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    本文介紹了海洋能源中潮汐能、波浪能、溫差能、海流能和鹽差能的資源、轉(zhuǎn)換原理和技術(shù)研究進(jìn)展。重 點(diǎn)介紹了近20年來(lái)世界各國(guó)開(kāi)發(fā)研究的各種海洋能源轉(zhuǎn)換設(shè)備和裝置，通過(guò)對(duì)海洋能關(guān)鍵技術(shù)及其進(jìn)展的 分析，對(duì)海洋能利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)估。根據(jù)技術(shù)及商業(yè)可行性、資源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等要素，預(yù)測(cè)在 今后的5-10年內(nèi)，潮汐能將得到更大規(guī)模的應(yīng)用，波浪能和海流能將逐步產(chǎn)業(yè)化。作為戰(zhàn)略能源資源的溫 差能將在2020年左右，在海洋開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要作用。結(jié)合中國(guó)的具體情況，建議近期重點(diǎn)研究潮汐發(fā)電機(jī)組 技術(shù)、百千瓦級(jí)波浪和海流示范裝置以及溫差能綜合利用試驗(yàn)裝置。  

    1 海洋能源的種類與資源  

    海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差 能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽(yáng)能以及海洋生物質(zhì)能等。究其 成因，潮汐能和潮流能來(lái)源于太陽(yáng)和月亮對(duì)地球的引力變化，其他均源于太陽(yáng)輻射。  

    海洋能源按儲(chǔ)存形式又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。其中，潮汐能、海流和波浪為機(jī)械能，海水溫差為 熱能，海水鹽差為化學(xué)能。 

    1．1潮汐能  

    潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢(shì)能，其利用原理和水力發(fā)電相似。潮汐能的能量與潮量和潮差 成正比。或者說(shuō)，與潮差的平方和水庫(kù)的面積成正比。和水力發(fā)電相比，潮汐能的能量密度很低，相當(dāng)于微水 頭發(fā)電的水平。世界上潮差的較大值約為13一15m，我國(guó)的最大值（杭州灣澈浦）為8.9m。一般說(shuō)來(lái)，平均潮 差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
    全世界潮汐能的理論估算值為109kW量級(jí)，我國(guó)的潮汐能理論估算值雖為108kW量級(jí)，但實(shí)際可利用 數(shù)遠(yuǎn)小于此數(shù)。根據(jù)中國(guó)海洋能資源區(qū)劃結(jié)果，沿海潮汐能可開(kāi)發(fā)的潮汐電站壩址為424個(gè)，總裝機(jī)容量約 為2.2Xl07kW。浙江和福建沿海為潮汐能較豐富地區(qū)。  

    1．2波浪能  

    波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面 的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的巨浪，其功率密度可達(dá)每米迎波 面數(shù)千kW，而波浪能豐富的歐洲北海地區(qū)，其年平均波浪功率也僅為20-40kW／m中國(guó)海岸大部分的年平 均波浪功率密度為2-7kW／m。  

    全世界波浪能的理論估算值也為109kW量級(jí)。利用中國(guó)沿海海洋觀測(cè)臺(tái)站資料估算得到，中國(guó)沿海理 論波浪年平均功率約為1．3X107kW。但由于不少海洋臺(tái)站的觀測(cè)地點(diǎn)處于內(nèi)灣或風(fēng)浪較小位置，故實(shí)際的 沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、廣東和臺(tái)灣沿海為波能豐富的地區(qū)。 

    1．3海流能  

    海流能是指海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律 的海水流動(dòng)。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對(duì)波浪而言，海流能的變化要平穩(wěn)且有規(guī)律得多。 潮流能隨潮汐的漲落每天2次改變大小和方向。一般來(lái)說(shuō)，最大流速在2m／s以上的水道，其海流能均有實(shí) 際開(kāi)發(fā)的價(jià)值。  

