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1、新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术第第5 5章章 海洋能多种发电技术海洋能多种发电技术主讲人主讲人 朱晓荣朱晓荣新能源与分布式发电新能源与分布式发电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（想想这是怎么原因？想想这是怎么原因？）在浩瀚的海洋上，再大的巨轮在波浪中也只能像一片木板那在浩瀚的海洋上，再大的巨轮在
2、波浪中也只能像一片木板那样上下飘荡。如果船的长度接近波浪的波长，那么，当波样上下飘荡。如果船的长度接近波浪的波长，那么，当波峰在船中间时，船首和船尾正好处于波谷，此时船就会发峰在船中间时，船首和船尾正好处于波谷，此时船就会发生生“中拱中拱”。当波峰在船头和船尾时，中间处于波谷，此。当波峰在船头和船尾时，中间处于波谷，此时船就会发生时船就会发生“中垂中垂”。一拱一垂就像来回折钢丝一样，。一拱一垂就像来回折钢丝一样，几下就把巨轮拦腰折断了。几下就把巨轮拦腰折断了。如果海洋中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许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。再也不必为
3、能源问题担忧了。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5 海洋能多种发电技术海洋能多种发电技术关注的问题关注的问题浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？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？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？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？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？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？海洋能发电的设备有什么特点？海洋能发电的发展状况如何？海洋能发电的发展状况如何？教学目标教学目标了解海洋能资源的形成原因和表现特征，了解
4、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方式和相关思路，了解海洋能发电的各种方式和相关思路，理解海洋能发电的特点和意义。理解海洋能发电的特点和意义。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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，是相互连通的。的总称，是相
5、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，边缘是浅水的大陆架，中间边缘是浅水的大陆架，中间是深海盆地，海底有高山、深谷及深海大平原。是深海盆地，海底有高山、深谷及深海大平原。洋底地形以海盆、岭脊为主；海底地形以大陆架、大陆坡为洋底地形以海盆、岭脊为主；海底地形以大陆架、大陆坡为主。主。5.1 海洋的概念海洋的概念新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电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
6、如地球表面是平整的球面，将就会怎样？将会被将会被2400m2400m深的海水所覆盖。深的海水所覆盖。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。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，其他几种都来源于外，其他几
7、种都来源于太阳辐射。太阳辐射。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。想想上面五种形想想上面五种形式的海洋能都是什么类型？式的海洋能都是什么类型？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、用之不竭的断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.2 海洋能资源海洋能资源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
8、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。5.2.1 世界海洋能资源世界海洋能资源不是全能利用。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发
9、电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：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；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；潮流能潮流能理论平均功率理论平均功率1394 万千瓦万千瓦；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；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1.25
10、105 MW。5.2.2 我国海洋能资源我国海洋能资源新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.2.3 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。）稳定性较好或者变化有规律。（4）清洁无污染。）清洁无污染。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3 波浪发电波浪发电 5.3.1 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，是风的能
11、量传递给波浪的能量来自于风和海面的相互作用，是风的能量传递给了海水，变成波浪的动能和势能。了海水，变成波浪的动能和势能。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，表表现为不同速度，不同现为不同速度，不同“大小大小”的波浪。的波浪。波浪可以用波高、波长（相邻两个波峰间的距离）和波动周波浪可以用波高、波长（相邻两个波峰间的距离）和波动周期（同一地出现相邻的两个波峰的时间）等特征来描述。期（同一地出现相邻的两个波峰的时间）等特征来描述。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？风暴引起的大波长海浪传播得比风暴
12、还快，巨大浪涌往往是风暴引起的大波长海浪传播得比风暴还快，巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆。风暴来袭的前兆。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海浪的类型海浪的类型（1）风浪）风浪：在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由于：在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由于海浪会向远处传播，由风引起的波浪在靠近其形成的区域海浪会向远处传播，由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。才被称为风浪。 （2）涌浪：）涌浪：风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为不在有风海域的波浪称为涌浪涌浪。（3）近岸浪：）近岸浪：外海的波浪传
13、到海岸附近，因水深和地形会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，这就是改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸近岸浪浪。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”前者针对风浪，后者针对涌浪和近岸浪。前者针对风浪，后者针对涌浪和近岸浪。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电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；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。圆运动。海浪的运动海浪的运动新能源
