1、新能源及分布式发电技术1概述2太阳能发电3风能发电4地热能发电6海洋能发电5生物质能的利用7分布式发电与现行电网的关系新能源及分布式发电技术6.1节 潮汐发电6.2节 海潮流能发电6.3节 波浪能发电6.4节 海洋温差能发电6.5节 我国海洋能发电存在的问题及发电前景的展望新能源及分布式发电技术海洋能是海洋所具有的能，主要是以波浪，海洋能是海洋所具有的能，主要是以波浪，海流，潮汐，温度差，盐度差等方式，以海流，潮汐，温度差，盐度差等方式，以动能，位能，热能，物理化学能的形态，动能，位能，热能，物理化学能的形态，通过海水自身所呈现的可再生能源，它是通过海水自身所呈现的可再生能源，它是波浪能，潮汐
2、能，海水温差能，海波浪能，潮汐能，海水温差能，海(潮潮)流能流能和盐度差能的统称。和盐度差能的统称。我国大陆的海岸线长达我国大陆的海岸线长达18000多千米，拥有多千米，拥有6500多个大小岛屿，海岛的岸线总长约多个大小岛屿，海岛的岸线总长约14000多千米，海域面积达多千米，海域面积达470多万平方千多万平方千米，海洋能源十分丰富，达米，海洋能源十分丰富，达5亿多千瓦。亿多千瓦。新能源及分布式发电技术波浪能是有风引起的波浪能是有风引起的海水沿水平方向周期海水沿水平方向周期性运动所产生的能量。性运动所产生的能量。大浪对大浪对1m长的海岸长的海岸线所做的功，每年大线所做的功，每年大约为约为100
3、MW。全球。全球海洋可供开发利用的海洋可供开发利用的波浪能为波浪能为2-3*106MW，每年发电量可达每年发电量可达9*1013kWh。其中我。其中我国波浪能约有国波浪能约有7*104MW。新能源及分布式发电技术潮汐能是海水在月球潮汐能是海水在月球和太阳等天体引力作和太阳等天体引力作用下进行的有规律的用下进行的有规律的升降运动产生的能量。升降运动产生的能量。全世界海洋的潮汐能全世界海洋的潮汐能约有约有3*106MW。若用。若用来发电，年发电量可来发电，年发电量可达达1.2*1012kWh。我国潮汐能蕴藏量丰我国潮汐能蕴藏量丰富，年发电量近富，年发电量近9*1010kWh。新能源及分布式发电技术
4、又称海水热能，在热带和亚热带海区海水又称海水热能，在热带和亚热带海区海水温度较低。热带海区的表层水温较高，可温度较低。热带海区的表层水温较高，可达达2530，而深层海水的温度只有，而深层海水的温度只有5左左右，表层海水和深层海水之间存在的温差，右，表层海水和深层海水之间存在的温差，蕴藏着丰富的热能资源。蕴藏着丰富的热能资源。世界海洋的温差能达世界海洋的温差能达5*107MW，而可能转，而可能转换为电能的海洋温差能仅为换为电能的海洋温差能仅为2*106MW。我。我国南海地处热带，亚热带，可利用的海洋国南海地处热带，亚热带，可利用的海洋温差能有温差能有1.5*105MW。新能源及分布式发电技术海水
5、的水平方向运海水的水平方向运动称为海动称为海(潮潮)流，其流，其产生的动能叫海产生的动能叫海(潮潮)流能。流能。世界上可利用的海世界上可利用的海流能约流能约5*104MW。我国沿海的潮流能我国沿海的潮流能丰富，蕴藏量约为丰富，蕴藏量约为3*104MW。新能源及分布式发电技术在江河入海口，含盐量高的海水与江河流在江河入海口，含盐量高的海水与江河流的淡水之间存在着盐度差能。世界海洋可的淡水之间存在着盐度差能。世界海洋可利用的盐度差能约为利用的盐度差能约为2.6*106MW。我国盐。我国盐度差能的蕴藏量约为度差能的蕴藏量约为1.1*105MW。目前我国应用于实际的利用海洋能发电的目前我国应用于实际的
6、利用海洋能发电的方式主要有潮汐能、潮流能、波浪电等几方式主要有潮汐能、潮流能、波浪电等几种，海水温差能发电尚处于进一步的研究种，海水温差能发电尚处于进一步的研究之中。之中。新能源及分布式发电技术潮汐能发电则是将这种位能转变成电能的潮汐能发电则是将这种位能转变成电能的技术。技术。潮汐能发电具有循环往复、年内年际变化潮汐能发电具有循环往复、年内年际变化不大、无丰枯水区别、出力和电能可能预不大、无丰枯水区别、出力和电能可能预报等优点。报等优点。在海湾筑坝形成潮汐电站的水库时，无需在海湾筑坝形成潮汐电站的水库时，无需移民，也不存在淹没损失问题，当在水库移民，也不存在淹没损失问题，当在水库周边有可围垦的