    全世界海流能的理論估算值約為IQ8kW量級(jí)。利用中國(guó)沿海130個(gè)水道、航門的各種觀測(cè)及分析資料， 計(jì)算統(tǒng)計(jì)獲得中國(guó)沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X107kW。其中遼寧、山東、浙江、福建和臺(tái)灣沿 海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為15一30kW／m2，具有良好的開(kāi)發(fā)值。值得指出的是，中國(guó)的海 流能屬于世界上功率密度最大的地區(qū)之一，特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密 度在20kW／m2以上，開(kāi)發(fā)環(huán)境和條件很好。 

    1．4溫差能  

    溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。海洋的表面把太陽(yáng)的輻射能的大部分轉(zhuǎn)化 成為熱水并儲(chǔ)存在海洋的上層。另一方面，接近冰點(diǎn)的海水大面積地在不到1000m的深度從極地緩慢地流 向赤道。這樣，就在許多熱帶或亞熱帶海域終年形成20C以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實(shí)現(xiàn)熱力 循環(huán)并發(fā)電。  

    全世界海洋溫差能的理論估算值為10“kW量級(jí)。根據(jù)中國(guó)海洋水溫測(cè)量資料計(jì)算得到的中國(guó)海域的 溫差能約為1． 5X108kW，其中99％在甫中國(guó)海。南海的表層水溫年均在26℃以上，深層水溫（800m深處）常 年保持在5℃，溫差為2＝℃，屬于溫差能豐富區(qū)域。 

    1．5鹽差能  

    鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能。主要存在于河海交接處。 同時(shí)，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能 源。通常，海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240m水頭差的能量密度，這種位差可以利用 半滲透膜（水能通過(guò)，鹽不能通過(guò)）在鹽水和淡水交接處實(shí)現(xiàn)。利用這一水位差就可以直接由水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。全世界海洋鹽差能的理論估算值為10kW量級(jí)，我國(guó)的鹽差能估計(jì)為1．1XI08kW，主要集中在各大 江河的出海處。同時(shí)，我國(guó)青海省等地還有不少內(nèi)陸鹽湖可以利用。 

    2 海洋能利用的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)  

    海洋能是各種可再生能源中類型最多的一種，其基本轉(zhuǎn)換原理所涉及的學(xué)科較多，包括流體力學(xué)與流體 機(jī)械，工程熱物理和電化學(xué)等。本節(jié)將分別介紹各種海洋能轉(zhuǎn)換的基本原理及研究的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 

    2．1潮汐發(fā)電的原理與技術(shù)  

    潮汐能利用的主要方式是發(fā)電。通過(guò)貯水庫(kù)，在漲潮時(shí)將海水貯存在貯水庫(kù)內(nèi)，以勢(shì)能的形式保存，然 后，在落潮時(shí)放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。潮汐電站的功率和落 差及水的流量成正比。但由于潮汐電站在發(fā)電時(shí)貯水庫(kù)的水位和海洋的水位都是變化的（海水由貯水庫(kù)流 出，水位下降，同時(shí)，海洋水位也因潮汐的作用而變化），因此，潮汐電站是在變工況下工作的，水輪發(fā)電機(jī)組 和電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮變工況、低水頭、大流量以及防海水腐蝕等因素，遠(yuǎn)比常規(guī)的水電站復(fù)雜，效率也低 于常規(guī)水電站。 
    潮汐電站按照運(yùn)行方式和對(duì)設(shè)備要求的不同，可以分成單庫(kù)單向型、單庫(kù)雙向型和雙庫(kù)單向型三種。  

    2．1．1單庫(kù)單向型 
    單庫(kù)單向型是在漲潮時(shí)將貯水庫(kù)閘門打開(kāi)，向水庫(kù)充水，平潮時(shí)關(guān)閘；落潮后，待貯水庫(kù)與外海有一定水 位差時(shí)開(kāi)閘，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。單庫(kù)單向發(fā)電方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少；缺點(diǎn)是發(fā)電斷續(xù)， 1天中約有65％以上的時(shí)間處于貯水和停機(jī)狀態(tài)。 

    2．1．2單庫(kù)雙向型  

    單庫(kù)雙向型有兩種設(shè)計(jì)方案。第一種方案利用兩套單向閥門控制兩條向水輪機(jī)引水的管道。在漲潮和 落潮時(shí)，海水分別從各自的引水管道進(jìn)入水輪機(jī)，使水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。第二種方案是采用雙向水 輪機(jī)組。 

