1、第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电第第4章章 海洋能发电海洋能发电第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1 海洋能及其开发利用海洋能及其开发利用 4.2 潮汐发电潮汐发电 4.3 波浪发电波浪发电 4.4 海流发电海流发电 4.5 温差发电温差发电 4.6 盐差发电盐差发电 第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1 海洋能及其开发利用海洋能及其开发利用 海洋能（Ocean Energy）是指依附在海水中的可再生能源，海洋能主要以潮汐、波浪、海流、温度差、盐度差等形式存在于海洋之中。潮汐能和海流能源自月球、太阳和其他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。海水温差能是一种热能。低纬度的海面水温
2、较高，与深层水形成温度差，可产生热交换，其能量与温差的大小和热交换数量成正比。潮汐能、海流能、波浪能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的二次方和波动水域面积成正比。在河口水域还存在海水盐差能（又称海水化学能），入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透，可产生渗透压力，其能量与压力差和渗透能量成正比。目前，发电是开发利用海洋能的主要方式。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电海洋能具有如下特点：海洋能具有如下特点：（1）在海洋总水体中的蕴藏量巨大，但单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小，利用效率不高，经济性差。（2）具有可再生性。海洋
3、能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。（3）能量多变，具有不稳定性。潮汐能与海流能不稳定，但其变化有一定规律，人们可根据潮汐和海流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与海流预报，潮汐电站与海流电站可根据预报表安排发电运行。波浪能是既不稳定又无变化规律可循的能源，而海水温差能、盐差能和海流能变化较为缓慢。（4）属于一种洁净能源，海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1.1 海洋能的分类海洋能的分类4.1.2 海洋能的开发海洋能的开发4.1.3 中国海洋能资源及开发利用概况中国海洋
4、能资源及开发利用概况第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1.1 海洋能的分类海洋能的分类 根据呈现方式的不同，海洋能一般分为潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、盐差能等几种。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电（1）潮汐能。潮汐能是因月球、太阳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引起的水的势能即为潮汐能。潮汐能利用的原理与水力发电的原理类似，而且潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。（2）波浪能。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的，并以势能和动能的形式由短周期波储存的机械能。波浪的能量与波高的二次方、波浪的运动周期以及迎波面
5、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。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电（3）海流能。海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。（4）海水温差能。海水温差能是指海洋表层海水和深层海水之间温差的热能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在的温差，蕴藏着丰富的热能资源，其能量与温差的大小和水量成正比。第第4 4章章 海洋能
6、发电海洋能发电（5）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，是以化学能形态出现的海洋能，主要存在于河海交接处。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1.2 海洋能的开发海洋能的开发 人类开发海洋能的历史和水能利用差不多。1930年在法国首次试验成功海水温差发电，现在，许多国家都在进行海水温差发电的研究。利用海水的温差来进行发电还兼有海水淡化的功能。早在12世纪，人类就开始利用潮汐能。当时法国人利用潮汐能代替人力推磨。随着科学技术的进步，人们开始筑坝拦水，建起潮汐电站。目前世界上最大潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站。我国浙江省的江厦潮汐电站为国内最大。海洋能开发
7、作为未来的海洋产业，将给海洋经济的发展带来新的活力。海洋资源的综合利用，要把海洋能发电技术与各种海洋能系统副产品的开发结合起来，例如潮汐能发电可与海水养殖业、滨海旅游业相结合，海水温差发电、波浪能发电可以海水淡化、渔业和养殖业相结合。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.1.3 中国海洋能资源及开发利用概况中国海洋能资源及开发利用概况第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电（1）资源分布极不均匀。全国潮汐能资源主要集中在东海沿岸，又以福建、浙江两省最多。值得指出的是，潮汐能资源最丰富的东南沿海地区正是我国经济发达，能耗量大，常规能源十分缺乏的地区，如能开发沪浙