7、海岸滩涂时，还可改造为周边有可围垦的海岸滩涂时，还可改造为耕地或开辟为水产养殖场。耕地或开辟为水产养殖场。新能源及分布式发电技术潮汐电站的水头主要取决于潮差和运行方潮汐电站的水头主要取决于潮差和运行方式，所以通常要比水电站的水头低得多。式，所以通常要比水电站的水头低得多。潮汐的变化也不像风力那样变幻不定，因潮汐的变化也不像风力那样变幻不定，因此可产生较为稳定的电力。此可产生较为稳定的电力。潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理是相近的，即在河口或海湾筑一条大坝，理是相近的，即在河口或海湾筑一条大坝，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦以形成天然水库，水轮发电
8、机组就装在拦海大坝里。海大坝里。新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术仅有一个水库，水轮机是单向式的，在潮仅有一个水库，水轮机是单向式的，在潮落时发电。落时发电。其工作过程为其工作过程为:涨潮时进水，不发电。涨潮时进水，不发电。落潮时，先不发电，在落潮过程中，落到一定落潮时，先不发电，在落潮过程中，落到一定程度，与水库水位差足够时，才可以发电。程度，与水库水位差足够时，才可以发电。整个过程是不连续的，但发电过程是稳定整个过程是不连续的，但发电过程是稳定的。的。新能源及分布式发电技术一个水库，用双向水轮机，涨潮落潮时都一个水库，用双向水轮机，涨潮落潮时都发电。发电。其工作过程为其工作过程为
9、:涨潮时先不进水，由于是双向水轮机，等有一涨潮时先不进水，由于是双向水轮机，等有一定水位差时再发电，同时也给水库充水。定水位差时再发电，同时也给水库充水。退潮时，水库水位差不够时停止发电，直到足退潮时，水库水位差不够时停止发电，直到足够的水位差时，水轮机反向运转发电。够的水位差时，水轮机反向运转发电。新能源及分布式发电技术两个水库，涨落潮时都发电。两个水库，涨落潮时都发电。其工作过程为：其工作过程为：一个高位水库，一个低位水库，增加了水位调一个高位水库，一个低位水库，增加了水位调节的能力，实现了不间断发电，发电也是单向节的能力，实现了不间断发电，发电也是单向的。的。如果进水阀门与泄水阀门控制得
10、当，可使水轮如果进水阀门与泄水阀门控制得当，可使水轮机水头保持稳定。机水头保持稳定。新能源及分布式发电技术(1)轴流式水轮机组。轴流式水轮机组。水轮机轴是垂直的，水流从面的叶片方向流入，水轮机轴是垂直的，水流从面的叶片方向流入，改变方向沿轴下部流出。发电是立式的，在水改变方向沿轴下部流出。发电是立式的，在水轮机上与水轮机同轴。轮机上与水轮机同轴。该发机组效率低、功率小，但寿命长。该发机组效率低、功率小，但寿命长。(2)贯流式水轮机组。贯流式水轮机组。水轮机和发电机均沿水平向安装，通过一个竖水轮机和发电机均沿水平向安装，通过一个竖井的皮带连接，中间安装齿轮速箱。水经闸门井的皮带连接，中间安装齿轮
11、速箱。水经闸门流道落下，改变方向沿水平方向经片流出。流道落下，改变方向沿水平方向经片流出。其特点是效率低，但简单，易安装与维修。其特点是效率低，但简单，易安装与维修。新能源及分布式发电技术全封闭全封闭、水平安装，葫芦形，大头装有发水平安装，葫芦形，大头装有发电机，小头装有水轮机。水流先经过大头电机，小头装有水轮机。水流先经过大头密封的发电机，再流水轮机。密封的发电机，再流水轮机。尽管机组占有不少体积，但由于采取紧凑尽管机组占有不少体积，但由于采取紧凑轴发电机与水轮机，其效率高。轴发电机与水轮机，其效率高。在较先进的国内外潮汐电站上采用这种型在较先进的国内外潮汐电站上采用这种型式，其缺点是整个发
12、电机在水下密封，维式，其缺点是整个发电机在水下密封，维修不便，发电机在流道里使得能量损失。修不便，发电机在流道里使得能量损失。新能源及分布式发电技术水轮机和转子装在流道中，力小、效率高；水轮机和转子装在流道中，力小、效率高；定子装在流道外。定子装在流道外。国外大型万千瓦机组上使用这种完美的机国外大型万千瓦机组上使用这种完美的机型，瑞典这方面技术比较先进。型，瑞典这方面技术比较先进。新能源及分布式发电技术潮流能潮流能的流速呈正弦波的流速呈正弦波状周期性变化，每状周期性变化，每日日2次的潮位变动和每月次的潮位变动和每月2次程度较大的潮次程度较大的潮位变动。位变动。潮流在流速大于潮流在流速大于2m/