14、与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2 波浪能资源的分布和特点波浪能资源的分布和特点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。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宽迎波面的宽度度等多种因素有关。等多种因素有关。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.1 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
15、图所示：新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.2 我国波浪能资源我国波浪能资源我国海岸线长，海域辽阔。我国海岸线长，海域辽阔。90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是是浙江、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。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。新能源与分布式发电
16、新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.2.3 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；其利用；5）可提供）可提供可观的廉价能量可观的廉价能量。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.3 波浪发电装置的基本构成波浪发电装置的基本构成波浪发电，一般是通过
17、波浪发电，一般是通过波浪能转换装置波浪能转换装置，先把波浪能转换为，先把波浪能转换为机械能机械能，再最终转换成，再最终转换成电能。电能。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，驱动发电机产生电力。气涡轮机转动，驱动发电机产生电力。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，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）
18、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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.3 波浪发电装置的基本构成波浪发电装置的基本构成波浪能采集和机械转换部分，大都源于以下几种基本思路：波浪能采集和机械转换部分，大都源于以下几种基本思路：1）利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；）利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；2）利用波浪压力的变化；）利用波浪压力的变化；3）通过波浪的会聚爬升将波浪能转换为水的势能。）通过波浪的会聚爬升将波浪能转换为
19、水的势能。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.4 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： 机械传动式机械传动式 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）机械传动式把上下的往复运动把上下的往复运动转换为单向旋转转换为单向旋转运动，带动发电运动，带动发电机发电。机发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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
20、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。利用波浪起伏运动产生利用波浪起伏运动产生的压力变化，在气室、的压力变化，在气室、气袋等容气装置中挤压气袋等容气装置中挤压或者抽吸气体，利用得或者抽吸气体，利用得到的气流驱动驱动汽轮到的气流驱动驱动汽轮机，带动发电机发电。机，带动发电机发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（3）液压式）液压式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，再由，再由液压马达或水轮机驱动发电机。液压马达或水轮机驱动发电机。特点：特点：这类装
21、置这类装置结构复杂结构复杂，成本也较高成本也较高。优点：优点：但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，压机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。缺点：缺点：液压系统大都利用液压油，因而存在泄漏问题。液压系统大都利用液压油，因而存在泄漏问题。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（4）蓄能水库式）蓄能水库式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。优
22、点：优点：结构相对简单结构相对简单，而且由于有水库储能，可实现较稳定，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。缺电：一般缺电：一般效率不高效率不高，而且对，而且对地形地形条件条件依赖性强依赖性强，应用受到，应用受到局限。局限。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.5 波浪能装置的安装模式波浪能装置的安装模式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，即一种，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。居中的、稳定的结构，系锚或固定在海
23、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。主梁平行于入射波的波前，可以大面主梁平行于入射波的波前，可以大面积的直接拦截波浪，终结波浪的传播，在理论上最大限度积的直接拦截波浪，终结波浪的传播，在理论上最大限度地吸收波浪的能量。遇到大风浪时，会承受很大的外力，地吸收波浪的能量。遇到大风浪时，会承受很大的外力，容易遭到破坏。容易遭到破坏。（2）减缓型模式。）减缓型模式。主梁垂直于入射波的波前，只是在一主梁垂直于入射波的波前，只是在一定程度上减缓波浪的传播，可以避免承受狂风巨浪的全部定程度上减缓波浪
24、的传播，可以避免承受狂风巨浪的全部冲击。但对波浪的拦截宽度较小，能量收集率只有相同长冲击。但对波浪的拦截宽度较小，能量收集率只有相同长度终结型装置的度终结型装置的62%。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。(1) 固定式。固定式。优点优点：容易建造和维护。：容易建造和维护。缺点：缺点：工作在浅水岸，工作在浅水岸，获得的波浪能较小；区域有限；岸式装置需要经受大风浪获得的波浪能较小；区域有限；岸式装置需要经受大风浪的考验。的考验。(2) 漂浮式。漂浮式。优点：优点：收集能量多；投放
25、点机动；对潮位变化收集能量多；投放点机动；对潮位变化的适应性强。的适应性强。难点：难点：系泊和输电。系泊和输电。5.3.5 波浪能装置的安装模式波浪能装置的安装模式 （3）点吸收模式。）点吸收模式。采用垂直于海面的主轴作为居中的稳定采用垂直于海面的主轴作为居中的稳定结构，只能吸收装置上方那一点海面波浪变化的能量。结构，只能吸收装置上方那一点海面波浪变化的能量。优点：优点：能吸收超过其物理尺寸的波浪的能量（理论上是两倍能吸收超过其物理尺寸的波浪的能量（理论上是两倍宽度的波浪的能量）；可以同等吸收来自各方向的波浪能。宽度的波浪的能量）；可以同等吸收来自各方向的波浪能。缺点：缺点：尺寸有限，不能捕获