8、闽的潮汐能资源，则可为缓解东南沿海地区的能源供求矛盾做出贡献。（2）资源开发条件浙江、福建最好。从潮差（能量密度）和海岸类型（地质条件）看，以福建、浙江沿岸最好，其次是辽东半岛南岸东侧、山东半岛南岸东侧和广西东部岸段。这些地区潮差较大，为基岩港湾海岸，海岸曲折多海湾，具有很好的潮汐电站建站条件。（3）能量密度较低。中国沿岸潮差较大的地区，浙江的三门湾至福建的海坛岛沿岸平均潮差45m，最大潮差78.5m，仅相当于世界最大潮差的一半，在世界上处于中等水平，这是中国潮汐电站单位装机容量造价高的原因之一。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电除潮汐能外，波浪能和海水温差能也较为丰富。中国也是世界上主要的
9、波浪研究开发国家之一，波浪发电技术研究始于20世纪70年代，从80年代初开始主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究，且获得较快发展，微型波浪发电技术已经成熟，小型岸式波浪发电技术已进入世界先进行列。而海水温差能是海面上的海水被太阳晒热后，在真空泵中减压，使海水变为蒸汽，然后推动蒸汽轮机而发电。同时，蒸汽冷却后回收为淡水。这项技术我国正在研究和开发中。我国海流发电研究始于20世纪70年代末，首先在舟山海域进行了8KW海流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机海流发电装置试验研究，目前正在采用此原理进行70KW海流试验电站的研究工作，在舟山海域的站址已经选定
10、。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.2 潮汐发电潮汐发电 潮汐是海洋的基本特征。和波浪在海面上不同，潮汐现象主要表现在海岸边。到了一定的时间，潮水低落了，沙滩慢慢露出了水面，人们在沙滩上捕捞贝壳，又过了一段时间，潮水又奔腾而来。这样，海水日复一日，年复一年的上涨、下降着，人们把白天海面的涨落现象称作“潮”，晚上海面的涨落称作“汐”，合起来就为“潮汐”。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-1 潮汐涨落的过程曲线第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电根据潮汐涨落周期和相邻潮差的不同，可以把潮汐现象分为以下三种类型：（1）正规半日潮。一个地点在一个太阴日（24h50min）内，发生两次高潮
11、和两次低潮，两次高潮和低潮的潮高近似相等，涨潮时和落潮时也近似相等，这种类型的潮汐称为正规半日潮。（2）混合潮。一般可分为不正规半日潮和不正规日潮两种情况。不正规半日潮是在一个太阴日内有两次高潮和两次低潮，但两次高潮和低潮的潮高均不相等，涨潮时和落潮时也不相等；不正规日潮是在半个月内，大多数天数为不正规半日潮，少数天数在一个太阴日内会出现一次高潮和一次低潮的日潮现象，但日潮的天数不超过7天。（3）全日潮。在半个月内，有连续1/2以上天数，在一个太阴日内出现一次高潮和一次低潮，而少数天数为半日潮，这种类型的潮汐，称为全日潮。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 根据国际上常用的伯恩斯坦潮汐能估算
12、公式，正规半日潮海域的潮汐能日平均理论功率P（KW）可以表示为：2225AHP 因为P表示的是日平均功率，并不能直接用来确定潮汐电站的装机容量，但是可以用于确定潮汐电站的年发电量E（KWh），即将上式乘以365d和24h可得：2621097.122536524AHAHE第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.2.1 潮汐电站分类潮汐电站分类4.2.2 潮汐电站的水轮发电机组潮汐电站的水轮发电机组4.2.3 潮汐电站的站址选择潮汐电站的站址选择第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.2.1 潮汐电站分类潮汐电站分类 潮汐电站通常由七部分组成：潮汐水库，闸门和泄
13、洪建筑，堤坝，输电、交通和控制设施，发电机组和厂房，航道、鱼道等。按照运行方式及设备要求的不同，潮汐电站分单库和双库两种。图4-3 单库单向型潮汐电站第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-4 单库双向型潮汐电站第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-5 双库单向型潮汐电站第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.2.2 潮汐电站的水轮发电机组潮汐电站的水轮发电机组 要求水轮发电机组主要具有以下特点：应满足潮汐低水头、大流量的水力特性；机组一般在水下运行，因而对水轮发电机组的防腐、防污、密封和对发电机的防潮、绝缘、通风、冷却、维护等要求高；水轮发电机组随潮汐涨落发电，开、停机运行频繁，双向发
14、电机组需要满足正、反向旋转，因而要选用适应频繁起动和停止的开关设备。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电1-最高水位；2-最低水位图4-6 竖轴式机组第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-7 卧轴式机组1-上游水位 2-闸门槽 3-水轮机 4-调速器 5-发电机 6-下游水位第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-8 灯泡贯流式机组1-流道 2-发电机 3-水轮机 4-灯泡体第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-9 全贯流式机组1-流道 2-发电机 3-水轮机第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.2.3 潮汐电站的站址选择潮汐电站的站址选择潮汐电站的站址选择应当综合考虑以下条件：（