    2．1．3雙庫(kù)單向型  

    這個(gè)方案采用兩個(gè)水力相聯(lián)的水庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)潮汐能連續(xù)發(fā)電。漲潮時(shí)，向高貯水庫(kù)充水；落潮時(shí)，由低貯 水庫(kù)排水，利用兩水庫(kù)間的水位差，使水輪發(fā)電機(jī)組連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)發(fā)電；其缺點(diǎn)是要建兩個(gè)水庫(kù)，投資大且工 作水頭降低。 

    潮汐發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)主要包括低水頭、大流量、變工況水輪機(jī)組設(shè)計(jì)制造；電站的運(yùn)行控制；電站與海洋 環(huán)境的相互作用，包括電站對(duì)環(huán)境的影響和海洋環(huán)境對(duì)電站的影響，特別是泥沙沖淤問(wèn)題；電站的系統(tǒng)優(yōu)化， 協(xié)調(diào)發(fā)電量、間斷發(fā)電以及設(shè)備造價(jià)和可靠性等之間的關(guān)系；電站設(shè)備在海水中的防腐等。

     2．2波浪能轉(zhuǎn)換的原理與技術(shù)  

    波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能 利用裝置的種類繁多，有關(guān)波能裝置的發(fā)明專利超過(guò)千項(xiàng)。因此，波能利用又被稱為發(fā)明家的樂(lè)園。但這些 裝置大部源于幾種基本原理，即：利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運(yùn)動(dòng)；利用波浪壓力的變化；利用波浪 的沿岸爬升將波浪能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能等。經(jīng)過(guò)70年代對(duì)多種波能裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室研究和80年代進(jìn)行的 實(shí)海況試驗(yàn)及應(yīng)用示范研究，波浪發(fā)電技術(shù)已逐步接近實(shí)用化水平，研究的重點(diǎn)也集中于3種被認(rèn)為是有商 品化價(jià)值的裝置，包括振蕩水柱式裝置、擺式裝置和聚波水庫(kù)式裝置。  

    波浪發(fā)電裝置大都可看作為一個(gè)包括三級(jí)能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)，一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)直接與波浪相 互作用，將波浪能轉(zhuǎn)換成裝置的動(dòng)能、或水的位能或中間介質(zhì)（如空氣）的動(dòng)能與壓能等；二級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 將一級(jí)能量轉(zhuǎn)換所得到的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能，如水力透平、空氣透平、液壓馬達(dá)等；三級(jí)能量轉(zhuǎn)換將 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。以下分別介紹上述三種最有前途的裝置能量轉(zhuǎn)換原理及過(guò)程。  

    2．2．1振蕩水柱波能裝置  

    振蕩水柱波能裝置可分為漂浮式和固定式兩種。目前已建成的振蕩水柱波能裝置都利用空氣作為轉(zhuǎn)換 的介質(zhì)。其一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為氣室，二級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為空氣透平。氣室的下部開(kāi)口在水下與海水連通， 氣室的上部也開(kāi)口（噴嘴），與大氣連通。在波浪力的作用下，氣室下部的水柱在氣室內(nèi)作強(qiáng)迫振動(dòng)，壓縮氣室 的空氣往復(fù)通過(guò)噴嘴，將波浪能轉(zhuǎn)換成空氣的壓能和動(dòng)能。在噴嘴安裝一個(gè)空氣透平并將透平轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī) 相連，則可利用壓縮氣流驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。振蕩水柱波能裝置的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不與海水接 觸，防腐性能好，安全可靠，維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是二級(jí)能量轉(zhuǎn)換效率較低。  

    2．2．2擺式波能裝置  

    擺式波能裝置也可分為漂浮式和固定式兩種。擺體是擺式裝置的一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。在波浪的作用下， 擺體作前后或上下擺動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換成擺軸的動(dòng)能。與擺軸相聯(lián)的通常是液壓裝置，它將擺的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成 液力泵的動(dòng)能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。擺體的運(yùn)動(dòng)很適合波浪大推力和低頻的特性。因此，擺式裝置的轉(zhuǎn)換效 率較高，但機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的維護(hù)較為困難。擺式裝置的另一優(yōu)點(diǎn)是可以方便地與相位控制技術(shù)相結(jié)合。相 位控制技術(shù)可以使波能裝置吸收到裝置迎波寬度以外的波浪能，從而大大提高裝置的效率。  