26、长波浪的能量。尺寸有限，不能捕获长波浪的能量。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.6 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，汽轮机的旋转方向水注上升和下降时，气流方向是相反的，汽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。 Wells涡轮机能在正反向交涡轮机能在正反向交变气流作用下始终单向旋转做功的汽轮机。变气流作用下始终单向旋转做功的汽轮机。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（3）点头鸭式（）点头鸭式（Duck）鸭子的鸭子的“胸脯胸脯”
27、对着海浪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，像不倒翁一样的波动，像不倒翁一样不停地摆动。不停地摆动。摇摆机构带动内部的凸轮摇摆机构带动内部的凸轮/铰链机构，改变工作液铰链机构，改变工作液体的压力，从而带动工体的压力，从而带动工作泵，推动发电机发电。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” 。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（4）海蛇式（）海蛇式（Pelamis）由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成
28、，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。 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，将电圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统，将电力通过海底电缆送到岸上。力通过海底电缆送到岸上。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。总效率为总效率为40%，这是日
29、本，这是日本的波浪能电站中效率较高的波浪能电站中效率较高的一个。的一个。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（6）收缩坡道式）收缩坡道式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，直至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，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。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（7
30、）其它海浪发电装置）其它海浪发电装置其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，详见教材。其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，详见教材。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.7 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LIMPET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）波浪能装置。浪能装置。1991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。2000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，是目前世的项目，是目前世界上最成功的
31、海浪发电装置。界上最成功的海浪发电装置。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（2）挪威）挪威350kW 的的TAPCHAN1986 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。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。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。据称其转，是比较成功的一座波浪电站。据称其转换效
32、率达换效率达6575%。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。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。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（4）日本）日本“海明海明”号号“海明海明”号波浪发电
33、计划是由日本海洋科学技术中心牵头，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。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个振个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。“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，系统总效率不超过效率令人失望，系统总效率不超过6.5%。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
34、仅在于计划的贡献不仅在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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。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。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，于的发电机组，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。 1998年年9月开始持续两
35、年的实海况试验，装置的各部分工作正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常，总发电效率最大可达12%。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（6）欧共体）欧共体2MW 的的OSPREYOSPREY意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能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。和风能两用的近岸装置。1995年英国制造了年英国制造了OSPREY-1，总容量，总容量2MW，其中沉箱式波，其中沉箱式波能发电装置能发电装置500 kW，风能，风能1500 kW，造价，造价$350万，下水万，下水时装置受到损坏。时装置受到损坏
36、。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。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。电站的建造
37、。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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OWC2001 年建成的年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮岸式波力电站，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。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。 新能源与分布式发电新
38、能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.3.8 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装置，并进
39、行了海上试验。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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，并出口到日本等国家。等国家。5.