15、1）潮汐条件。潮汐条件是选择潮汐电站站址最主要因素。潮汐电站的可利用水头与发电水量主要取决于潮汐情况，也与库区地形和大坝的位置有关。潮汐能的强度与潮差有关。（2）地貌条件。总体来说，应选择那些口门小而水库水域面积大，可以储备大量海水和修建土建工程的地域。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电（3）地质条件。基岩是电站厂房最理想的地基，因此基岩港湾海岸是最适合建设潮汐电站的海岸类型。（4）综合利用条件。潮汐电站工程的综合利用，不仅会增加经济效益，而且还会大幅度降低工程单位投资。因此，潮汐电站应以水库、堤坝和岸滩为依托，提高除发电以外的综合效益，包括水产养殖、围垦海滩、改善交通及发展旅游等多方面。（
16、5）工程、水文条件。进行站址评价时还应该考虑到潮汐挡水建筑物的总长度、厂房的位置及长度、地震情况、航道和鱼道设施的要求等工程条件，以及潮汐水库的规模、沿挡水建筑物轴线的平均水深、挡水建筑物对风和波浪的方位、潮流和截流的流速等水文条件。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电（6）社会经济条件。除以上各项之外，潮汐电站站址选择必须综合考虑腹地社会经济状况、电力供需条件以及负荷输送距离等因素。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3 波浪发电波浪发电 海水在风等外力作用下沿水平方向的周期性运动，形成波浪，俗称海浪。海浪经常表现为滚滚的波涛，如图4-10所示。图4-10 海上的波浪第第4 4章章 海洋
17、能发电海洋能发电 波浪可以用波高、波长（相邻的两个波峰间的距离）和波动周期（同一地出现相邻的两个波峰间的时间）等特征来描述。海浪的波高从几毫米到几十米，波长从几毫米到数千千米，波动周期从零点几秒到几小时以上。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.1 波浪能资源的分布和特点波浪能资源的分布和特点4.3.2 波浪发电装置的基本构成波浪发电装置的基本构成4.3.3 波浪能的转换方式波浪能的转换方式4.3.4 波浪能装置的安装模式波浪能装置的安装模式4.3.5 典型的波浪能发电装置典型的波浪能发电装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.1 波浪能资源的分布和特点波浪能资源的分布和特点 波
18、浪能是指海洋表面的波浪所具有的动能和势能。波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。1.全球波浪能资源全球波浪能资源 图4-11所示为波浪能年平均功率密度（单位时间单位宽度波峰的能量）的全球分布图，图中的数字表示离岸深水处的波浪能平均值（KW/m）。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-11 波浪能年平均功率密度的全球分布图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.我国波浪能资源我国波浪能资源 图4-12 中国沿岸波浪能资源区划图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电3.波浪能的优点波浪能的优点第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.2 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
19、电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终转换为电能。波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接到带动水轮机或空气涡轮机转动，驱动发电机产生电力。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 波浪能利用的关键是波浪能转换装置。通常要经过三级转换：第一部分为波浪能采集系统（也称受波体），作用是捕获波浪的能量；第二部分为机械能转换系统（也称中间转换装置），作用是把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能（一般是将其转换成某种工质如空气或水的压力能，或者水的重力势能）；第三部分为发电系统，与常规发电装置类似，用涡轮机（也称透平机，可以是空气涡轮机或水轮机）等设备将机械能传递给旋转的发电机转换为电
20、能。目前国际上应用的各种波浪能发电装置都要经过多级转换。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.3 波浪能的转换方式波浪能的转换方式1.机械传动式机械传动式 海面浮体在波浪作用下颠簸起伏，通过特殊设计的机械传动机构，把这种上下的往复运动转换为单向旋转运动，带动发电机发电。基于这种原理的波浪能发电装置，称为机械传动式波浪能装置。机械式装置多是早期的设计，往往结构笨重，可靠性差，并没有获得实用。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.空气涡轮式空气涡轮式 空气涡轮式波浪能发电方式，也称压缩空气式，是指利用波浪起伏运动所产生的压力变化，在气室、气袋等容气装置中挤压或者抽吸气体，利用得到的气流驱动
21、汽轮机，带动发电机发电。这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄漏的问题。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为汽轮机的高速旋转运动，机组尺寸小，且主要部件不和海水接触，可靠性高。但由于空气的可压缩性，这种装置获得的压力较小，因而效率较低。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电3.液压式液压式 液压式是指通过某种泵液装置将波浪能转换为液体（油或海水）的压力能或位能，再通过液压马达或水轮机驱动发电机发电的方式。波浪运动使海面浮体升沉或水平移动，从而产生工作流体的动压力和静压力，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压力能或产生高压液体流，经油压系统输送，再驱动发电机发电。这类装置结构复杂，成本也较高