13、秒以上的水域就有实际秒以上的水域就有实际开发价值，我国潮流能丰富的地区主要在开发价值，我国潮流能丰富的地区主要在辽宁、山东、浙江、福建、台湾沿海地区，辽宁、山东、浙江、福建、台湾沿海地区，能量密度在能量密度在15-30kw之间，具有良好的开发之间，具有良好的开发价值价值。舟山群岛一带大部分海域海潮流速。舟山群岛一带大部分海域海潮流速在在2米至米至4米米/秒之间，在全国可开发利用的秒之间，在全国可开发利用的潮流能中占有很高的比例。潮流能中占有很高的比例。新能源及分布式发电技术 海浪来源于空气和水表面温度的不一致，海浪来源于空气和水表面温度的不一致，由海上的风推动海水，风与海面作用产由海上的风推动
14、海水，风与海面作用产生波浪，水面上的大小波浪交替，有规生波浪，水面上的大小波浪交替，有规律地顺风律地顺风“滚动滚动”。水面下的波浪随风力不同做直径不同、水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周运动。但是在波浪中的转速不同的圆周运动。但是在波浪中的物体并不随着波浪移动，而是上下振动。物体并不随着波浪移动，而是上下振动。新能源及分布式发电技术波浪能密度虽低，但其横向作用产生的波浪能密度虽低，但其横向作用产生的能量密度很高，且沿海岸线分布，有利能量密度很高，且沿海岸线分布，有利于开发大功率波力发电站。于开发大功率波力发电站。波浪比风的能量更集中、更有力量，当波浪比风的能量更集中、更有力量，当
15、波浪开始向前移动时，就是沉重且强有波浪开始向前移动时，就是沉重且强有力的。力的。海浪和海浪和潮汐可以保持起伏，而且可以在潮汐可以保持起伏，而且可以在三天前做出三天前做出预报，提供了比风有其他方预报，提供了比风有其他方面的优势。面的优势。新能源及分布式发电技术1、风浪：、风浪：海水受到风力的作用而产生的波动。波面较陡，波长海水受到风力的作用而产生的波动。波面较陡，波长较短，波峰附近常有浪花或片片泡沫，传播方向与风较短，波峰附近常有浪花或片片泡沫，传播方向与风向一致。向一致。2、涌浪：、涌浪：风浪传播到风区以外的海域中所表现的波浪。排列比风浪传播到风区以外的海域中所表现的波浪。排列比较整齐，波峰线
16、较长，波面较平滑，略近似正弦波。较整齐，波峰线较长，波面较平滑，略近似正弦波。3、海洋近岸、海洋近岸波：波：风浪或涌浪传播到海岸附近，受地形的作用改变波动风浪或涌浪传播到海岸附近，受地形的作用改变波动性质的海浪。随海水变浅，其传播速度变小、波长和性质的海浪。随海水变浅，其传播速度变小、波长和波速减小。在传播过程中波形不断变化，波峰前侧不波速减小。在传播过程中波形不断变化，波峰前侧不断变陡，后侧不断变得平缓，波面变得很断变陡，后侧不断变得平缓，波面变得很不对称。不对称。新能源及分布式发电技术风浪、涌浪和近岸波的波高从几厘米到风浪、涌浪和近岸波的波高从几厘米到20余米，余米，最高可达最高可达30米
17、以上。米以上。根据波高大小，通常将风浪分为根据波高大小，通常将风浪分为10个等级，将涌个等级，将涌浪分为浪分为5个等级。个等级。0级级5级级6级级7级级8级级9级级描述无浪无涌大浪巨浪狂浪狂涛怒涛波高/m266.110新能源及分布式发电技术根据波浪理论，波浪能量与波高的平方成根据波浪理论，波浪能量与波高的平方成正比，与海水密度也成正比。正比，与海水密度也成正比。Kinsman1965年提出以下公式：年提出以下公式：2/(32)Pgh T:;:;.PhgT功率;海水密度波高;周期重力加速度新能源及分布式发电技术1799年，一对法国父子尝试为一种可以附在漂浮年，一对法国父子尝试为一种可以附在漂浮船
18、只上的巨大杠杆申请专利，它可以随海浪一起船只上的巨大杠杆申请专利，它可以随海浪一起波动来驱动岸边的水泵和发电机。波动来驱动岸边的水泵和发电机。但当时蒸汽动力吸引了人们的注意力，他们的想但当时蒸汽动力吸引了人们的注意力，他们的想法只留迹在制图板上了。法只留迹在制图板上了。两个世纪前，油料禁运导致的能源紧张重新刺激两个世纪前，油料禁运导致的能源紧张重新刺激了海浪发电的设计，但最后因为解禁、油价下滑，了海浪发电的设计，但最后因为解禁、油价下滑，利用波浪能的想法还是被放弃。利用波浪能的想法还是被放弃。新能源及分布式发电技术1964年，日本研制成了世界上第一个利用海浪发年，日本研制成了世界上第一个利用海
19、浪发电的装置电的装置-航标灯，它开创航标灯，它开创了人类利用海浪发电的了人类利用海浪发电的新纪元。新纪元。日本平均波能约为日本平均波能约为13 kW/km(近海近海)和和6 kW/km(沿沿岸岸)，沿海的波浪可利用能量估算约，沿海的波浪可利用能量估算约20 GW，可满，可满足国内能源总需求量的足国内能源总需求量的1/3。由于拥有丰富的波浪能，日本一直重视波浪能技由于拥有丰富的波浪能，日本一直重视波浪能技术向生产应用的转化研究，在波浪能转换技术实术向生产应用的转化研究，在波浪能转换技术实用化方面走在世界前列。用化方面走在世界前列。新能源及分布式发电技术90年代初期在苏格兰建成了一座发电能力为年代