40、3.8 波浪发电的发展波浪发电的发展新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4 海流发电海流发电海流海流，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)。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。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。
41、 5.4.1 海流和海流能海流和海流能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电一般说来，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，海流能均有实际实际开发价值开发价值。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，流速会，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如很大。例如杭州湾海潮杭州湾海潮,流速可达流速可达2222km/h。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新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海流能资源在全国沿岸的分布，在海流能资源在全
42、国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福建辽宁、山东、浙江、福建和台湾和台湾沿海的海流能较为丰富。沿海的海流能较为丰富。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，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新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4.2 海流发电的发展状况海流发电的发展状况进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、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日、意等。其中美、日和英等发达国家进
43、行了较多的潮流发电试验，相对而言走在前列。多的潮流发电试验，相对而言走在前列。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水轮机轮机来获取潮流能，还进行了来获取潮流能，还进行了5 kW的海流发电试的海流发电试验。验。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都采用类似的方案。方案。1985 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小型的海流涡轮机发电装置。置。日本日本1988 年安装在海底的年安装在海底的215kW海流机组，是比海流机组，是比较成功的海流发电项目。较成功的海流发电项目。新能源与分布式发电新
44、能源与分布式发电海洋能发电海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。1978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的的电力输出。电力输出。 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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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: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；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。目前海流发
45、电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮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、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。装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.4.3 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的(水平轴风力机水平轴风力机)
46、，也有与海流，也有与海流垂垂直直的（垂直轴风力机），如图所示。的（垂直轴风力机），如图所示。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电教材中，教材中，图图 5.35 和图和图5.36为两个轮叶式海流发电机的实例，为两个轮叶式海流发电机的实例，分别为：分别为：英国洋流涡轮机公司英国洋流涡轮机公司制造的制造的SeaGenSeaGen轮叶式海流发电装置轮叶式海流发电装置，佛罗里达佛罗里达大西洋大学大西洋大学研发的研发的“海底发电机海底发电机”。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（2）降落伞式海流发电）降落伞式海流发电多个多个“降落伞降落伞”串联在环形的铰链绳上。串
47、联在环形的铰链绳上。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。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，带动安装在船上的带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。铰盘转动，从而驱动发电机发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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时，可以直接产生电流。考虑以海水作为工作介质，当存在有大量离子（如氯离子、考虑以海水作为工作介质，当存在有大量离子（如氯离子、钠离子）的海水垂直流过放置在海水中的强大磁场时，
48、就钠离子）的海水垂直流过放置在海水中的强大磁场时，就可以获得电能。可以获得电能。磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能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。的利用效率很高。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.5 温差发电温差发电海水的温差海水的温差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。海水温度的海水温度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。海水温度的海水温度的垂直分布
49、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。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保持稳定，温度变动范围一般在-230。 5.5.1 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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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 个个国家和国家和地区都可以进行海洋温差发电。地区都可以
50、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。 5.5.1 海水的温差和温差能海水的温差和温差能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2 温差发电的原理温差发电的原理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的之间的温度差来发电。温度差来发电。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
