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海洋能的利用

 

在大海中,真正最有力量的,并不是那些看起来气势汹汹的波涛,而是默默无声地蕴藏在海水中的热能。同样面积的海洋要比陆地多吸收10%~20%的热量,海水的热容量比土层大两倍,比花岗岩大五倍,比空气大3100多倍,因此海洋成了地球上吸收太阳能的最大热库。

 

经过科学家们的多年研究,1926年11月15日,在实验室里首次研究成功海洋的温差发电。海洋温差发电的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处,就有60%~68%被海水吸收掉了,而几米以下的热量已所剩无几了,即使海面上有波浪搅动,水温有所调节,但水深200米处,几乎没有热量传到。海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉,这时因压力突然大幅度下降,温度不高的温水也立即变成蒸汽。例如,在压力为0.031兆帕时,24℃的水也会沸腾。利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电,然后用深层的冷海水冷凝蒸汽,继续使用。

 

从理论上说,冷、热水的温差在16.6℃即可发电,但实际应用中一般都在20℃以上。凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。例如,我国西沙群岛海域,在5月份测得水深30米以内的水温为30℃,而1000米深处便只gesep全球节能环保网有5℃,完全适合温差发电。大海里蕴藏着巨大的热能,据估计只要把南北纬20度以内的热带海洋充分利用起来发电,水温降低1℃放出的热量就有600亿千瓦发电容量,全世界人口按60亿计算,每人也能分得10千瓦,前景是十分诱人的。

 

早在19世纪就有人提出过海水温差发电的设想,但世界上第一座试验性海水温差发电厂直到1979年8月才在美国夏威夷问世。这座电厂的发电能力为50千瓦,它设在一艘驳船上。同年8~12月作了试发电。这次发电成功表明,海水温差发电将很快具备商业价值。

 

海洋是全世界最大的太阳能收集器,6000万平方公里的热带海洋一天吸收的太阳辐射能,相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些储热的1%转化成电力,也将相当于有140亿千瓦装机容量,为美www.gesep.com新能源国现今发电能力的20倍以上。

 

海洋热能发电有两种方式:第一种是将低沸点工质加热成蒸汽;第二种是将温水直接送入真空室使之沸腾变成蒸汽。蒸汽用来推动汽轮发电机发电,最后从600~1000米深处抽冷水使蒸汽冷凝。第一种采取闭式循环,第二种采取开式循环。

 

海水温差发电,1930年在法国首次试验成功,只是当时发出的电能不如耗去的电力多,因而未能付诸实施。现在,许多国家都在进行海水温差发电研究。

 

实践证明,开式循环比闭式循环有更多的优点:①以温海水作工质,可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物质对海洋的污染;②开式循环系直接接触热交换器,价廉且效率高;③直接接触热交换器可采用塑料制造,在温海水中的抗腐蚀性高;④能产生副产品——蒸馏水。开式循环也有缺点:产生的蒸汽密度低,汽轮机体积大;变成蒸汽的海水排回海洋后,会影响附近生物的生存环境。

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一、海洋温差发电

 

是以非共沸介质(氟里昂-22与氟里昂-12的混合体)为媒质,输出功率是以前的1.1~1.2倍。一座75千瓦试验工厂的试运行证明,由于热交换器采用平板装置,所需抽水量很小,传动功率的消耗很少,其他配件费用也低,再加上用计算机控制,净电输出功率可达额定功率的70%。一座3000千瓦级的电站,每千瓦小时的发电成本只gesep全球节能环保网有50日元以下,比柴油发电价格还低。人们预计,利用海洋温差发电,如果能在一个世纪内实现,可成为新能源开发的新的出发点。

 

二、潮汐发电

汹涌澎湃的大海,在太阳和月亮的引潮力作用下,时而潮高百丈,时而悄然退去,留下一片沙滩。海洋这样起伏运动,日以继夜,年复一年,是那样有规律,那样有节奏,好像人在呼吸。海水的这种有规律的涨落现象就是潮汐。

 

潮汐发电就是利用潮汐能的一种重要方式。据初步估计,全世界潮汐能约有10亿多千瓦,每年可发电2~3万亿千瓦时。我国的海岸线长度达18000千米,据1958年普查结果估计,至少有2800万千瓦潮汐电力资源,年发电量最低不下700亿千瓦时。

 

世界著名的大潮区是英吉利海峡,那里最高潮差为14.6米,大西洋沿岸的潮差也达4~7.4米。我国的杭州湾的“钱塘潮”的潮差达9米。

 

据估计,我国仅HTTP://WWW.GESEP.COM长江口北支就能建80万千瓦潮汐电站,年发电量为23亿千瓦时,接近新安江和富春江水电站的发电总量;钱塘江口可建500万千瓦潮汐电站,年发电量约180多亿千瓦时,约相当于10个新安江水电站的发电能力。

 

早在12世纪,人类就开始利用潮汐能。法国沿海布列塔尼省就建起了“潮磨”,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。

 