    2．2．3聚波水庫(kù)波能裝置  

    聚波水庫(kù)裝置利用喇叭型的收縮波道，作為一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。波道與海連通的一面開(kāi)口寬，然后逐漸 收縮通至貯水庫(kù)。波浪在逐漸變窄的波道中，波高不斷地被放大，直至波峰溢過(guò)邊墻，將波浪能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能貯 存在貯水庫(kù)中。收縮波道具有聚波器和轉(zhuǎn)能器的雙重作用。水庫(kù)與外海間的水頭落差可達(dá)3一8m，利用水輪 發(fā)電機(jī)組可以發(fā)電。聚波水庫(kù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是一級(jí)轉(zhuǎn)換沒(méi)有活動(dòng)部件，可靠性好，維護(hù)費(fèi)用低，系統(tǒng)出力穩(wěn)定。 不足之處是電站建造對(duì)地形有要求，不易推廣。  

    波浪能利用中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：波浪的聚集與相位控制技術(shù)；波能裝置的波浪載荷及在海洋環(huán)境 中的生存技術(shù)；波能裝置建造與施工中的海洋工程技術(shù)；不規(guī)則波浪中的波能裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化；往復(fù) 流動(dòng)中的透平研究等。 

    2．3海洋溫羌能的轉(zhuǎn)換原理與撿求  

    除了發(fā)電之外，海洋溫差能利用裝置還可以同時(shí)獲得淡水、深層海水、進(jìn)行空調(diào)并可以與深海采礦系統(tǒng) 中的揚(yáng)礦系統(tǒng)相結(jié)合。因此，基于溫差能裝置可以建立海上獨(dú)立生存空間并作為海上發(fā)電廠、海水淡化廠或 海洋采礦、海上城市或海洋牧場(chǎng)的支持系統(tǒng)。總之，溫差能的開(kāi)發(fā)應(yīng)以綜合利用為主。  

    海洋溫差能轉(zhuǎn)換主要有開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)兩種方式。  

    2．3．1開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)  

    開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)主要包括真空泵、溫水泵、冷水泵、閃蒸器、冷凝器、透平一發(fā)電機(jī)組等部分。真空泵先將系 統(tǒng)內(nèi)抽到一定的真空，接著起動(dòng)溫水泵把表層的溫水抽入閃蒸器，由于系統(tǒng)內(nèi)已保持有一定的真空度，所以 溫海水就在閃蒸器內(nèi)沸騰蒸發(fā)，變?yōu)檎羝Ｕ羝?jīng)管道由噴嘴噴出推動(dòng)透平運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從透平 排出的低壓蒸汽進(jìn)入冷凝器，被由冷水泵從深層海水中抽上的冷海水所冷卻，重新凝結(jié)為水，并排入海中。在 此系統(tǒng)中，作為工作介質(zhì)的海水，由泵吸入閃蒸器蒸發(fā)）推動(dòng)透平作功一經(jīng)冷凝器冷凝后直排人海中，故稱 此工作方式的系統(tǒng)為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。在開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)中，用海水作工作流體和介質(zhì)，閃蒸器和冷凝器之間的 壓差非常小。因此，必須充分注意管道等的壓力損耗、且使用的透平尺寸較大。開(kāi)式循環(huán)的副產(chǎn)品是經(jīng)冷凝 器排出的淡水，這是它的有利之處。  

    2．3．2閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)  

    閉式循環(huán)系統(tǒng)不以海水而采用一些低涕點(diǎn)的物質(zhì)（如丙烷、氟利昂、氨等）作為工作介質(zhì)，在閉合回路內(nèi) 反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。因?yàn)橄到y(tǒng)使用低沸點(diǎn)的工作介質(zhì)，蒸汽的工作壓力得到提高。 