20、初期在苏格兰建成了一座发电能力为75千千瓦的海浪发电站。英国是继挪威、日本之后利用瓦的海浪发电站。英国是继挪威、日本之后利用海浪发电的第三个国家。海浪发电的第三个国家。在英国的苏格兰东北角，有一大片被称作奥克尼在英国的苏格兰东北角，有一大片被称作奥克尼群岛的岛屿，它们附近的海域风急浪高，波涛汹群岛的岛屿，它们附近的海域风急浪高，波涛汹涌是波浪能丰富的海域。为解决海浪发电机设计涌是波浪能丰富的海域。为解决海浪发电机设计和建造的各种问题，和建造的各种问题，2003年年10月，欧洲海洋能源月，欧洲海洋能源中心在英国政府的资助下，建造了世界上第一个中心在英国政府的资助下，建造了世界上第一个专门为研究和
21、测试的海浪发电试验场。专门为研究和测试的海浪发电试验场。新能源及分布式发电技术2008年年9月月，葡萄牙建造，葡萄牙建造的世界第一座商用的世界第一座商用波浪能发电场波浪能发电场Agucadoura发电场首次亮相。发电场首次亮相。通过通过3根根140米长的米长的“红色海蛇红色海蛇(电缆电缆)”，连接，连接在葡萄牙北海面海床处的圆柱型波浪能转在葡萄牙北海面海床处的圆柱型波浪能转换器，然后通过海底电缆中转站，最终注换器，然后通过海底电缆中转站，最终注入电网。入电网。该发电场将会产生该发电场将会产生2.2兆瓦的电能，这些电兆瓦的电能，这些电能足够满足能足够满足1500个家庭的用电需求。波浪个家庭的用电
22、需求。波浪能发电站的最终目标是产生能发电站的最终目标是产生21兆瓦的电能。兆瓦的电能。新能源及分布式发电技术波浪发电转换过程一般分为三个环节：波浪发电转换过程一般分为三个环节：第一级转换，将波浪能转换为装置实体所持有第一级转换，将波浪能转换为装置实体所持有的能量，或是说利用特殊装置收集波浪能量；的能量，或是说利用特殊装置收集波浪能量；第二级转换或称中间转换，主要作用是将第一第二级转换或称中间转换，主要作用是将第一级转换中还达不到要求的能量进行稳向、稳速、级转换中还达不到要求的能量进行稳向、稳速、增速和放大；增速和放大；第三级或称终极转换，就是将第二级装置所获第三级或称终极转换，就是将第二级装置
23、所获的的机械能等转换为电能。的的机械能等转换为电能。新能源及分布式发电技术1、运动型，收集一定方向的机械能。比如，一个、运动型，收集一定方向的机械能。比如，一个轮子能在波浪里上下摇动，我们可以像整流似的轮子能在波浪里上下摇动，我们可以像整流似的选出一定方向可以利用的机械能。选出一定方向可以利用的机械能。2、震荡型，把震动的水柱变成变化的气柱，有个、震荡型，把震动的水柱变成变化的气柱，有个震荡腔，如果能产生共振，效果就更佳，震动变震荡腔，如果能产生共振，效果就更佳，震动变为旋转也较容易。为旋转也较容易。3、水流型，改变水流形状，形成压差，就可做推、水流型，改变水流形状，形成压差，就可做推动力。动
24、力。4、压力型，比较直观，直接用波浪来压缩空气，、压力型，比较直观，直接用波浪来压缩空气，作为动力。作为动力。新能源及分布式发电技术通过波能的一次转换将波能转换为另一种通过波能的一次转换将波能转换为另一种形式的形式的机械能机械能，经二，经二次次转换变为电能。二转换变为电能。二次转换间一般还有些中间转换装置来优化次转换间一般还有些中间转换装置来优化第一级转换，目的是将能量作传递。第一级转换，目的是将能量作传递。中间环节促使波力机械能经特殊装置处理中间环节促使波力机械能经特殊装置处理达到稳向、稳速和加速能量传输，以推动达到稳向、稳速和加速能量传输，以推动发电机组。波浪动能通过适当的利用用齿发电机组
25、。波浪动能通过适当的利用用齿轮、杠杆的机械式方式、用液压系统的水轮、杠杆的机械式方式、用液压系统的水动式的方式或用空气泵的气动式方式等被动式的方式或用空气泵的气动式方式等被转换成推动水轮机的动力。转换成推动水轮机的动力。新能源及分布式发电技术1975年在浙江省嗓山岛制成年在浙江省嗓山岛制成1kW波电浮标。波电浮标。1985年中科院广州能源研究所开发成功利用对称年中科院广州能源研究所开发成功利用对称翼透平的航标灯用作波浪发电装置。翼透平的航标灯用作波浪发电装置。从从20世纪世纪80年代开始，中国在年代开始，中国在3个五年计划中提供个五年计划中提供大量资金用于研制岸式振荡水柱波能装置、摆式大量资金
