談談我國海洋能利用的現(xiàn)狀和前景

摘要：我國海岸線漫長，浩瀚的海洋蘊藏著豐富的海洋能資源。文章通過對海水滲透發(fā)電、潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電和海流能、海水溫差能發(fā)電技術的介紹，論述了我國開展海洋清潔能源利用的現(xiàn)狀、存在的不足和發(fā)展趨勢。文章站在發(fā)展的角度，大力倡導開發(fā)利用海洋能這一新能源，認為海洋能的利用，是我國能源結構調(diào)整的需要，也是時代發(fā)展的必然趨勢。

關鍵詞：海洋能 利用現(xiàn)狀 前景

0 引言

我國海洋能利用的項目有很多，海洋能研究方面的課題很深，涉及領域也極為廣泛。我們下面要論述的是幾種海洋能利用的形式，通過這些能量利用的介紹，力求使龐大、枯燥的海洋能研究課題變得有趣而具體，最大限度地接近基層讀者的品味，從而引起共鳴，達到科學普及的目的。下面我們將通過海洋能利用項目的論述，回答如下幾個問題，即浩瀚的海洋蘊藏著怎樣的能量；海洋能常用的利用形式有哪些；海洋能利用中存在的問題及發(fā)展趨勢。

1 海水滲透發(fā)電技術有望成為新的環(huán)保能源

海水滲透發(fā)電技術的原理是：利用液體的滲透性發(fā)電，即利用濃溶液擴散到稀溶液所釋放出來的能量發(fā)電。這種新能源既不產(chǎn)生垃圾，也沒用二氧化碳排放，更不受天氣左右，可以說是取之不盡、用之不竭。人們可以在河流的入?？谔幮藿ㄟ@樣的發(fā)電站，而在鹽分濃度更高的水域中，滲透發(fā)電站的發(fā)電效果會更好。當河流奔騰入海時，由于河水與海水所含鹽分濃度的不同，會促使“河流淡水”與“海洋咸水”發(fā)生低濃度的液體流向高濃度的液體物理滲透反應，從而產(chǎn)生巨大的海水滲透壓，用其產(chǎn)生的這種壓力推動渦輪機進行大功率發(fā)電。我國大海與陸地河口交界水域的鹽度差所潛藏的巨大能量一直是科學家理想的發(fā)電場所。我國的鹽差能蘊藏量理論上估計為3.9×1015KJ，主要集中在各大江河的入海處，同時，我國青海省等地還有不少內(nèi)陸鹽湖也可以利用。

從物理學角度來說，淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差，一般海水含鹽度為3%-3.5%時，其和河水之間的化學電位差有相當于240m水頭差的能量密度，如果這個壓力差能利用起來，從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發(fā)0.65kw·h的電。這種水位差可以利用半透膜在鹽水和淡水交接處實現(xiàn)。如果在這一過程中鹽度不降低的話，產(chǎn)生的滲透壓力足可以將鹽水水面提高240m，利用這一水位差就可以推動水輪發(fā)電機發(fā)電。我國目前海水滲透發(fā)電技術正處于起步階段，普及該技術所面臨的最大難題就是發(fā)電站的建造成本過高，并且缺乏高效廉價的薄膜，對鹽差能這種新能源的研究還處于實驗室實驗水平。

2 潮汐能發(fā)電

潮汐是由于太陽和月球?qū)Φ厍蚋魈幰Φ牟煌鸬暮Ｋ幸?guī)律的、周期性的漲落現(xiàn)象。潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量稱為潮汐能。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比，其利用原理和水力發(fā)電相似。潮汐能是以勢能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。它包括潮汐和潮流兩種運動方式所包含的能量，潮水在漲落中蘊藏著巨大能量，這種能量是永恒的、無污染的能量，而且不受洪水或枯水影響、是用之不竭的可再生能源。

