海洋能源的開發(fā)與利用

1、物理學(xué)與人類文明海洋能源的開發(fā)與利用學(xué)院:自動(dòng)化專業(yè):自動(dòng)化姓名:魏新超學(xué)號:20081065海洋能源的開發(fā)與利用(一能源的分類人類的生存離不開能源,陽光空氣,水等等這些都是能源,只不過是以不同的形式存在著。科學(xué)家把能源大致分成兩類,他們是一次能源與二次能源。下面是對于兩種能源的介紹。一次能源:自然界中以原有形式存在的、未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能量資源。又稱天然能源。包括化石燃料(如原煤、原油、天然氣等、核燃料、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能、潮汐能等。一次能源又分為可再生能源和不可再生能?前者指能夠重復(fù)產(chǎn)生的天然能源,如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等,這些能源均來自太陽,可以重復(fù)產(chǎn)生;

2、后者用一點(diǎn)少一點(diǎn),主要是各類化石燃料、核燃料。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)能源危機(jī)以來,各國都重視非再生能源的節(jié)約,并加速對再生能源的研究與開發(fā)。二次能源:二次能源是指由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源,包括電能、汽油、柴油、液化石油氣,氫能等。二次能源又可以分為“過程性能源”和“合能體能源”,電能就是應(yīng)用最廣的過程性能源,而汽油和柴油是目前應(yīng)用最廣的合能體能源。二次能源亦可解釋為自一次能源中,所再被使用的能源,例如將煤燃燒產(chǎn)生蒸氣能推動(dòng)發(fā)電機(jī),所產(chǎn)生的電能即可稱為二次能源?；蛘唠娔鼙焕煤?經(jīng)由電風(fēng)扇,再轉(zhuǎn)化成風(fēng)能,這時(shí)風(fēng)能亦可稱為二次能源,二次能源與一次能源間必定有一定程度的損耗。當(dāng)然不同的人對

3、任何事物的分類也是不盡相同。對于能源,從新舊的角度,也可以分成新型能源與常規(guī)能源。新型能源:按照各種能源在當(dāng)代人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中的地位,人們把能源分為常規(guī)能源和新型能源兩大類。新型能源為目前尚未被人類大規(guī)模利用,還有待進(jìn)一步研究試驗(yàn)與開發(fā)利用的能源。例如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽芗昂司圩兡艿?。常?guī)能源為技術(shù)上比較成熟,已被人類廣泛利用,在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。所謂新型能源,是相對而言的?，F(xiàn)在的常規(guī)能源在過去也曾是新能源,今天的新型能源將來也會(huì)成為常規(guī)能源。(二海洋能源的介紹海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通過各種物理過程接收、儲存和散

4、發(fā)能量,這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。地球表面積約為5.1108km2,其中陸地表面積為1.49108km2占29%;海洋面積達(dá)3.61108km2,以海平面計(jì),全部陸地的平均海拔約為840m,而海洋的平均深度卻為380m,整個(gè)海水的容積多達(dá)1.37109km3。一望無際的大海,不僅為人類提供航運(yùn)、水源和豐富的礦藏,而且還蘊(yùn)藏著巨大的能量,它將太陽能以及派生的風(fēng)能等以熱能、機(jī)械能等形式蓄在海水里,不像在陸地和空中那樣容易散失。海洋能是一種蘊(yùn)藏在海洋中的可再生能源,包括潮汐能、波浪引起的機(jī)械能和熱能。海洋能同時(shí)也涉及一個(gè)更廣的范疇,包括海面上空的風(fēng)能、海水表面

5、的太陽能和海里的生物質(zhì)能。中國擁有18,000公里的海岸線和總面積達(dá)6,700平方公里的6,960座島嶼。這些島嶼大多遠(yuǎn)離陸地,因而缺少能源供應(yīng)。因此要實(shí)現(xiàn)我國海岸和海島經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,必須大力發(fā)展我國的海洋能資源。其中包括:潮汐能潮汐能指在漲潮和落潮過程中產(chǎn)生的勢能。潮汐能的強(qiáng)度和潮頭數(shù)量和落差有關(guān)。通常潮頭落差大于3m的潮汐就具有產(chǎn)能利用價(jià)值。潮汐能主要用于發(fā)電。中國對潮汐能的開發(fā)利用開始于40年前。從80年代開始,相當(dāng)數(shù)量的前期工作就已經(jīng)開始。這些工作包括浙江、福建等地大中型潮汐電站建設(shè)地勘查、調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和可行性研究。從50年代到70年代,已經(jīng)建成了50座潮汐電站。然而到80年代