26、用于研制岸式振荡水柱波能装置、摆式波能装置、漂浮式波能发电船及波浪能独立发电波能装置、漂浮式波能发电船及波浪能独立发电与制淡系统。与制淡系统。“十五十五”期间，我国已经在波浪能转换效率、波期间，我国已经在波浪能转换效率、波浪能稳定输出和波浪能装置建造技术上有了显著浪能稳定输出和波浪能装置建造技术上有了显著的提高，处于世界先进水平。的提高，处于世界先进水平。新能源及分布式发电技术世界上第一个成功的波力发电装置是世界上第一个成功的波力发电装置是1910年安装年安装在法国海岸边的容量为在法国海岸边的容量为1 kW的私家发电站的私家发电站,，它采，它采用的就是空气透平方式波力发电。用的就是空气透平方式
27、波力发电。20世纪世纪80年代以来，挪威、日本、英国和中国等年代以来，挪威、日本、英国和中国等国家建造了数种波力电站，其中大多数波力电站国家建造了数种波力电站，其中大多数波力电站是空气透平方式是空气透平方式(振荡水柱振荡水柱)型的。它们具有良好型的。它们具有良好的波能转换性能及防腐性能，对地形的依赖性小，的波能转换性能及防腐性能，对地形的依赖性小，且其设计方法和建造技术也发展得最为成熟。且其设计方法和建造技术也发展得最为成熟。新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术海水进入空气室，使空气室内的水位上升，海水进入空气室，使空气室内的水位上升，室内体积变小。室内体积变小。
28、气压增大，大于外界气压。因此，空气被气压增大，大于外界气压。因此，空气被压入压入A，B水阀室，如图水阀室，如图6.6所示。所示。在在A水阀室产生的空气气泡集合后，从水阀室产生的空气气泡集合后，从“集集合喷管合喷管”喷出，气流通过导向叶片，带喷出，气流通过导向叶片，带动涡轮旋转作功。作功后的气体从通风口动涡轮旋转作功。作功后的气体从通风口通出。通出。B水阀室则隔断从水阀室则隔断从A室来的空气，使室来的空气，使“集合喷管集合喷管”处产生负压。处产生负压。新能源及分布式发电技术空气室内的气体体积增大，压力降低，使空气室内的气体体积增大，压力降低，使室内的气压小于外界气压，外界空气冲开室内的气压小于外
29、界气压，外界空气冲开空气活门，进入涡轮，通过导向叶片推动空气活门，进入涡轮，通过导向叶片推动涡轮机作功。涡轮机作功。作功后的气体经作功后的气体经“集合喷管及水阀室集合喷管及水阀室B至至空气室，而水阀室空气室，而水阀室A则隔断空气，如图则隔断空气，如图6.6所示。所示。新能源及分布式发电技术漂浮式：漂浮式：主要优点在于建造方便、投放点机动、对潮位主要优点在于建造方便、投放点机动、对潮位变化的适应性强，从变化的适应性强，从工程观点出发，漂浮式的工程观点出发，漂浮式的主要缺点是系泊与输电。主要缺点是系泊与输电。固定式：固定式：固定的空气式吸收波能的开口无法适应潮位的固定的空气式吸收波能的开口无法适应
30、潮位的改变，意味着至少有一半时间处于不理想的工改变，意味着至少有一半时间处于不理想的工作状态，大大影响了总体效率。作状态，大大影响了总体效率。新能源及分布式发电技术聚波蓄能式波能转换装置利用狭道把广范聚波蓄能式波能转换装置利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，以提高能围的波能聚集在很小的范围内，以提高能量的密度。量的密度。新能源及分布式发电技术工作原理：工作原理：首先利用氨、丙烷或氟利昂等蒸发温度低的工首先利用氨、丙烷或氟利昂等蒸发温度低的工作流体来蒸发表层海水，使其汽化推动涡轮发作流体来蒸发表层海水，使其汽化推动涡轮发电机发电；电机发电；然后利用深层冷海水冷却工作流体成液态，再然后利用深
31、层冷海水冷却工作流体成液态，再予反复使用。予反复使用。温差发电具有很强的规模效益，发电后排温差发电具有很强的规模效益，发电后排出来剩余海水都可用于多目的综合利用，出来剩余海水都可用于多目的综合利用，如水产养殖、动物饲养、植物培育、冷房如水产养殖、动物饲养、植物培育、冷房冷库等。冷库等。新能源及分布式发电技术 1881年由法国人年由法国人DArsonval提出海洋提出海洋温差发温差发电的概念。电的概念。1926年法国科学家克劳德实验验证了温差年法国科学家克劳德实验验证了温差能至电能之间的转换。能至电能之间的转换。1929年在古巴建成了一座海水温差发电的年在古巴建成了一座海水温差发电的试验装置，发