我國有海岸線總長3.2萬千米，漫長的海岸線蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。在漲潮的過程中，洶涌而來的海水具有很大的動能，而隨著海水水位的升高，就把海水的巨大動能轉化為勢能；在落潮的過程中，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢能又轉化為動能。一般來說潮差不小于3米，就會產(chǎn)生發(fā)電的經(jīng)濟效益，就有實際應用價值。潮汐能是因地而異的，不同的地區(qū)常常有不同的潮汐系統(tǒng)，潮汐能利用的主要方式是發(fā)電，在海洋各種能源中，潮汐能的開發(fā)利用最為現(xiàn)實、最為簡便。中國早在20世紀50年代就已開始利用潮汐能，在這一方面是世界上起步較早的國家，我國雖有豐富的潮汐能資源，但開發(fā)存在較大的困難，需著重解決設備、技術和成本問題。

3 波浪能(wave power)發(fā)電

波浪能發(fā)電是通過波浪能裝置（見圖一），是將波浪能首先轉換為機械能，然后再轉換成電能的過程。波浪能來源于風和海面的相互作用，是風的一部分能量傳給了海水。波浪能是以機械能形式存在的，是海洋能中品位最高的能量。具有能量密度高、分布面廣等優(yōu)點。它是一種取之不竭的可再生清潔能源。近年來，隨著科技進步和化石能源短缺的加劇，波浪能這種清潔綠色的能源的開發(fā)利用已初具商業(yè)化趨勢。小功率的波浪能發(fā)電，已在導航浮標、燈塔等獲得推廣應用。我國有廣闊的海洋資源，波浪能的理論存儲量為7000萬千瓦左右，沿海波浪能能流密度大約為每米2-7千瓦。在能流密度高的地方，每1米海岸線外波浪的能流就足以為20個家庭提供照明。波浪能開發(fā)潛力巨大。

我國是波浪能開發(fā)最早的國家之一，從1980年以來研究技術獲得突破性發(fā)展。波浪能資源最豐富的省份是臺灣省，以429萬千瓦的發(fā)電功率占全國波浪能資源總量的1／3，其次是浙江、廣東、福建、山東等省沿海地區(qū)，160萬-250萬千瓦之間發(fā)電量為706萬千瓦，占波浪能總量的55%。我國海域遼闊，漫長的海岸線，為波浪能的開發(fā)與利用提供了廣闊的發(fā)展機遇。目前我國在發(fā)電研究的基礎上，運用成熟的機械制造及發(fā)電技術進行有效的組合，將廣闊海岸取之不盡，用之不竭的波浪能低成本地轉化為電能，為改善中國東部沿海地區(qū)能源短缺和環(huán)境改善開辟一條新的途徑。

4 海流能發(fā)電

海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導致的有規(guī)律的海水流動。所產(chǎn)生的能量進行持續(xù)發(fā)電的項目具有安全、高效、無污染等特點。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪能而言，海流能的變化要平穩(wěn)且有規(guī)律得多。海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風力發(fā)電相似，幾乎任何一個風力發(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)電存在一系列的關鍵技術問題，包括安裝維護、電力輸送、防腐、海洋環(huán)境中的載荷與安全性能等。

我國沿岸潮流資源根據(jù)對130個水道的計算統(tǒng)計，理論平均功率為13948.52萬kW。這些資源在全國沿岸的分布，以浙江為最多，有37個水道，理論平均功率為7090萬kW，約占全國的海流能資源的1/2以上。其次是臺灣、福建、遼寧等省份的沿岸也較多，約占上述的42%，其它省區(qū)較少。國內(nèi)第一個海流能發(fā)電項目2011年花落榮成，這項技術有一定的發(fā)展前景。

5 海洋溫差發(fā)電

海洋溫差能主要用于發(fā)電（見圖二），原理是：首先利用表層海水蒸發(fā)工質(zhì)（工質(zhì)——實現(xiàn)熱能和機械能相互轉化的媒介物質(zhì)，如氨、丙烷或氟利昂），使海水汽化推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，然后利用深層冷海水冷卻工質(zhì)成液態(tài)，再反復使用。海水溫差發(fā)電涉及到機械、熱能、流體等多個交叉學科，因此也存在著包括熱交換器、冷卻管、汽輪機及海洋工程技術在內(nèi)的一系列有待解決的難題。目前海洋溫差發(fā)電主要采用開式和閉式以及綜合兩者優(yōu)點的混合式循環(huán)三種方式。