    閉式循環(huán)與開(kāi)式循環(huán)的系統(tǒng)組件及工作方式均有所不同，開(kāi)式系統(tǒng)中的閃蒸器改為蒸發(fā)器。當(dāng)溫水泵將 表層海水抽上送往蒸發(fā)器時(shí)，海水自身并不蒸發(fā)；而是通過(guò)蒸發(fā)器內(nèi)的盤管把部分熱量傳遞給低沸點(diǎn)的工作 流體，如氨水。溫水的溫度降低，氨水的溫度升育并開(kāi)始沸騰變?yōu)榘睔狻０睔饨?jīng)過(guò)透平的葉片通道，膨脹作功， 推動(dòng)零平旋轉(zhuǎn)。透平排出的氨氣進(jìn)入冷凝器、在冷凝器內(nèi)由冷水泵抽上的深層冷海水冷卻后重新變?yōu)橐簯B(tài) 氨，再用氨泵（工質(zhì)泵）把冷凝器中的液態(tài)氨重新壓進(jìn)蒸發(fā)器，以供循環(huán)使用。  

    閉式循環(huán)系統(tǒng)由于使用低沸點(diǎn)工質(zhì)，可以大大減小裝置，特別是透平機(jī)組的尺寸。但使用低沸點(diǎn)工質(zhì)會(huì) 對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。  

    溫差能利用的最大困難是溫差大小，能量密度太低。溫差能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)。同時(shí)，溫 差能系統(tǒng)的綜合利用，還是一個(gè)多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工程問(wèn)題。 

    2．4海流能利用的原理與關(guān)鍵技術(shù)  

    海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風(fēng)力發(fā)電相似，幾乎任何一個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置都可以改造成為海 流發(fā)電裝置。但由于海水的密度約為空氣的1000倍，且裝置必須放于水下。故海流發(fā)電存在一系列的關(guān)鍵 技術(shù)問(wèn)題，包括安裝維護(hù)、電力輸送、防腐、海洋環(huán)境中的載荷與安全性能等。此外，海流發(fā)電裝置和風(fēng)力發(fā)電 裝置的固定形式和透平設(shè)計(jì)也有很大的不同。海流裝置可以安裝固定于海底，也可以安裝于浮體的底部，而 浮體通過(guò)錨鏈固定于海上。海流中的透平設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。  

    2. 5鹽差能的轉(zhuǎn)換原理與關(guān)鍵技術(shù)  

    鹽差能的利用主要是發(fā)電。其基本方式是將不同鹽濃度的海水之間的化學(xué)電位差能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能，再 利用水輪機(jī)發(fā)電，具體主要有滲透壓式、蒸汽壓式和機(jī)協(xié)化學(xué)式等，其中滲透壓式方案最受重視：  

    將一層半透膜放在不同鹽度的兩種海水之間，通過(guò)這個(gè)膜會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力梯度，迫使水從鹽度低的一側(cè) 通過(guò)膜向鹽度高的一側(cè)滲透，從而稀釋高鹽度的水，直到膜兩側(cè)水的鹽度相等為止。此壓力稱為滲透壓，它與 海水的鹽濃度及溫度有關(guān)。下面介紹兩種滲透壓式鹽差能轉(zhuǎn)換方法。  

    2．5．1水壓塔滲透壓系統(tǒng) 

    壓塔滲透壓系統(tǒng)主要由水壓塔、半透膜、海水泵、水輪機(jī)一發(fā)電機(jī)組等組成。其中水壓塔與淡水問(wèn)由半 透膜隔開(kāi)，而塔與海水之間通過(guò)水泵連通）系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：先由海水泵向水壓塔內(nèi)充入海水。伺時(shí)，由 于滲透壓的作用，淡水從半透膜向水壓垮內(nèi)滲透，使水壓塔內(nèi)水位上升。當(dāng)塔內(nèi)水位上升到一定高度后，便從 塔頂?shù)乃垡绯觯瑳_擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。為了使水壓塔內(nèi)的海水保持一定的鹽度、必須用海水泵 不斷向塔內(nèi)打入海水，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)工作，扣除海水泵等的動(dòng)力消耗，系統(tǒng)的總效率約為20％左右。  

    2．5．2強(qiáng)力滲壓系統(tǒng)  

