗透压。渗透和渗透压渗透和渗透压可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电渗透压法渗透压法，就是利用半透膜两侧的渗透压，在，就是利用半透膜两侧的渗透压，在不同盐浓度不同盐浓度的的海水之间形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提海水
54、之间形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，类似潮汐发电。供的能量来发电，类似潮汐发电。关键技术关键技术：半透膜技术半透膜技术和膜与海水间的和膜与海水间的流体交换技术流体交换技术，技术难点技术难点：制造制造强度足够强度足够、性能优良性能优良、成本适宜成本适宜的半透膜。的半透膜。渗透压法渗透压法可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（1）强力渗压发电）强力渗压发电在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相
55、连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。水库的水通过半透膜不断流入海水中（水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？为什么？），水库），水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。击水轮机旋转，并带动发电机发电。技术难点技术难点：在低：在低于海平面的深坑于海平面的深坑建造电站；能够建造电站；能够抵抗腐蚀的半透抵抗腐蚀的半透膜。膜。发展的前景发展的前景不大。不大。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）水压塔渗压发电）水压塔渗压
56、发电水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水(经管道经管道) 冲击水冲击水轮机旋转，带动发电机发电。轮机旋转，带动发电机发电。在运行过程中，在运行过程中，为了使水压塔内为了使水压塔内的海水保持盐度，的海水保持盐度，海水泵海水泵不断向塔不断向塔内打入海水内打入海水。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）水压塔渗压发电）水压塔渗压发电发出的
57、电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。半透膜要承受半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。的渗透压，也难以制造。 可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）压力延滞渗透发电）压力延滞渗透发电压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透压力泵先把海水压
58、缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力室同海水混合。膜渗透到压力室同海水混合。混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流入大海的过程中推动涡轮机做功入大海的过程中推动涡轮机做功 。有公司预计有公司预计2015年渗透能发电可投入商业，并可生物能、年渗透能发电可投入商业，并可生物能、潮汐能相竞争。潮汐能相竞争。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电蒸汽压法蒸汽压法同样温度下同样温度下淡水比海水蒸发得快淡水比海水蒸发得快，因此，因此海水一边的饱和蒸汽海水一边的饱和蒸汽压力要比淡水一边低得多压力要比淡水一边低得多
59、，在一个空室内蒸汽会很快从淡水，在一个空室内蒸汽会很快从淡水上方流向海水上方并不断被海水吸收，这样只要装上汽轮机上方流向海水上方并不断被海水吸收，这样只要装上汽轮机就可以发电了。就可以发电了。蒸汽压发电的最显著的优点是蒸汽压发电的最显著的优点是不需要半透膜不需要半透膜，这样就不存在，这样就不存在膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。但是发电过程中需要但是发电过程中需要消耗大量淡水消耗大量淡水，应用受到限制。，应用受到限制。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电浓差电池法浓差电池法浓差电池浓差电池，也叫，也叫渗透式电池渗透式电池，一般需要
60、两种不同的半透膜，一般需要两种不同的半透膜，一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带负电荷的氯离子自由出入。负电荷的氯离子自由出入。 该系统需要采用该系统需要采用面积大而昂贵面积大而昂贵的交换膜，发电成本很高。的交换膜，发电成本很高。不过不过使用寿命长使用寿命长，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来严重影响。严重影响。另外，这种电池在发电过程中电极上会产生另外，这种电池在发电过程中电极上会产生Cl2 和和H2，可以，可以补偿装置的成本。补偿装置的成本。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋
61、能发电海洋能发电盐差发电的发展状况盐差发电的发展状况海洋盐差发电的设想是海洋盐差发电的设想是1939 年由年由美国人美国人首先提出来的。首先提出来的。第一份关于利用第一份关于利用渗透压差发电的报告渗透压差发电的报告发表于发表于1973 年。年。1975 年年以色列以色列的洛布建造并试验了一套渗透法装置，证明的洛布建造并试验了一套渗透法装置，证明了其利用的可行性。了其利用的可行性。目前目前以色列已建立了一座以色列已建立了一座150kW 盐盐差能发电试验装置。差能发电试验装置。我国我国于于1979 年开始这方面的研究，年开始这方面的研究，1985 年西安冶金建筑学年西安冶金建筑学院对院对水压塔系统