22、。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力（压强），转换效率也明显较高。目前的液压系统大都利用液压油，因而存在泄漏问题，对密封性提出了很高的要求。利用海水做工质显然是最好的选择，但由于海水黏度小，目前还较难利用。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.蓄能水库式蓄能水库式 蓄能水库式，也称收缩斜坡聚焦波道式。波浪进入宽度逐渐变窄、底部逐渐抬高的收缩波道后，波高增大，海水翻过坡道狭窄的末端进入一个水库（称为泻湖或集水池），波浪能转换为水的位能，然后用传统的低水头水轮发电机组发电。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，类似于潮汐发电。这类装置结构相对简单
23、，主要是一些水工建筑，然后是传统的水轮机房。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，是迄今最成功的波浪能发电装置之一。但一般获得的水位不高，因此效率也不高，而且对地形条件依赖性强，应用受到局限。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.4 波浪能装置的安装模式波浪能装置的安装模式 各种结构的波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩上。若干运动部件（例如挡板、浮子等）系于其上，并在波浪的作用下与主梁做相对运动。有时可以利用惯性或结构很大的主体，横跨若干个波峰，使整个装置在大多数波浪状态下保持相对稳定，如图4-16所示。第第4 4章
24、章 海洋能发电海洋能发电 根据主梁与波浪运动方向的几何关系，波浪能转换装置可分为三种不同的模式：（1）终结型模式。波浪能转换装置的主梁平行于入射波的波前，可以大面积地直接拦截波浪，终结波浪的传播，从而在理论上最大限度地吸收波浪的能量。不过，遇到大风大浪时，这种装置会承受很大的外力，容易遭到破坏。（2）减缓型模式。波浪能转换装置的主梁垂直于入射波的波前，即装置的主梁方向与波浪的传播方向一致，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冲击。这种模式对波浪的拦截宽度较小，能量收集率低。（3）点吸收模式。不用漂浮于海面的主梁，而是采用垂直于海面的主轴作为居中的稳定结构，由于只能吸收该装
25、置上方那一点海面波浪变化的能量，因此被称为“点吸收”。点吸收装置能够吸收超过其物理尺寸的波浪的能量，而且可以同等地吸收来自各个方向的波浪能。但由于尺寸有限，不能高效地捕获长波浪的能量。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 根据系留状态，波浪能转换装置可分为两大类：固定式和漂浮式。（1）固定式。优点是容易建造和维护。缺点是一般在浅水水岸工作，从而获得的波浪能较小。岸式装置需要经受大风浪的考验，波浪拍岸时出现了高度非线性现象，它的作用力难以用现有方法正确估计。固定式装置又有岸边固定式和海底固定式两种。（2）漂浮式。主要优点在于：由于海洋中的波浪能密度比岸边大，漂浮式波浪能装置比岸边固定式可收集更多
26、的能量；投放点机动，安装限制少；对潮位变化的适应性强。由于波浪的表面性，吸收波浪能的物体越接近水面越好，而漂浮式能在任何潮位下实现这一要求。相比之下，固定的空气式吸收波浪能的开口无法适应潮位的改变，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。然而从工程观点出发，漂浮式波浪发电的难点在于系泊与输电。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.3.5 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图4-17 岸式振荡水柱式波浪能转换装置的建筑结构示意图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.振荡浮子式振荡浮子式图4-18 美国AquaEnergy公司开发的Buoy波
27、浪能转换装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电3.点头鸭式点头鸭式图4-19 点头鸭式波浪能转换装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.海蛇式海蛇式图4-20 英国海洋动力传递公司开发的Pelamis波浪能发电装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电5.摆式摆式图4-21 摆式波浪能转换装置示意图图4-22 以色列S.D.E Energy公司开发的Hydraulic Platform装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电6.收缩坡道式收缩坡道式图4-23 收缩坡道式（Tapchan）波浪能电站示意图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电如图4-24 挪威波能公司设计的Seawave Sl
28、ot-Cone Generator第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电7.阿基米德海浪发电装置阿基米德海浪发电装置图4-25 阿基米德海浪发电装置（Archimedes Waveswing）第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电8.CETO漂浮系统漂浮系统图4-26 英国Trident Energy公司在澳大利亚西部布设的CETO漂浮系统第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电9.后弯管式波浪发电装置后弯管式波浪发电装置图4-27 我国“中水道1号”灯船上的后弯管式波浪发电装置第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.4 海流发电海流发电 4.4.1 海流和海流能海流和海流能4.4.2 海流发电的发展