51、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，工作方式分为工作方式分为开式循环、开式循环、闭式循环、混合式循环闭式循环、混合式循环三种。三种。最近，也有研究者提出根据最近，也有研究者提出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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.1 开式循环系统开式循环系统工作原理工作原理以表层的温海水作为工作介质。先用真空泵将以表层的温海水作为工作介质。先用真空泵将循环系统内抽循环系统内抽成真空成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。
52、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，变为，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。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，凝结凝结成淡化水后排出成淡化水后排出。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。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。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.1 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
53、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。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工产品；可以得到大量可以得到大量淡水淡水。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。（1948年，非洲科特迪年，非洲科特迪瓦的海水温差发电装置，功率只有瓦的海水温差发电装置，功率只有3500kW，而汽轮机直，而
54、汽轮机直径却有径却有14m） 开式循环的开式循环的热效率很低热效率很低（一般只有（一般只有2%左右），左右），为减少损为减少损耗，不得不把各种耗，不得不把各种装置和管道装置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。（只有（只有0.5%的温海水变为蒸的温海水变为蒸汽）汽） 在在海洋深处海洋深处提取大量的冷海水，存在许多提取大量的冷海水，存在许多技术困难技术困难。5.5.2.1 开式循环系统开式循环系统新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.2.2
55、 闭式循环系统闭式循环系统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，所产生的蒸气作为工作流体。产生的蒸气作为工作流体。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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；并且也不能产生并且也不能产生淡水。淡水。优点优点：蒸汽压力提高数倍，：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
56、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。5.5.2.2 闭式循环系统闭式循环系统新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电混合循环系统混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出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。可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。5.5.2.3 混合循环系统混合循环系统新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能
57、发电海洋能发电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。这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在设想阶段。设想阶段。5.5.2.4 直接温差发电直接温差发电新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.5.3 温差发电的发展温差发电的发展1881 年年，法国法国人德尔松石最早提出利用海水温差发电的设人德尔松石最早提出利用海水温差发电的设想；想；1948 年年，
58、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，美国美国人安德森和他的儿子提出了人安德森和他的儿子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OTEC21实验装实验装置，主要进行热力系统研究。美国预计置，主要进行热力系统研究。美国预计2020年海水温差发年海水温差发电的发电量将达到美国总发电量的电的发电量将达到美国总发电量的10%。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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。
59、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，该实验电站建循环温差电站，该实验电站建在岸上，将内径在岸上，将内径70cm，长，长940m的冷水管沿海床铺设到的冷水管沿海床铺设到550m深海中。最大发电量深海中。最大发电量120kW，可以获得，可以获得31.5kW的净的净出力。出力。1993年年建成建成210kW 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
60、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。5.5.3 温差发电的发展温差发电的发展新能源与分布式发电新能源与分布式发电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，进行了温差发电实科学院大厅，进行了温差发电实验。一只烧瓶中装入验。一只烧瓶中装入28度的温水，另一只烧瓶中放入冰块，度的温水，另一只烧瓶中放入冰块，内部装有汽轮机的导管把两个烧瓶连起来。抽出烧瓶内的内部装有汽轮机的导管把两个烧瓶连起来。抽出烧瓶内的空气，空气，28度的温水在低温下沸腾，喷
61、出蒸汽推动汽轮机旋度的温水在低温下沸腾，喷出蒸汽推动汽轮机旋转。转。世界第一座海水温差电站世界第一座海水温差电站 1930 年，年，克劳德克劳德在在古巴海滨古巴海滨马坦萨斯海滨建成。海水表层马坦萨斯海滨建成。海水表层温度温度28度，度，400m深水的温度为深水的温度为10度，所用管道长度超过度，所用管道长度超过2km，直径，直径2m。预期功率。预期功率22kW，实际功率只有，实际功率只有10kW。新能源与分布式发电新能源与分布式发电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建成一座
62、称为在夏威夷岛西部海域建成一座称为MINI-OTEC的温差发电装置并投入商业运行。这是第一个闭式循的温差发电装置并投入商业运行。这是第一个闭式循环海水温差发电装置。以液态氨为工质，冷水管长环海水温差发电装置。以液态氨为工质，冷水管长663m，直径约直径约60cm，利用深层海水和表面海水，利用深层海水和表面海水2123度的温差发度的温差发电。额定功率电。额定功率50kW，净出力，净出力1215kW。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，日本日本在鹿儿岛建成一座装机容量为在鹿儿岛建成一座装机容量为1000kW的海洋的海洋温差能发电站。温差能发电站。新能源与分布式发电新能源
63、与分布式发电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，2027度温差下系统转换效率仅有度温差下系统转换效率仅有6.89%。（2）投资成本高，海洋温差小，所需换热面积大，热交）投资成本高，海洋温差小，所需换热面积大，热交换系统、管道和涡轮机都比较昂贵。换系统、管道和涡轮机都比较昂贵。（3）建设难度大，冷水管直径又大又长，海水腐蚀、海）建设难度大，冷水管直径又大又长，海水腐蚀、海洋生物吸附、远离陆地输电困难。洋生物吸附、远离陆地输电困难。（4）选址不容易。）选址不容易。新能源与分布式发