海水溫度呈現(xiàn)垂直分布，隨深度增加而降低。海水深度在1000米以下的地方溫度為2-6度，2000米以下海水溫度約為2度，幾乎恒定不變。利用海水溫差可以實現(xiàn)熱力循環(huán)并發(fā)電，按現(xiàn)有技術條件，發(fā)電溫差為18度以上。我國海域遼闊，特別是南海，夏季平均氣溫在36度以上，具有利用海水溫差發(fā)電的有利條件和廣闊前景。我國從80年代起，在廣州、青島、天津等地開展溫差發(fā)電研究，取得了一定的成績，但成本都較高。我國在海水溫差發(fā)電方面，應不斷吸取國外先進技術，力爭在海洋溫差能發(fā)電上有所突破。

6 結束語

海洋被公認為地球上最后的資源寶庫，也被稱為能量之海。海洋中蘊藏著巨大的能量，清潔無污染，取之不盡、用之不竭。海洋能的開發(fā)與利用標志著現(xiàn)代科學技術的進步，是人類用綠色能源替代化石能源從而改變能源利用結構的迫切需求。但由于成本和技術問題，我國在海洋能利用上還沒有取得實質(zhì)性的經(jīng)濟效益，總體存在于兩方面的原因。

一是：海洋能發(fā)電站項目會使幾百千米內(nèi)的沿海潮差受影響；由于共振原因，會使局部海平面上升，海岸線內(nèi)退，引發(fā)環(huán)境問題；各種海洋能發(fā)電造成泥沙淤積，使海洋動植物、魚類和鳥類棲息的生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，還能造成航運受阻；海洋中用于發(fā)電的巨大渦輪會將魚類等海洋生物劃傷、甚至被吸入輪中，使?jié)O業(yè)生產(chǎn)蒙受損失；河口地區(qū)的魚類由于發(fā)電設施影響，有可能不能正常產(chǎn)卵等等。

二是：海洋是一個水深、缺氧、高壓的世界，開發(fā)海洋能技術難度大。對發(fā)電材料和設備要求比較高。海洋能發(fā)電裝置無論是葉片、結構還是錨泊點都要有較大的強度，必須抗腐蝕、抗沖擊；發(fā)電時隨時會有泥沙進入裝置可能會毀損軸承；海水腐蝕和海洋生物附著會降低水輪機的效率從而影響其壽命；海洋能發(fā)電設備維護成本較高等。目前海洋能生產(chǎn)成本較火電來講還比較大，有社會效益，無經(jīng)濟競爭能力。海洋能發(fā)展的負面影響和技術問題還有待提高。

我國開展可再生海洋能資源的開發(fā)已經(jīng)有50年，盡管規(guī)模上與火電相比還微不足道，但卻符合我國能源長遠發(fā)展的需求。在化石能源逐漸枯竭和其利用中產(chǎn)生的嚴重環(huán)境污染的情況下，海洋能的開發(fā)與利用有其存在的緊迫性和必要性。從長遠社會效益來看，這一新興產(chǎn)業(yè)還可以增加新的就業(yè)崗位，并創(chuàng)造越來越高的經(jīng)濟效益。近年來我國政府出臺了一系列優(yōu)惠政策，給新能源的開發(fā)一定的傾斜政策。從發(fā)展的角度看，每一種類型的海洋能資源都超過全國裝機容量的幾倍，具有遠大的發(fā)展前景，海洋能必然會成為我國沿海地區(qū)重要的能源之一。相信不久的將來，我國海洋能發(fā)展會有重大突破，使這一清潔可再生能源為我國電力事業(yè)做出巨大貢獻。

參考文獻：

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[2]穆獻中.新能源和可再生能源發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化研究［M］.北京：石油工業(yè)出版社.2009年1月第一版.

作者簡介：

儲呈陽（1991－），男，江蘇東臺人，華北電力大學（北京）電氣工程系本科生，四項國家級專利的發(fā)明者（均為獨立作者）。研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。

收稿日期：2012年3月１日