62、水压塔系统进行了试验研究，采用半渗透膜法研制了进行了试验研究，采用半渗透膜法研制了一套可利用干涸盐湖盐差发电的试验装置。一套可利用干涸盐湖盐差发电的试验装置。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电盐差发电的发展状况盐差发电的发展状况小知识：小知识：死海与浓差发电死海与浓差发电世界之最：世界之最：世界第一座渗透能发电站世界第一座渗透能发电站可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电人类对潮汐的认识人类对潮汐的认识u我国古人把我国古人把白天白天的海水涨落叫做的海水涨落叫做“潮潮”，夜间夜间的海水涨落的海水涨落叫做叫做“汐汐”，合起来称为，合起来称为“潮汐
63、潮汐”。u潮汐潮汐是由于太阳和月球对地球各处是由于太阳和月球对地球各处引力的不同引力的不同所引起的海所引起的海水水有规律的、周期性有规律的、周期性的涨落现象。的涨落现象。u太阳太阳和和月球月球引起的海水上涨，分别称为引起的海水上涨，分别称为太阳潮太阳潮和和太阴潮太阴潮。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电人类对潮汐的认识人类对潮汐的认识u俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。u农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一在一条直线上条直线上，日月的引力
64、方向相同，日月的引力方向相同，合力最大合力最大，形成，形成大潮大潮。u每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形成大潮（形成大潮（想想：为什么？想想：为什么？）u当太阳和月球对地成当太阳和月球对地成直角方向直角方向时，太阳潮的落潮和太阴潮时，太阳潮的落潮和太阴潮的涨潮，二者共同作用，的涨潮，二者共同作用，相互抵消相互抵消，形成潮势较弱的，形成潮势较弱的小潮小潮。趣闻：我们和地心的距离也是变化的？趣闻：我们和地心的距离也是变化的？可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电 人类对潮汐的早期利用人类对潮汐的早期利用u潮
65、汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。u我国我国对潮汐能的利用最早，可追溯到对潮汐能的利用最早，可追溯到1300多年前的多年前的唐朝唐朝。u宋代有巧用宋代有巧用潮汐建石桥潮汐建石桥的工程实例的工程实例u67 世纪世纪，我国我国就有沿海居民利用潮汐磨来就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物碾磨谷物。近些年在近些年在山东蓬莱山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。地区发现了这种早期的潮汐磨。中国最早的潮汐能水轮泵站中国最早的潮汐能水轮泵站可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电 人类对潮汐的早期利用人类对潮汐的早期利用u10 世纪左右世纪左右，在
66、，在波斯湾波斯湾，人们开始以潮汐能为动力驱动，人们开始以潮汐能为动力驱动水车进行水车进行面粉加工面粉加工。u1112 世纪世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿用到沿用到20 世纪。世纪。u英国英国至今仍保留着一个至今仍保留着一个12 世纪的潮汐磨世纪的潮汐磨，碾谷子供游客，碾谷子供游客参观。参观。u16 世纪世纪，俄国沿海俄国沿海居民也使用过类似的潮汐能居民也使用过类似的潮汐能水磨水磨，18 世纪世纪，俄国俄国还出现了以潮汐能为动力的还出现了以潮汐能为动力的锯木厂锯木厂。u欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道欧洲西海岸的潮汐磨房使早期
67、工业国家走上发财至富的道路，并把它带到美洲新大陆。路，并把它带到美洲新大陆。u到了到了20 世纪世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利用利用潮差能来发电潮差能来发电。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐的描述和分类潮汐的描述和分类用于描述潮汐的各个要素如图所示。用于描述潮汐的各个要素如图所示。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u海面的一涨一落两个过程为一个海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环潮汐循环。u相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐
68、的潮汐的平均周期平均周期。u按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、半日潮、全日潮和混合潮全日潮和混合潮三种类型。三种类型。潮汐的描述和分类潮汐的描述和分类可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐能资源及其分布潮汐能资源及其分布u海水涨落及潮水流动所产生的海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能动能和势能称为称为潮汐能潮汐能。u很多时候，将潮水流动所具有的很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能动能称为潮流能，而潮汐而潮汐能特指海水能特指海水涨落形成的势能涨落形成的势能。u在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目