6、,只有其中地8座仍在使用。當(dāng)時(shí),中國地潮汐電站總裝機(jī)容量是5.64MW?，F(xiàn)在,小型潮汐電站技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,中型電站的建設(shè)能力也已經(jīng)逐步提高。但是,現(xiàn)在的潮汐電站的規(guī)模和單位容量仍然很小,單位發(fā)電成本比傳統(tǒng)水電站要高。水利工程設(shè)施的建設(shè)被幾度延遲。水輪機(jī)的設(shè)計(jì)沒有完成,也沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。浪能浪能指蘊(yùn)藏在海面波浪中的動(dòng)能和勢能。在中國沿海的大部分海域,平均浪能密度達(dá)到2-7kW/m2。浪能主要用于發(fā)電,同時(shí)也可用于輸送和抽運(yùn)水、供暖、海水脫鹽和制造氫氣。我國對浪能技術(shù)的研究開始于70年代,在80年代獲得巨大的進(jìn)展。為導(dǎo)航浮標(biāo)燈塔供電的小型潮汐發(fā)電系統(tǒng)即將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,數(shù)百套系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于沿海的航標(biāo)

7、和大型燈塔。由中國和日本聯(lián)合開發(fā)的回彎型浮標(biāo)發(fā)電設(shè)備的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn),并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)出口。一種岸基固定式浪能發(fā)電站已經(jīng)在珠江口Dawanshan建成。我國的浪能發(fā)電技術(shù)發(fā)展非常迅速。小型浪能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟,小型岸基浪能發(fā)電技術(shù)也在國際舞臺上顯示出較強(qiáng)的競爭力。根據(jù)我國“九五”計(jì)劃的規(guī)定和國家科技部研究發(fā)展計(jì)劃的支持,由廣州能源研究所承擔(dān)的100kW岸基浪能發(fā)電站項(xiàng)目已經(jīng)在廣東省汕尾啟動(dòng)。1999年9月,青島100kW搖擺型潮汐電站由天津海洋技術(shù)研究所研制成功,并投入使用。海洋熱能海洋熱能指由于海洋表層水體和深層水體溫度差引起的熱能。除了發(fā)電,海洋熱能還可以用于海水脫鹽、空調(diào)、和深海礦藏

8、開發(fā)。我國的海洋熱能資源主要分布在南中國海海域和臺灣省東部。(三海洋能源的開發(fā)與利用據(jù)美國生活科學(xué)網(wǎng)報(bào)道,海洋具有豐富的能量資源,如風(fēng)能、海浪能和太陽能資源,而這些資源可以通過能量島來全部利用。能量島就是分布式電、熱、冷三聯(lián)供系統(tǒng),是國際上近年發(fā)展起來的一種新的能源供應(yīng)概念和方式。而這種海上漂浮的能量島全部利用再生能源而不是石油來運(yùn)營。海上漂浮能量島是由發(fā)明家多米尼克邁克利斯構(gòu)想出來的,他原本是對當(dāng)前發(fā)展緩慢的海洋熱量轉(zhuǎn)換(OTEC技術(shù)不滿意,該技術(shù)是從深海抽取冷水來發(fā)電。邁克利斯說:“海洋熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)一起沒有新進(jìn)展,那么我們?yōu)楹尾徊捎闷渌Ｑ竽芗夹g(shù)呢?”由邁克利斯和他兒子共同設(shè)計(jì)的海上漂浮能