29、状况海流发电的发展状况4.4.3 海流发电的原理海流发电的原理第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.4.1 海流和海流能海流和海流能 海流，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动（称为洋流），以及由潮汐导致的有规律的海水流动（称为潮流）。图4-28 太平洋及周边海区的洋流分布第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 潮流是海流中的一种，海水在受月亮和太阳的引力产生潮位升降现象（潮汐）的同时，还产生周期性的水平流动，这就是人们所说的潮流。潮流比潮汐复杂，除了有流向的变化外，还有流速的变化。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化要平稳且有规律得多。其中洋流方向基本不变，流速
30、也比较稳定；潮流会随潮汐的涨落每天周期性地改变大小和方向。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.4.2 海流发电的发展状况海流发电的发展状况 在大海上航行的水手都懂得借助洋流和潮流的力量，而今人们开始考虑利用海流的能量来发电。海流发电将是海流能利用的主要方式。加拿大在1980年就提出用类似垂直轴风力机的水轮机来获取潮流能，还进行了5kW海流发电试验。随后，英国IT公司和意大利那不勒斯大学及阿基米德公司设想的潮流发电机都采用类似的垂直叶片的水轮机，适应潮流正反向流的变化。1985年美国在墨西哥湾试验了小型的海流涡轮机，在研究船下方50m深处悬吊着2KW的发电装置。日本1980-1982年在河流
31、中进行的抽水试验，以及1988年安装在海底的215KW海流机组，连续运行了近一年的时间，是比较成功的海流发电项目。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 我国是世界上潮流发电研究最早的国家。1978年，我国舟山的农民企业家何世钧先生用几千元钱建造了一个试验装置，发电装置采用锚系轮叶式，在潮流推动下，通过液压传动装置带动发电机发电，并得到了6.3KW的电力输出。20世纪80年代初，哈尔滨工程大学研究一种直叶片的新型海流涡轮机，并完成60W模型的实验室研究，之后开发出千瓦级装置并在河流中进行试验。2000年建成70KW潮流实验电站，采用直叶片摆线式双转子潮流水轮机，并在舟山的岱山港水道进行海上发电试
32、验。20世纪90年代以来，我国计划建造海流能示范应用电站，试验站址选定在舟山海域。意大利与我国合作在舟山地区开展了联合海流能资源调查，计划开发140KW的示范电站。我国已经开始研建实体电站，在国际上居领先地位。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 利用海流发电有许多优点，它不必像潮汐发电那样需修筑大坝，还要担心泥沙淤积；也不像海浪发电那样电力输出不稳。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、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.4.3 海流发电的原理海流发电的原理1.轮叶式海流发电轮
33、叶式海流发电（a）转轴平行于海流 （b）转轴垂直于海流图4-29 海流发电装置的涡轮机示意图 轮叶式海流发电的原理和风力发电类似，就是利用海流推动轮叶，轮叶带动发电机发电。区别在于动力来源于海洋里的水流而不是天空的气流。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-30 轮叶式海流发电装置SeaGen第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-31 佛罗里达大西洋大学研发的“海底发电机”第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.其他形式的海流发电其他形式的海流发电1）降落伞式海流发电 整个装置由多个“降落伞”串联在环形的铰链绳上组成。“降落伞”应有足够的尺寸和间隔（例如长度12m，间隔30m）。当海流
34、来自“降落伞”的系绳方向时，就会把“降落伞”撑开，并带动它们向前运动；当海流来自“降落伞”顶端时，海流的力量会迫使“降落伞”收拢。2）磁流式海流发电 带电粒子高速地垂直流过强大的磁场时，可以直接产生电流。该型装置目前主要考虑以海水做工作工质，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，就可以获得电能。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.5 温差发电温差发电 4.5.1 海水的温差和温差能海水的温差和温差能4.5.2 温差发电的原理温差发电的原理第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.5.1 海水的温差和温差能海水的温差和温差能 海水温度的垂直分布，随着深度增
35、加而降低。海洋表面把太阳辐射能的大部分转化成为热能储存在上层。从海面到几十米或上百米深度，水温较高，而且在强烈的风和波浪作用下水温比较均匀，上下变化不大；往下直到1000m左右的深度，太阳已经照射不到。海水温差能，是指由海洋表层海水和深层海水之间的温差所形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在较大的温差，因而储存着较多的温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.5.2 温差发电的原理温差发电的原理 海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的温差来发电的技术。通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换（O