    強(qiáng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換方法是在河水與海水之間建兩座水壩分別稱為前壩和后壩，并在兩水壩之間挖一 低于海平面約200m的水庫(kù)。前壩內(nèi)安裝水輪發(fā)電機(jī)組，使河水與低水庫(kù)相連，而后壩底部則安裝半透膜滲 流器，使低水庫(kù)與海水相通。系統(tǒng)的工作過(guò)程為：當(dāng)河水通過(guò)水輪機(jī)流入低水庫(kù)時(shí)，沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā) 電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，低水庫(kù)的水通過(guò)半透膜流入海中，以保持低水庫(kù)與河水之間的水位差。理論上這一水位差 可以達(dá)到240m。但實(shí)際上要在比此壓差小很多時(shí)，才能使淡水順利通過(guò)透水而不透鹽的半透膜直接排人海 中。此外，薄膜必須用大量海水不斷地沖洗才能將滲透過(guò)薄膜的淡水帶走，以保持膜在海水側(cè)的水的鹽度，使發(fā)電過(guò)程可以連續(xù)。  

    滲透壓式鹽差能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是膜技術(shù)和膜與海水介面間的流體交換技術(shù)。  

    3 海洋能轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究進(jìn)展和主要項(xiàng)目 

    海洋能利用的歷史至少可以追溯到中世紀(jì)時(shí)期。11世紀(jì)在高爾、安達(dá)盧西亞和英國(guó)沿岸已有原始的潮 汐水車在運(yùn)轉(zhuǎn)。波浪能和溫差能的利用設(shè)想也早在十九世紀(jì)末就已提出。但是，有規(guī)模的對(duì)海洋能進(jìn)行開(kāi)發(fā) 研究是本世紀(jì)50年代以后，首先是潮汐能，然后是波浪能、溫差能等。以下分別就各種海洋能源的研究技術(shù) 進(jìn)展和主要項(xiàng)目進(jìn)行介紹。 

    3．1潮汐能發(fā)電技求進(jìn)展及項(xiàng)目

    潮汐發(fā)電的主要研究與開(kāi)發(fā)國(guó)家包括法國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大、中國(guó)和英國(guó)等，它是海洋能中技術(shù)最成熟和 利用規(guī)模最大的一種。 

    3．1．1法國(guó)

    位于法國(guó)圣馬洛附近朗斯河口的朗斯潮汐電站工程是當(dāng)今最著名的潮汐裝置。該電站最早的建議干 1737年提出，1953年由法政府決定興建，實(shí)際建設(shè)工作開(kāi)始于1961年：月，第一臺(tái)b備于1966年投入運(yùn) 行，發(fā)電站包括24臺(tái)每臺(tái)裝機(jī)容量10Mw的可逆型機(jī)組，總計(jì)電站容量240MW。其水輪機(jī)可用來(lái)在水流 流入或流出時(shí)發(fā)電、泵水和起閘門的作用。這種運(yùn)行的靈活性使電站在1.5m的低水頭下也能在退潮和漲潮 時(shí)發(fā)電。由于增加了泵水能力，電站輸出逐步增加，現(xiàn)在年總發(fā)電能力約力為6X108kWh。平均潮差約為 8．5m，但最高大潮達(dá)13．5m。水庫(kù)面積90000m2。 

    燈泡式裝置的性能非常好，其平均利用率穩(wěn)定地增加到實(shí)際最大值的95％，每年因事故而停止運(yùn)轉(zhuǎn)的 時(shí)間平均少于5天，燈泡式裝置注水門和船閘的陰極保護(hù)系統(tǒng)在抵抗鹽水腐蝕方面很有效。這個(gè)系統(tǒng)使用的 是白金陽(yáng)極，耗電僅為10kW。 

    這個(gè)工程對(duì)環(huán)境的影響總體是好的。在攔河壩體上修筑的車道公路使圣馬洛和狄納爾德之間的路線縮 短，在夏天每月的最大通車量達(dá)50萬(wàn)輛，這個(gè)工程本身對(duì)旅游者有巨大的吸引力，每年去那里游覽的人達(dá) 20萬(wàn)人。攔河壩有效地把這個(gè)河口變成人工控制的湖泊，大大改善了駕駛游艇、防汛和防浪的條件。 

