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海洋能 |
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一．海洋能的类型
地球表面积约为 ，其中陆地表面积为
 108km2，占29%；海洋面积达  ，占71%。以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为3800m，整个海水的容积多达 。一望无际的汪洋大梅，不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，海洋能的表现形式多种多样，通常包括：潮汐能，波浪能，海洋温差能，海洋盐差能，海流能等。
1． 潮汐能
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潮汐能 |
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潮汐能是以位能形态出现的海洋能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。月球对地球的引力方向指向月球中心，其大小因地而异。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球外，太阳和其他天体对地球同样会产生引潮力。虽然太阳的质量比月球大得多，但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多，所以其引潮力还不到月球引潮力的一半。其他天体或因远离地球，或因质量太小所产生的引潮力微不足道。如果用万有引力计算，月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563m，太阳引潮力的作用为0.246m，但实际的潮差却比上述计算值大得多。如我国杭州湾的最大潮差达8.93m，北美加拿大芬地湾最大潮差更达19.6m。这种实际与计算的差别目前尚无确切的解释。一般认为海水的自由振动频率与受迫振动频率一致而导致的共振会使潮差显著增大。
全世界潮汐能的理论蕴藏量约为 。我国海岸线曲折，全长约 ，沿海还有6000多个大小岛屿，组成 的海岸线，漫长的海岸蕴藏着十分丰富的潮汐能资源。我国潮汐能的理论蕴藏重达
 ，其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9%。
2．波浪能
波浪能是以动能形态出现的海洋能。波浪是由风引起的海水起伏现象，它实质上是吸收了风能而形成的。通常一个典型的海洋中部在8s的周期内会涌起1.5m高的波浪。波浪能的大小可以用梅水起伏势能的变化来进行估算，即
P=0.5TH2
式中 p—单位波前宽度上的波浪功率，kw/m；
T—波浪周期，=S；
H—波高，m。
根据上式，当有效波高为lm，周期为9s时，在lm的波宽度上，波浪的功率为4.5kW。实际上波浪功率的大小还与风速、风向、连续吹风的时间、流速等诸多因素有关。据估计全世界可开发利用的波浪能达2.5×109kW。我国沿海有效波高约为2-3m、周期为9S的波列，波浪功率可达17-39kW/m，渤海湾更高达42kW/m，利用前景诱人。
3．温差能
温差能是以热能形态出现的梅洋能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收，使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多，其海域的表层温度可达25—28℃，波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水温可达35℃。而在海洋深处500一1000m处海水温度却只有3～6℃。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。据估计，如果利用这一温差发电，其功率可达2×lO9kW。
4．盐差能
盐差能是以化学能形态出现的海洋能。地球上的水分为两大类：淡水和咸水.全世界水的总储量为1.4×
109km，其中97.2%为分布在大洋和浅海中的咸水。在陆地水中，2.15%为位于两极的冰盖和高山的冰川中的储水，余下的0.65%才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐，lkm3的海水里即含有3600万t食盐。利用大海与陆地河口交界水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直是科学家的理想。据估计世界各河口区的盐差能达3×lO10kW，可能利用的即有2.6×109kW。开发盐差能将是21世纪人类努力的目标。
5．海流能
海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓“海流”就是海水的运动，主要是指海水的水平运动，即大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。这种海水环流通常由两种因素引起：
首先海面上常年吹着方向不变的风，如赤道南侧常年吹着不变的东南风，而其北侧则是不变的东北风。风吹动海水，使水表面运动起来，而水的黏性又将这种运动传到海水深处。随着深度增加，海水流动速度降低；有时流动方向也会随着深度增加而逐渐改变，甚至出现下层海水流动方向与表层海水流动方向相反的情况。在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南半部，占主导地位的风系造成了一个广阔的，也是按反时钟方向旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域，风是形成海流的主要动力。
其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同，它们会影响海水的密度。海水温度越高，含盐量越低，海水密度就越小。这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。
海水流动会产生巨大能量。据估计全球海流能高达5×109kw。利用海流能发电的方案正在论证之中。
二．潮汐能发电
潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。利用潮汐发电必须具备两个物理条件：首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米；第二海岸地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。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，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦海大坝里。
三．海洋温差发电
在辽阔的海洋上修建海洋温差电站一直是人类的理想。自1979年8月在美国夏威夷建成世界上第一座温差发电装置以后，世界各国都对海洋温差发电给予足够的重视，目前186MW级的海洋温差电站已投入试运行。
海洋温差发电主要采用开式和闭式两种循环系统。
海洋温差发电由于冷热温差很小，其效率远低于普通火电厂，仅为3%左右，且温差小，换热面积大，建设费用高；海水腐蚀和海洋生物的吸附以及远离陆地输电困难等不利因素都制约着海洋温差发电的发展。但海洋辽阔，储能丰富，修建海上温差发电站仍具有广阔前景。其发出的电能可以采用以下几种方式利用：
(1)离陆地较近时，可用海底电缆向陆地变电站送电；
(2)离陆地较远时，可利用电能先蒸发海水，制取淡水，再将淡水电解成氢和氧，然后用船将它们分别运往陆地，其中氢是一种宝贵的燃料；
(3)利用电能从浓缩海水中提取铀和重水，然后运往陆地供核电站使用；
(4)利用电能从海水中提取稀有金属，其中锂也是一种热核燃料；
(5)向海上采油和锰矿开采提供电力：
四．波浪发电
海洋波浪属于低品位能源，在自然状态下，由于大部分波浪运动没有周期性，故很难经济地开发利用。以波浪为动力的装置必须具备以下特点：
(1)能够增大与波浪高度有关的水位差；
(2)对波浪的幅度和频率有广泛的适应性；
(3)既能适应小的波浪，又能承受大风暴引起的滔天巨浪。
从海洋波浪中吸取能量的方法有以下几类：
(1)利用前推后拥波浪的垂直涨落来推动水轮机或空气涡轮机；
(2)用凸轮或叶轮利用波浪的来回或起伏运动推动涡轮机；
(3)利用汹涌澎湃的波浪冲力把海水先汇聚到蓄水柜或高位水槽中，再推动水轮机。
100KW 岸式波力电站机房
100KW 岸式波力电站外观
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| 航标灯用波浪发电装置1 |
航标灯用波浪发电装置2 |
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