36、cean Thermal Energy Conversion,OTEC）的热动力发电技术，其工作方式分为开式循环、闭式循环和混合循环三种。最近，也有研究者提出根据温差效应利用海水温差直接发电的设想。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电1.开式循环系统开式循环系统 开式循环系统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成一定程度的真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。由于系统内已保持有一定的真空度，温海水就在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽；蒸汽经管道喷出推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后，又被冷水泵抽上来的深海冷水所冷却，凝结成淡化水后排出。冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。作
37、为工作物质的海水，一次使用后就不再重复使用，工作物质与外界相通，所以称这样的循环为开式循环。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.闭式循环系统闭式循环系统图4-32 闭式循环海水温差发电系统用氨这种低沸点物质作为工质，循环利用。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电3.混合循环系统混合循环系统图4-33 混合循环海水温差发电系统第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.直接温差发电直接温差发电 1821年德国化学家塞贝克（Seebeck）发现，把两种不同的金属导体接成闭合电路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克效应。实际上，两种不同的导体或导
38、电类型不同的半导体，若两个接头处的温度不同，都可能产生一定的电压。温差电动势的大小与两接点的温差成正比。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 总的来说，温差能因其蕴藏量最大，能量最稳定，在各种海洋能资源中，人们对它所寄托的期望最大，研究投资也最多。海洋温差发电的优点是几乎不会排放二氧化碳，可以获得淡水，因而有可能成为解决全球变暖和缺水这些21世纪最大环境问题的有效手段。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.6 盐差发电盐差发电 4.6.1 海洋的盐差和盐差能海洋的盐差和盐差能4.6.2 渗透和渗透压渗透和渗透压4.6.3 盐差能发电的方法盐差能发电的方法第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4
39、.6.1 海洋的盐差和盐差能海洋的盐差和盐差能图4-34 全球海洋的海水盐度分布第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电 在河流入海口的淡水和海水交汇处，形成一个倾斜的交界面，盐水密度大，沉在下面，淡水密度小，浮在上面，盐水像人的舌头一样伸入到淡水下部。这里有显著的盐度差，盐差能最为丰富。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之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。根据联合国教科文组织1981年出版物的估计数字，全球盐差能的理论蕴藏量为300亿千瓦。实际上，上述能量是不可能全部取出利用的，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，估计技术上允许利用的盐差能约30亿千瓦。也有文献认
40、为，世界各河口区的盐差能达300亿千瓦，可利用的盐差能约26亿千瓦。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.6.2 渗透和渗透压渗透和渗透压 在允许水分子通过而不让盐离子通过的半渗透膜两侧有浓度差别的两种溶液之间，会发生低浓度溶液透入高浓度溶液的现象，这就是渗透现象。将一层半渗透膜（简称半透膜）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。如果给浓度较大的溶液施加一定的机械压力（压强），有可能恰好阻止稀溶液向浓度大的溶液渗透，此时外加的压力就等于这两种溶液之间的渗透压力，简称渗透压。海水与
41、河水之间的盐浓度明显不同。在河海交界处只要采用半透膜将海水和淡水隔开，淡水就会通过半透膜向海水一侧渗透，使海水侧的高度超过淡水侧，高出的水柱部分所形成的压力等于渗透压。利用渗透压形成水位差，就可以直接驱动水轮发电机发电。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电4.6.3 盐差能发电的方法盐差能发电的方法 具体实现方式，主要有渗透压法、蒸汽压法、浓差电池法等，其中渗透压法最受重视。1.渗透压法渗透压法 渗透压法，就是利用半透膜两侧的渗透压，将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换为水的势能，使海水升高形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，其发电原理及能量转换方式与潮汐发电基本相同
42、。渗透压式盐差能发电系统的关键技术是半透膜技术和膜与海水交界面间的流体交换技术，技术难点是制造有足够强度、性能优良、成本适宜的半透膜。按具体实现方式，还可分为强力渗压发电、水压塔渗压发电和压力延滞渗压发电几种类型。第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-35 强力渗压发电系统第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-36 水压塔渗压系统第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电图4-37 压力延滞渗透系统第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电2.蒸汽压法蒸汽压法（a）纵断面 （b）横断面图4-38 蒸汽压法发电装置示意图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电3.浓差电池法浓差电池法图4-39 浓差电池示意图第第4 4章章 海洋能发电海洋能发电