    3．1．2蘇聯(lián)

    蘇聯(lián)于1968年在烏拉灣中的基斯拉雅灣建成了一座潮汐實(shí)驗(yàn)電站。這個(gè)鋼筋混凝土的站房在摩爾曼斯 克附近的一個(gè)干船塢中建好，里面裝了一臺(tái)400扛w的燈泡式水輪機(jī)。然后整個(gè)站房用拖船拖到站址，下沉到 預(yù)先準(zhǔn)備好的砂石基礎(chǔ)上。用一些浮簡(jiǎn)來(lái)減少站房結(jié)構(gòu)的吃水，并使其在拖運(yùn)時(shí)保持穩(wěn)定性。 

    3．1．3加拿大 

    加拿大于1984年在安納波利斯建成一座裝機(jī)容量為2MW的單庫(kù)單向落潮發(fā)電站。該電站的主要目的 是驗(yàn)證大型貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)用性，為計(jì)劃建造的芬地灣大型潮汐電站提供技術(shù)依據(jù)。安納波利斯電 站的單機(jī)容量為20Mw，是世界上最大的機(jī)組。采用了全貫流技術(shù)，可以比燈泡機(jī)組成本低15％。水輪機(jī)的 人口直徑為7．6m，額定水頭5．5m，額定效率89.1％，多年運(yùn)行的結(jié)果表明，機(jī)組完好率達(dá)97％以上。 

    3.1．4中國(guó) 

    中國(guó)是世界上建造潮汐電站最多的國(guó)家，在50年代至7O年代先后建造了近50座潮汐電站，但據(jù)80年 代初的統(tǒng)計(jì)，只有8個(gè)電站仍正常運(yùn)行發(fā)電。江廈電站是中國(guó)最大的潮汐電站，目前已正常運(yùn)行近20年，但 未能達(dá)到原設(shè)計(jì)的發(fā)電水平。 

    廈電站研建是國(guó)家“六五干重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，總投資為1130萬(wàn)人民幣，1974年開(kāi)始研建，1980年首 臺(tái)500kW機(jī)組開(kāi)始發(fā)電，至1985年完成6電站共安裝500kW機(jī)組一臺(tái)，600kW機(jī)組一臺(tái)和700kW機(jī)組3 臺(tái)，總?cè)萘?．2MW。電站為單庫(kù)雙作用式，水庫(kù)面積為1．58X106m2，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為10．7X106kWh。 1996年全年的凈發(fā)電為5．02X106kWh，約為設(shè)計(jì)值的。半。其原因主要是機(jī)組運(yùn)行的設(shè)計(jì)狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)有 差別。同時(shí)，機(jī)組的保證率、運(yùn)行控制方式等也都需要提高。但江廈電站總體說(shuō)是成功的，為中國(guó)潮汐電站的建 造提供了較全面的技術(shù)，同時(shí)，也為潮汐電站的運(yùn)行、管理和多種經(jīng)營(yíng)等積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 

    3．1．5技術(shù)進(jìn)展 潮汐發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)包括潮汐發(fā)電機(jī)組、水工建筑、電站運(yùn)行和海洋環(huán)境等。中國(guó)60年代和70年代初 建的潮汐電站技術(shù)水平相對(duì)較低。法國(guó)的朗斯電站，加拿大安納波利斯電站和中國(guó)的江廈電站屬技術(shù)上較成 熟的電站。 