法国在布列塔尼省建成了世界上第一座大型潮汐发电站,电站规模宏大,大坝全长750米,坝顶是公路。平均潮差8.5米,最大潮差13.5米。每年发电量为5.44亿千瓦时。

 

我国解放后在沿海建过一些小型潮汐电站。例如,广东省顺德县大良潮汐电站(144千瓦)、福建厦门的华美太古潮汐电站(220千瓦)、浙江温岭的沙山潮汐电站(40千瓦)及象山高塘潮汐电站(450千瓦)

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江厦潮汐电站

 

1980年5月4日,浙江省温岭的江厦潮汐电站第一台机组并网发电,揭开了我国较大规模建设潮汐电站的序幕。该电站装有6台500千瓦水轮发电机组,总装机容量为3000千瓦,拦潮坝全长670米,水库有效库容270万立方米,是一座规模不小的现代潮汐电站。它不但为解决浙江的能源短缺作出应有的贡献,而且在经济上亦有竞争能力。江厦潮汐电站的单位造价为每千瓦2500元,与小水电站的造价相当。浙江沙山的40千瓦小型潮汐电站,从1959年建成至今运行状况良好,投资4万元,收入已超过35万元。海山潮汐电站装机150千瓦,年发电量29万千瓦时,收入2万元,并养殖蚶子、鱼虾及制砖,年收入20万元。

 

潮汐发电有三种形式:一种是单库单向发电。它是在海湾(或河口)筑起堤坝、厂房和水闸,将海湾(或河口)与外海隔开,涨潮时开启水闸,潮水充满水库,落潮时利用库内与库外的水位差,形成强有力的水龙头冲击水轮发电机组发电。这种方式只能在落潮时发电,所以叫单库单向发电。第二种是单库双向发电,它同样只建一个水库,采取巧妙的水工设计或采用双向水轮发电机组,使电站在涨、落潮时都能发电。但这两种发电方式在平潮时都不能发电。第三种是双库双向发电。它是在有利条件的海湾建起两个水库,涨潮和落潮的过程中,两库水位始终保持一定的落差,水轮发电机安装在两水库之间,可以连续不断地发电。

 

潮汐发电有许多优点。例如,潮水来去有规律,不受洪水或枯水的影响;以河www.gesep.com节能口或海湾为天然水库,不会淹没大量土地;不污染环境;不消耗燃料等。但潮汐电站也有工程艰巨、造价高、海水对水下设备有腐蚀作用等缺点。但综合经济比较结果,潮汐发电成本低于火电。

 

我国可开发潮汐能资源主要在福建和浙江两省,占全国的88.6%,各省分布情况见下表。

表:我国可开发潮汐电站一览表

省、地区

装机容量(万千瓦)

年发电量(亿千瓦时)

福建

1032.40

283.82

浙江

880.16

264.04

长江口北支

70.40

22.80

广东

64.88

17.20

辽宁

58.62

16.14

广西壮族自治区

38.73

10.92

山东

11.78

3.63

河北

0.47

0.09

江苏

0.08

0.04

合计

2157.52

618.68

说明:本次普查未包括台湾省资源,故表中未列。河北省数字包括天津市;江苏省数字中包括上海市。

 

这次普查中,根据调查研究的深度分为四类:一类指已建、在建和具有初步设计深度的潮汐电站;二类指已进行了一定地质勘探和规划设计工作的潮汐电站;三类指已进行过现场查勘和初步规划的站点;四类指未达到一至三类资源或开发条件较差的站点。一到四类资源按装机容量计算,比重分别为0.18%、2.85%、29.59%和67.54%;按年发电量计算,其比重分别为0.21%、4.2%、31.15%和64.63%。上述统计数字表明,已做过一定工作的一至三类资源不足三分之一。

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在潮汐能利用上,我国与世界各国一样,尚处在试验阶段。虽然我国从1958年开始利用潮汐建设一些小发电站,但因当时技术条件所限,质量较差,大部分已报废拆除。我国已建成的最大的潮汐电站是浙江乐清县的江厦潮汐电站,装机容量3100千瓦,年发电量1070万千瓦时,已全部投产发电;其次为山东乳山县白沙口潮汐电站,设计装机容量960千瓦,年发电量191万千瓦时,已有2台机组共160千瓦并网发电。

 

我国潮汐能资源理论蕴藏量占世界各国的3.7%,而可开发潮汐能资源按年发电量计算占世界各国的34%~44%。可见我国潮汐能资源的可开发程度很高,开发条件比较好。

展望未来,潮汐发电具有诱人的前景。相信不久的将来咆哮的海潮将会被人类充分利用,从而得到电力和别的好处。

 

三、波力发电

 

无风三尺浪是奔腾不息的大海的真实写照。海浪有惊人的力量,5高的海浪,每平方米压力就有10吨。大浪能把13吨重的岩石抛至20高处,能翻转1700吨重的岩石,甚至能把上万吨的巨轮推上岸去。

 

海浪蕴藏的总能量是大得惊人的。据估计地球上海浪中蕴藏着的能量相当于90万亿千瓦时的电能。