32、电功率为试验装置，发电功率为22千瓦。千瓦。20世纪世纪70年代年代70年代第一次石油危机才使年代第一次石油危机才使得以美国、日本为代表的国家把海洋温差得以美国、日本为代表的国家把海洋温差发电研究列入基础研究范围。发电研究列入基础研究范围。新能源及分布式发电技术1979年美国建立了闭式循环的年美国建立了闭式循环的Mini-OTEC系系统，实践了从海洋温差能中统，实践了从海洋温差能中获得获得电力的实电力的实用意义。用意义。1993年美国在夏威夷建成年美国在夏威夷建成210 KW开放式循开放式循环系统，并开始探索对于海水温差能的综环系统，并开始探索对于海水温差能的综合利用。合利用。美国太平洋高技术
33、研究国际中心美国太平洋高技术研究国际中心(PICHTR)还还开发了利用冷海水进行空调、制冷及海水开发了利用冷海水进行空调、制冷及海水养殖等附属产业，在太平洋热带岛屿显示养殖等附属产业，在太平洋热带岛屿显示出良好的市场前景。出良好的市场前景。新能源及分布式发电技术日本在海洋温差能研究开发方面投资力度日本在海洋温差能研究开发方面投资力度很大，并在海洋热能发电系统和换热器技很大，并在海洋热能发电系统和换热器技术方面领先于美国。术方面领先于美国。迄今日本共建造了迄今日本共建造了3座海洋温差试验电站：座海洋温差试验电站：1981年日本在瑙鲁建造闭式循环实验设施，额年日本在瑙鲁建造闭式循环实验设施，额定功
34、率定功率120 KW。1985年日本佐贺大学建成闭式循环的年日本佐贺大学建成闭式循环的75 KW实实验设施。验设施。1994年日本佐贺大学建成新型闭式循环的年日本佐贺大学建成新型闭式循环的9KW实验设施并进行海水淡化方面的研究。实验设施并进行海水淡化方面的研究。新能源及分布式发电技术印度由日本佐贺大学海洋能源研究中心提印度由日本佐贺大学海洋能源研究中心提供技术合作，供技术合作，2006年建造了一艘海洋温差年建造了一艘海洋温差发电试验船。发电试验船。试验船海洋发电设备的输出功率为试验船海洋发电设备的输出功率为1000kW，目前规模是世界最大的。目前规模是世界最大的。印度政府准备将来建设印度政府准
35、备将来建设1000台台50万万kW的海的海洋温差发电设备。如果这一宏伟构想得以洋温差发电设备。如果这一宏伟构想得以实现，那么其发电容量与目前日本的原子实现，那么其发电容量与目前日本的原子能发电规模相当。能发电规模相当。新能源及分布式发电技术现有海洋温差发电的方法基本上有两种：现有海洋温差发电的方法基本上有两种：一种是利用温海水，将封闭的循环系统中的低一种是利用温海水，将封闭的循环系统中的低沸点工作流体蒸发；沸点工作流体蒸发；另一种则是温海水本身在真空室内沸腾。另一种则是温海水本身在真空室内沸腾。发电后的蒸气，可用温度很低的冷海水冷发电后的蒸气，可用温度很低的冷海水冷却，将之变回流体，构成一个循
36、环。冷海却，将之变回流体，构成一个循环。冷海水一般要从海平面以下水一般要从海平面以下600-1000 m的深部抽的深部抽取。一般温海水与冷海水的温差在取。一般温海水与冷海水的温差在20以以上，即可产生净电力。上，即可产生净电力。新能源及分布式发电技术(1)、封闭式系统、封闭式系统封闭式循环系统利用低封闭式循环系统利用低沸点的工作流体作为工沸点的工作流体作为工质，其组成见图质，其组成见图6.6。因为工作流体在封闭系因为工作流体在封闭系统中循环，故称为封闭统中循环，故称为封闭式循环系统。式循环系统。新能源及分布式发电技术当温海水泵将温海水抽起，并将其作为当温海水泵将温海水抽起，并将其作为热源传导给
37、蒸发器内的工作流体，使其热源传导给蒸发器内的工作流体，使其蒸发。蒸发。蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，并推动涡轮机的叶片而达到发电的目的。并推动涡轮机的叶片而达到发电的目的。发电后的工作流体被导入冷凝器，并将发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给抽自深层的冷海水，冷却后其热量传给抽自深层的冷海水，冷却后再恢复成液体，然后经循环泵打至蒸发再恢复成液体，然后经循环泵打至蒸发器，形成一个循环。器，形成一个循环。新能源及分布式发电技术(a)系统处于正压，汽轮机压降较大。采系统处于正压，汽轮机压降较大。采用低沸点工质可以提高压力差和压力水用低沸点工质可以提高