    潮汐電站中，水輪發(fā)電機(jī)組約占電站總造價(jià)的50％，且機(jī)組的制造與安裝又是電站建設(shè)工期的主要控 制因素。朗斯電站采用的燈泡貫流式機(jī)組屬潮汐發(fā)電中的第一代機(jī)型，單機(jī)容量為10MW，加拿大安納波利 斯電站采用的全貫流式機(jī)組為第二代機(jī)型，單機(jī)容量20Mw。中國(guó)的江廈電站機(jī)組參照法國(guó)朗斯電站并結(jié) 合江廈的具體條件設(shè)計(jì)，單機(jī)容量0．5一0．7MW，總體技術(shù)水平和朗斯電站相當(dāng)。“八五”期間，在原國(guó)家科 委重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目計(jì)劃的支持下，中國(guó)也研究開(kāi)發(fā)了全貫流機(jī)組，單機(jī)容量0.14MW，并在廣東梅縣禪興寺低 水頭電站試運(yùn)行。全貫流機(jī)組比燈泡貫流機(jī)組的造價(jià)可降低15％一20％。總的來(lái)說(shuō)，潮汐發(fā)電機(jī)組的技術(shù)已 成熟，朗斯電站機(jī)組正常運(yùn)行已超過(guò)30年，江廈電站也已工作近20年。但這些機(jī)組的制造是基于60一70年 代的技術(shù)。利用先進(jìn)制造技術(shù)、材料技術(shù)和控制技術(shù)以及流體動(dòng)力技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)潮汐發(fā)電機(jī)組仍有很大的改 進(jìn)潛力，主要是在降低成本和提高效率方面。 

    水工建筑在潮汐電站中約占造價(jià)的45％，也是降低造價(jià)的重要方面。傳統(tǒng)的建造方法多采用重力結(jié)構(gòu) 的當(dāng)?shù)夭牧蠅位蜾摻罨炷粒こ塘看螅靸r(jià)貴。前蘇聯(lián)的基斯拉雅電站采用了預(yù)制浮運(yùn)鋼筋混凝土沉箱的 結(jié)構(gòu)，減少了工程量和造價(jià)。中國(guó)的一些潮汐電站也采用了這項(xiàng)技術(shù)，建造部分電站設(shè)施，如水閘等，起到同 樣效果。 

    潮汐電站的運(yùn)行是一項(xiàng)高智力的技術(shù)丙妙地利用外海水位和水庫(kù)水位的相位差，可以有效提高電站出 力。朗斯電站首先采用了一種稱作泵卿的技術(shù)，使電站年凈發(fā)電量約增加10％。泵卿技術(shù)就是在單庫(kù)雙作用 電站中，增加雙向泵水功能，它可以通過(guò)使發(fā)電機(jī)組具有發(fā)電或抽水雙重功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)增加雙向 水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。其工作過(guò)程是在退潮發(fā)電剛剛結(jié)束之后，用泵把庫(kù)面水位抽低1m左右，從而增加漲潮發(fā)電的 水頭。因?yàn)楸们涫窃诜浅５偷乃^下進(jìn)行的，而其后的發(fā)電是在高的水頭下進(jìn)行，所以提高水頭增加的發(fā)電 量遠(yuǎn)大于抽水的耗電，而產(chǎn)生很大的凈能量收益。 

    潮汐電站的海洋環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的課題，主要包括兩個(gè)方面。一是建造電站對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響， 如對(duì)水溫、水流、鹽度分層以及水浸到的海濱產(chǎn)生的影響等。這些變化又會(huì)影響到浮游生物及其他有機(jī)物的 生長(zhǎng)以及這一地區(qū)的魚(yú)類生活等。對(duì)這些復(fù)雜的生態(tài)和自然關(guān)系的研究還有待深入。二是海洋環(huán)境對(duì)電站 的影響，主要是泥沙沖淤問(wèn)題。泥沙沖淤除了與當(dāng)?shù)厮械暮沉坑嘘P(guān)外，還與當(dāng)?shù)氐牡匦渭俺毕筒鞯?相關(guān)，作用關(guān)系復(fù)雜。例如，浙江的江廈、沙山、海山三個(gè)電站均在樂(lè)清灣內(nèi)，尤其是江廈和沙山電站，僅颶尺 之隔，灣中含沙量相同，但江廈不淤，而沙山電站前階段有淤積問(wèn)題。又如山東的白沙口電站庫(kù)內(nèi)淤積不大， 而電站進(jìn)出口渠道上出現(xiàn)淤積問(wèn)題。其原因是與進(jìn)、出口水道的位置安排不當(dāng)直接有關(guān)。總之，潮汐電站的 環(huán)境問(wèn)題復(fù)雜，且需對(duì)具體電站進(jìn)行具體分析。