69、前经在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济技术条件下济技术条件下最为现实最为现实的一种。的一种。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电 世界潮汐能资源世界潮汐能资源u联合国教科文组织联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为为30 亿千瓦亿千瓦，是目前全球发电能力的，是目前全球发电能力的1.6 倍。估计技术上允倍。估计技术上允许利用的约许利用的约1 亿千瓦亿千瓦。u中国商业情报网中国商业情报网的预测研究报告，数据有所差别，参见教的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。材。u潮汐能大小直接与潮汐能大小直接与潮差潮差有关
70、，潮差越大，能量也就越大。有关，潮差越大，能量也就越大。u实践证明，实践证明，平均潮差平均潮差3m 才有经济效益，否则难于实用化。才有经济效益，否则难于实用化。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电 我国的潮汐能资源我国的潮汐能资源u据初步统计，全国据初步统计，全国潮汐能蕴藏量潮汐能蕴藏量约为约为2.9 2.9 亿千瓦亿千瓦，年发电，年发电量可达量可达2750 2750 亿度亿度。u中国新能源与可再生能源中国新能源与可再生能源1999 1999 白皮书白皮书资料显示我国资料显示我国可开发潮汐能资源装机容量达可开发潮汐能资源装机容量达2000 2000 多万千瓦多万千瓦，
71、年发电量，年发电量可达可达600 600 多亿度多亿度。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐发电原理和电站构成潮汐发电原理和电站构成u和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于当于微水头发电微水头发电的水平。的水平。u世界上平均潮差（世界上平均潮差（注意这个概念注意这个概念）的较大值约为）的较大值约为1315m。u想想：想想：我国的最大平均潮差我国的最大平均潮差会出现在哪里？会出现在哪里？u潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致相同。致相同
72、。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐发电的方式潮汐发电的方式广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种：广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种：一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动发电机发电，称为发电机发电，称为潮流发电潮流发电；一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮位发电潮位发电。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐发电的方式
73、潮汐发电的方式涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐电站的装机容量和发电量潮汐电站的装机容量和发电量电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。例如，半日潮的潮汐电站装机容量例如，半日潮的潮汐电站装机容量P，可用公式计算：，可用公式计算：式中式中 H 平均潮差（平均潮差（m）；）； S 水库平均面积（水库平均面积（km2）建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：式中式中 a单向发电时取
74、单向发电时取0.40，双向发电时取，双向发电时取0.55；可用这个公式估算可用这个公式估算潮汐能蕴藏量潮汐能蕴藏量和和潮汐电站的年发电量。潮汐电站的年发电量。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐电站的结构潮汐电站的结构潮汐电站的选址：潮汐电站的选址：u潮汐电站可建在潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响或其它的受潮汐影响的海水伸展地带，的海水伸展地带，u最好选在最好选在“口小肚大口小肚大”的海湾上，这样只要修建一个短短的海湾上，这样只要修建一个短短的大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。的大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。
75、潮汐电站的构成：潮汐电站的构成：u潮汐能电站是综合的建设工程，主要由潮汐能电站是综合的建设工程，主要由拦水堤坝、水闸和拦水堤坝、水闸和发电厂三部分发电厂三部分组成。组成。u有通航要求的潮汐能电站还应设置有通航要求的潮汐能电站还应设置船闸船闸。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如：潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如：1）应满足潮汐）应满足潮汐低水头低水头、大流量大流量的水力特性；的水力特性；2）在海水中工作时，）在海水中工作时，防腐防腐、防污防污、密密封和发电机封和发电机防潮防潮；3）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落
76、而频繁启）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落而频繁启动和停止；动和停止；潮汐电站的水轮发电机组潮汐电站的水轮发电机组可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电根据根据水轮机的布置水轮机的布置和和结构型式结构型式，潮汐电站所用的水轮发电机，潮汐电站所用的水轮发电机组有以下几类：组有以下几类：（1）立轴定桨式立轴定桨式水轮发电机组。水轮发电机组。（2）轴伸贯流式轴伸贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（3）竖井贯流式竖井贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（4）灯泡贯流式灯泡贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（5）全贯流式全贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。潮汐电站的水轮发电