9、量島將在其中心位置設(shè)立一個(gè)海洋熱能轉(zhuǎn)換發(fā)電站,另設(shè)一個(gè)600米跨度的平臺來安裝風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能收集器。此外,海浪能轉(zhuǎn)換器和海流渦輪機(jī)能夠收集流經(jīng)此建筑的海水能量。邁克利斯稱,這樣的六邊形能量島可發(fā)電250兆瓦特的電量,足以供給一座小城市的用電需求。如果將幾個(gè)這樣的能量島聯(lián)成群島,不僅可以發(fā)電更多,還可以修建溫室來種植食物,修建小港口供船只停泊或者建造賓館供游客使用。為了吸引更多的投資者,此能量島設(shè)計(jì)小組于本周在中國上海召開的“中美綠色科技峰會(huì)”(U.S. China GreenTech Summit上發(fā)布這一設(shè)計(jì)理念。其工作原理其實(shí)就是采用海洋熱量轉(zhuǎn)換技術(shù)。邁克利斯說:“海洋熱量轉(zhuǎn)換技術(shù)勝過

10、其他能量技術(shù)的優(yōu)勢就在于它具有持續(xù)性,能夠全年每天24小時(shí)連續(xù)供能供電。”這是因?yàn)楹Ｑ鬅崃哭D(zhuǎn)換技術(shù)并不是單靠太陽能、風(fēng)能或海浪能,而是利用深海冷水與海面受太陽光加熱的溫水之間的溫差來工作的?？茖W(xué)家在熱帶海洋中曾發(fā)現(xiàn)有最大的海水溫差,熱帶海洋的海面溫度可達(dá)近25攝氏度。如此溫暖的海水被能量島抽來用于蒸發(fā)工作流體,如海水或氨水。由此所產(chǎn)生的蒸汽用來推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。為了濃縮這些蒸汽使其還原成液體,還得從海下近1公里的深海處抽取只有5攝氏度的冷水來冷卻蒸汽。冷凝過程形成的壓力下降可幫助通過渦輪葉片抽吸更多的蒸汽。與此同時(shí),這種濃縮過程所產(chǎn)生的壓力下降將幫助更多的蒸汽吸入渦輪葉片中。基本相同的工序還出現(xiàn)

11、在火力發(fā)電站和核電站,只是開水鍋爐和冷卻塔之間的溫差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于海洋熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。首個(gè)海洋熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)于1930年建在古巴的海岸線上,可發(fā)電22千瓦電量。從那以后,全球僅建有少量的其它海洋熱量轉(zhuǎn)換發(fā)電站,包括海面漂浮的和陸地生根的。而最大的海洋熱量轉(zhuǎn)換發(fā)電站則是夏威夷的250千瓦的試驗(yàn)電站?？上У氖?其它的海洋熱量轉(zhuǎn)換發(fā)電站目前沒有一家在運(yùn)行當(dāng)中。其主要的障礙是溫差相對較小導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率不行,根本不能發(fā)電,事實(shí)上,早期開發(fā)的海洋熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所消耗的能源勝過它們所生產(chǎn)的能量。的確,一個(gè)海洋熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)需要大量的能量來循環(huán)大量的水,比如此能量島每秒需要抽取10萬多加侖的冷海水才行。這就是為何邁克利斯結(jié)合了其他海洋能生產(chǎn)技術(shù)來幫助“灌足”此海洋熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原因。由此能量島生成的清潔能量將通過海底電纜傳輸至海岸,或用于分解水來制造氫氣,這樣所生產(chǎn)的氫燃料可通過船只運(yùn)輸?shù)酱箨?用于生產(chǎn)氫燃料電池。邁克利斯估計(jì),此能量島每生產(chǎn)一度電所需成本為9-13美分,成本變動(dòng)因該項(xiàng)目的投資規(guī)模而定。他預(yù)計(jì)單個(gè)能量島的建造費(fèi)用為6億美元。然而,能量島并不僅僅發(fā)電,如果利用海水作為其工作液體的話,它將通過蒸發(fā)和冷凝循環(huán)來淡化海水。邁克利斯指出,每生產(chǎn)一兆瓦特電量,此電站將每天供應(yīng)30萬加侖淡水。此外,從海底抽取的冷水含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)