64、电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6 盐差发电盐差发电海水中至少有海水中至少有 80 多种多种化学元素，主要以盐类化合化学元素，主要以盐类化合物存在，在水里会电离成带物存在，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。蒸发量大的海域，海水中的盐浓度较大；降水量多蒸发量大的海域，海水中的盐浓度较大；降水量多或有河流汇入的海域，海水中的盐浓度较小。或有河流汇入的海域，海水中的盐浓度较小。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。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
65、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。现的海洋能。5.6.1 海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电据估计，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，技术技术上可利用上可利用的约的约30 亿千瓦亿千瓦。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，主要集中在各大江，主要集中在各大江河的出海处。河的出海处。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新能源与分布式发电新能源与分布
66、式发电海洋能发电海洋能发电在在半透膜半透膜(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。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。5.6.2 渗透和渗透压渗透和渗透压新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6.3 盐差能发电的方法盐差
67、能发电的方法渗透压法渗透压法，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。5.6.3.1 渗透压法渗透压法新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（1 1）强力渗压发电）强力渗压发电在河水
68、与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面200m的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。相连；后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（为什么？），水库水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？），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
69、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。发展的前景膜。发展的前景不大。不大。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（2 2）水压塔渗压发电）水压塔渗压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
70、水压塔内的海水保持盐度，的海水保持盐度，海水泵不断向塔海水泵不断向塔内打入海水。内打入海水。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（2 2）水压塔渗压发电）水压塔渗压发电发出的电能，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，预计此装置的所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量，预计此装置的总效率可达总效率可达25%。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（如
71、期望（如期望得到得到1万万kW的电力输出，需要的电力输出，需要4万平方米的半透膜；如果半万平方米的半透膜；如果半透膜的高度为透膜的高度为4m，那么它的长度就应有，那么它的长度就应有10km，相应的拦，相应的拦水坝高度就超过水坝高度就超过10km）。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。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电（3 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
72、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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6.3.2 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，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
73、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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6.3.3 浓差电池法浓差电池法浓差电池法，浓差电池法，是化学能直接转换成电能的形式。是化学能直接转换成电能的形式。浓差电池浓差电池，也叫也叫渗透式电池渗透式电池，一般需要两种不
74、同的半透膜，一种只允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，一种则只允许带负电荷的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。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。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能
75、发电5.6.4 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院（现西安建筑科
76、技大学）（现西安建筑科技大学）对对水压塔系统水压塔系统进行了试验研究，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，该装置上水箱高出渗透器约验装置，该装置上水箱高出渗透器约10m，半透膜面积为，半透膜面积为14m2，用，用30kg干盐可以工作干盐可以工作814h，水轮发电机组输出，水轮发电机组输出功率为功率为0.91.2W。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电5.6.4 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死海位于以色列和约旦边界，是世界上最咸的湖，含盐
77、量比死海位于以色列和约旦边界，是世界上最咸的湖，含盐量比一般的海水高一般的海水高56倍。每倍。每4L表面海水含表面海水含1kg左右的盐，左右的盐，110m深处可增至深处可增至270g/L，由于水的密度高于人体的密度，由于水的密度高于人体的密度，横躺在海面上也不会下沉，真的是横躺在海面上也不会下沉，真的是“死海不死死海不死”。离死海。离死海不远的地中海比死海高约不远的地中海比死海高约400m，如果把地中海和死海沟，如果把地中海和死海沟通，利用两个海面的高度差和盐度差就可以发电。通，利用两个海面的高度差和盐度差就可以发电。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2009年年11月月24日，世界上第一座渗透能发电站在挪威的奥斯日，世界上第一座渗透能发电站在挪威的奥斯陆建成。该电站由挪威可再生能源公司（陆建成。该电站由挪威可再生能源公司（Stat kraft）建）建造。计划用造。计划用5年的时间使电站发出的电力满足一个小镇的年的时间使电站发出的电力满足一个小镇的照明和取暖需求。照明和取暖需求。