77、机组潮汐电站的水轮发电机组可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐电站的类型潮汐电站的类型（1）单库单向潮汐电站单库单向潮汐电站可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（2）单库双向潮汐电站单库双向潮汐电站潮汐电站的类型潮汐电站的类型可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电（3）双库连续发电潮汐电站双库连续发电潮汐电站潮汐电站的类型潮汐电站的类型可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐发电的特点潮汐发电的特点主要包括：主要包括：（1）潮汐能源）潮汐能源可循环再生可循环再生。（2）潮汐变化有规律，发电
78、输出）潮汐变化有规律，发电输出没有季节性没有季节性。（3）靠近用电中心，）靠近用电中心，不消耗燃料不消耗燃料，运行费用低运行费用低。（4）潮汐发电不排放有害物质，）潮汐发电不排放有害物质，不会污染环境不会污染环境。（5）潮汐电站建设）潮汐电站建设不需淹地、移民不需淹地、移民，还可以，还可以综合利用综合利用。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电作为新兴的电力能源，目前也存在一些不足。作为新兴的电力能源，目前也存在一些不足。（1）发电出力）发电出力有间歇性有间歇性。（2）水头低，发电）水头低，发电效率不高效率不高。（3）工程复杂，建设）工程复杂，建设投资大投资大。（4）关
79、于）关于泥沙淤积问题泥沙淤积问题的疑虑。的疑虑。潮汐发电的特点潮汐发电的特点可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电潮汐发电的发展潮汐发电的发展u潮汐发电研究已有潮汐发电研究已有 100 多年历史，最早从欧洲开始，德国多年历史，最早从欧洲开始，德国和法国走在最前面。发电成为潮汐能利用的主要发展方向。和法国走在最前面。发电成为潮汐能利用的主要发展方向。u19 世纪末世纪末，法国法国人提出兴建潮汐能发电站的设想。人提出兴建潮汐能发电站的设想。u1912 年年世界上第一座潮汐能电站建成。世界上第一座潮汐能电站建成。u1913 年法国年法国的潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又的
80、潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又建了一座容量为建了一座容量为1865kW 的潮汐电站。的潮汐电站。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u直到直到1960s，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。u1967 年年世界上世界上第一座第一座具经济价值的生产性潮汐发电站，具经济价值的生产性潮汐发电站，标志着潮汐发电进入了实用阶段。标志着潮汐发电进入了实用阶段。u前苏联、英国、美国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、印度前苏联、英国、美国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、印度等国，也都陆续研究，相继建成一批潮汐发电站。等国，也都陆续研究，相继建成一批潮
81、汐发电站。u联合国联合国开发论坛开发论坛曾估计，曾估计，2000 年年世界潮汐发电可达世界潮汐发电可达300 至至600 亿千瓦时亿千瓦时，实际进展却没有这么快。初步统计，实际进展却没有这么快。初步统计，全世界潮汐电站的总装机为全世界潮汐电站的总装机为26.5 万千瓦万千瓦(265MW)。u预计到预计到2020 年年，世界潮汐电站发电总量将达，世界潮汐电站发电总量将达120 亿到亿到600 亿千瓦时亿千瓦时。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电世界之最：世界之最：世界上世界上最早最早的潮汐电站；的潮汐电站；世界上世界上装机容量最大装机容量最大的潮汐电站；的潮汐电站；世
82、界上第一座世界上第一座具经济价值的生产性具经济价值的生产性潮汐发电站；潮汐发电站；世界上世界上单机容量最大单机容量最大的潮汐电站。的潮汐电站。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电我国潮汐发电的发展我国潮汐发电的发展u中国是世界上建造潮汐电站中国是世界上建造潮汐电站最多最多的国家。的国家。u1950s1970s，先后建了约，先后建了约50 座潮汐电站，但据座潮汐电站，但据1980s初的统计，其中大多数已经不再使用。初的统计，其中大多数已经不再使用。u例如，例如，19771977年初广西曾在钦州果子山建成一座小型的实验年初广西曾在钦州果子山建成一座小型的实验性潮汐电站性潮
83、汐电站。 u我国的潮差偏小，平均潮差都我国的潮差偏小，平均潮差都5m，因而潮汐发电的经济，因而潮汐发电的经济效益不会太高，电站设计须着眼于大坝建造所带来的效益不会太高，电站设计须着眼于大坝建造所带来的交通、交通、围垦、滩涂等资源围垦、滩涂等资源的综合利用效益上。的综合利用效益上。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电u目前，中国有目前，中国有7 个潮汐电站仍正常运行发电，总装机容量个潮汐电站仍正常运行发电，总装机容量7245 千瓦千瓦，每年可发电，每年可发电1000 多万千瓦时多万千瓦时。u如表所示。如表所示。可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件海洋能发电海洋能发电中国之最中国之最中国第一座潮汐电站中国第一座潮汐电站中国最大的潮汐电站中国最大的潮汐电站可再生能源发电技术7海洋能多种发电技术课件