38、压力差和压力水平，极大地缩小汽轮机尺寸，减小温海平，极大地缩小汽轮机尺寸，减小温海水流量，实现装置的小型化，以及规模水流量，实现装置的小型化，以及规模的大型化，易于取得到商业化发展；的大型化，易于取得到商业化发展；(b)由于工质在闭路中循环，海水内不凝由于工质在闭路中循环，海水内不凝性气体对系统的影响较小，海水不需要性气体对系统的影响较小，海水不需要脱气。脱气。新能源及分布式发电技术(a)海水与工质之间需要二次换热，减小海水与工质之间需要二次换热，减小了可利用的温差；了可利用的温差；(b)蒸发器和冷凝器体积较大，金属耗量蒸发器和冷凝器体积较大，金属耗量大，维护困难；大，维护困难；(c)由于温差
39、较小，必须有性能优良的热由于温差较小，必须有性能优良的热交换器，才能大大降低建设费用；交换器，才能大大降低建设费用；(d)只可发电，不能生产淡水。只可发电，不能生产淡水。(e)工质的泄漏可能对环境造成影响。工质的泄漏可能对环境造成影响。新能源及分布式发电技术开放式循环系统并不利用其他工质的工作流体，开放式循环系统并不利用其他工质的工作流体，而是直接使用温海水而是直接使用温海水(见图见图6.7)。开放式循环系统并不利用其他工质的工作流体，开放式循环系统并不利用其他工质的工作流体，而是直接使用温海水而是直接使用温海水(见图见图6.7)。工作原理：工作原理：首先将温海水导入真空状态的蒸发器，使其部首
40、先将温海水导入真空状态的蒸发器，使其部分蒸发，其蒸气压力约为分蒸发，其蒸气压力约为3 kPa(25)，相当于，相当于0.03大气压力。大气压力。水蒸气在低压涡轮机内进行绝热膨胀，做完功水蒸气在低压涡轮机内进行绝热膨胀，做完功之后引入冷凝器，水蒸气被冷海水冷却成液体。之后引入冷凝器，水蒸气被冷海水冷却成液体。新能源及分布式发电技术(a)以在真空下不断蒸发的温海水蒸汽为以在真空下不断蒸发的温海水蒸汽为工作流体，不会因为工质的泄漏而对环工作流体，不会因为工质的泄漏而对环境造成破坏；境造成破坏；(b)如果冷凝器采用间壁式冷凝器，则可如果冷凝器采用间壁式冷凝器，则可得到淡水；得到淡水；(c)由于不使用其
41、他介质，不需要海水与由于不使用其他介质，不需要海水与工质的热交换，因此可以减少由于二次工质的热交换，因此可以减少由于二次热交换而产生的热损；热交换而产生的热损；(d)结构相对比较简单。结构相对比较简单。新能源及分布式发电技术(a)当海水蒸汽进入闪蒸器之类的真空部当海水蒸汽进入闪蒸器之类的真空部件后，大部分溶解气体被释放出来，为件后，大部分溶解气体被释放出来，为了保持系统真空，必须连续除去这些气了保持系统真空，必须连续除去这些气体；体；(b)系统处于负压状态，汽轮机压降较低系统处于负压状态，汽轮机压降较低效率低，尺寸大；效率低，尺寸大；(c)必须将大量的海水泵进发电厂以产生必须将大量的海水泵进发
42、电厂以产生足够的蒸汽来推动这一大型、低压的汽足够的蒸汽来推动这一大型、低压的汽轮机，这限值了系统的发电量。轮机，这限值了系统的发电量。新能源及分布式发电技术混合式系统的温海水先经过一个闪蒸蒸发器，混合式系统的温海水先经过一个闪蒸蒸发器，使其中一部分温海水转变为水蒸气；随即将蒸使其中一部分温海水转变为水蒸气；随即将蒸气导入第二个蒸发器气导入第二个蒸发器(见图见图6.8)。水蒸气在此被。水蒸气在此被冷却，并释放热能；此热能再将低沸点的工作冷却，并释放热能；此热能再将低沸点的工作流体蒸发。工作流体经过循环而构成一个封闭流体蒸发。工作流体经过循环而构成一个封闭式系统。式系统。设计混合式发电系统的目的在
43、于避免温海水对设计混合式发电系统的目的在于避免温海水对热交换器所产生的生物附着。该系统在第二个热交换器所产生的生物附着。该系统在第二个蒸发器中还可以有淡水副产品的产出。同时，蒸发器中还可以有淡水副产品的产出。同时，开放式发电系统的低容量缺点亦可获得改善。开放式发电系统的低容量缺点亦可获得改善。新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术动力系统是动力系统是海洋温差海洋温差发电系统的核心，发电系统的核心，系统内采用低沸点的工作流体进行循环，系统内采用低沸点的工作流体进行循环，从性能角度分析，氨和从性能角度分析，氨和R22较为理想，但较为理想，但从环保角度考虑，新的工质仍在寻
44、找中。从环保角度考虑，新的工质仍在寻找中。新能源及分布式发电技术热交换器是海洋温差发电系统的关键设备，它热交换器是海洋温差发电系统的关键设备，它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。响。美国阿贡国家实验室的研究人员发现，在腐蚀美国阿贡国家实验室的研究人员发现，在腐蚀性暖海水环境下，改进后的钎焊铝换热器寿命性暖海水环境下，改进后的钎焊铝换热器寿命可达可达30年以上。年以上。另外，热交换器表面容易附着生物使表面换热另外，热交换器表面容易附着生物使表面换热系数降低，对整个系统的经济性影响极大，需系数降低，对整个系统的经济性影响极大，需要控制生物体的附着，
45、可通过间断加氯的方法要控制生物体的附着，可通过间断加氯的方法实现。实现。新能源及分布式发电技术太阳池是一种人造的盐水池，它是利用具有一太阳池是一种人造的盐水池，它是利用具有一定盐浓度梯度的池水作为集热器和蓄热器的一定盐浓度梯度的池水作为集热器和蓄热器的一种太阳能热利用系统。种太阳能热利用系统。池底涂黑，池中充满一定浓度梯度的氯化钠和池底涂黑，池中充满一定浓度梯度的氯化钠和氯化镁溶液。池子表面为清水，底层是较浓或氯化镁溶液。池子表面为清水，底层是较浓或饱和的盐水溶液。饱和的盐水溶液。由于浓度梯度而阻止了流体的自然对流使池水由于浓度梯度而阻止了流体的自然对流使池水稳定。池底热能只能以传导的方式向外
46、传递。稳定。池底热能只能以传导的方式向外传递。当太阳辐射到池中后，池底温度升高，池面温当太阳辐射到池中后，池底温度升高，池面温度较低可以看作保温层。度较低可以看作保温层。新能源及分布式发电技术混合式海洋温差发电系统在进入脱气器、闪蒸器混合式海洋温差发电系统在进入脱气器、闪蒸器前，经过太阳池加热使得温海水的温度先升高，前，经过太阳池加热使得温海水的温度先升高，从而使闪蒸后得到的潜能提高。从而使闪蒸后得到的潜能提高。另外，系统增加的太阳能集热器，便于进一步加另外，系统增加的太阳能集热器，便于进一步加热流体工质，提高其蒸汽压力，使得在涡轮处做热流体工质，提高其蒸汽压力，使得在涡轮处做功增加，系统效率
47、增大。功增加，系统效率增大。总之，混合式循环系统综合了开式循环和闭式循总之，混合式循环系统综合了开式循环和闭式循环的优点，并且既可发电，又可产生淡水，但是环的优点，并且既可发电，又可产生淡水，但是系统较复杂，系统初投资较大。系统较复杂，系统初投资较大。新能源及分布式发电技术1、海水淡化和冷水空调、海水淡化和冷水空调开放式循环和混合式循环海洋温差发电系统都开放式循环和混合式循环海洋温差发电系统都可以作为海水淡化器进行利用，开放式循环的可以作为海水淡化器进行利用，开放式循环的冷凝器和混合式循环的蒸发器的冷凝水就是淡冷凝器和混合式循环的蒸发器的冷凝水就是淡水，可供人们饮用或农业利用。水，可供人们饮用
48、或农业利用。2、海水养殖、海水养殖由于深海冷水中富含，氮磷硅等营养盐类十分由于深海冷水中富含，氮磷硅等营养盐类十分有利于海水养殖有利于海水养殖。新能源及分布式发电技术夏威夷大学夏威夷大学首先提出把冷海水用于农业的想法，首先提出把冷海水用于农业的想法，在在地下埋一地下埋一排冷水管创造出热带地区没有的低排冷水管创造出热带地区没有的低温气候环境，系统除降低土壤温度外，同时由温气候环境，系统除降低土壤温度外，同时由于大气中水分在管子表面的冷凝还可以产生滴于大气中水分在管子表面的冷凝还可以产生滴灌效果灌效果。新能源及分布式发电技术从从海水中产生燃料的方法有海水中产生燃料的方法有两种：两种：利用利用电站排
49、放的大量深层冷海水富含电站排放的大量深层冷海水富含的营养盐类的营养盐类，来养之深海巨藻，来养之深海巨藻，在经在经厌氧消化生产热值沼气；或者厌氧消化生产热值沼气；或者是经发是经发酵生产酵生产酒精、丙酮、乙醛等；或是使酒精、丙酮、乙醛等；或是使用超用超临界水临界水，将高含水量的海藻汽化，将高含水量的海藻汽化生产氢气。生产氢气。海洋能海洋能生产的电力就是利用生成燃料，生产的电力就是利用生成燃料，比如以海水和比如以海水和空气为原料生产氢氨或空气为原料生产氢氨或甲醇甲醇。新能源及分布式发电技术向海上采油工程核锰矿向海上采油工程核锰矿开采工程提供开采工程提供电电力，开发力，开发OTEC的最佳的最佳地点一般
50、也是深海地点一般也是深海采矿的最好地点，因此可把深海采矿的最好地点，因此可把深海采矿和采矿和OTEC相相结合，这样就可以结合，这样就可以利用电力获得利用电力获得锰铜钴镍等锰铜钴镍等金属。金属。新能源及分布式发电技术总体来说，我国对海洋能发电的研究利总体来说，我国对海洋能发电的研究利用的重视程度逐步提高，政府给予了许用的重视程度逐步提高，政府给予了许多支持，也取得显著的科研成果，但同多支持，也取得显著的科研成果，但同时也存在着诸多需要克服的困难。时也存在着诸多需要克服的困难。新能源及分布式发电技术我国的海洋能发电起步较晚，加上科研技术相我国的海洋能发电起步较晚，加上科研技术相对落后，目前只有潮汐
