海洋能利用

　　利用一定的方式方法、設備裝置把各種海洋能轉換成為電能或其他可利用形式的能。它是人類利用自然能源的重要方面。

　　海洋能的種類　海洋能是海水運動過程中產生的可再生能，主要包括溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、鹽差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太陽和其他星球引力，其他海洋能均源自太陽輻射。

　　海水溫差能是一種熱能。低緯度的海面水溫較高，與深深層水形成溫度差，可產生熱交換。其能量與溫差的大小和熱交換水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是機械能。潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。波浪的能量與波高的平方和波動水域面積成正比。在河口水域還存在海水鹽差能（又稱海水化學能），入海徑流的淡水與海洋鹽水間有鹽度差，若隔以半透膜，淡水向海水一側滲透，可產生滲透壓力，其能量與壓力差和滲透能量成正比。

　　海洋能的特點　①蘊藏量大，並且可以再生不絕。估計地球上海水溫差能可用功率達10¹⁰千瓦數量級；潮汐能、波浪能、海流能、海水鹽差能等可再生功率都達10⁹千瓦數量級。②能流的分佈不均、密度低。大洋表面層與500～1000米深層之間的較大溫差僅20°C左右，沿岸較大潮差約7～10米，而近海較大潮流、海流的流速也隻有4～7節。③能量多變、不穩定。其中海水溫差能、海流能和鹽差能的變化較為緩慢，潮汐和潮流能則呈短時周期規律變化，波浪能有顯著的隨機性。

　　海洋能利用的技術和設施　海洋能利用的關鍵環節是能量轉換，不同形式的海洋能，其轉換技術原理和裝置也不同。

　　海水溫差能的利用是將熱能轉為機械能後，再轉換為電能。熱能轉換為機械能采取熱力循環法，通常的流程有兩種（圖1）:①閉路循環（又稱中間介質法），采用由蒸發器、汽輪發電機、冷凝器和工質泵組成的系統，蒸發器裡通過海洋表層熱水，冷凝器裡通過海洋深層冷水，工質泵把液態氨或其他工質作為中間介質從冷凝器泵入蒸發器，液態氨因熱水作用變為高壓氨氣，驅動汽輪機發電；而從汽輪機出來的低壓氣態氨回到冷凝器又重新冷卻成液態氧，如此形成閉路循環。②開路循環（又稱閃蒸法或擴容法），把熱海水在部分真空的蒸發器（閃蒸器）內蒸發成蒸汽，驅動汽輪機發電；使用過的低壓蒸汽再進入冷凝器中冷卻，冷凝的脫鹽水或回收，或排入海洋。早期的實驗裝置多采取開路循環流程，由於設備易受腐蝕，60年代後改用閉路循環流程。海水溫差發電實際利用的熱效率很低，往往隻有2％左右，所處理的冷、熱水量較多，故相應的各種部件尺寸都很龐大，伸向海底深水層的長冷水管技術難度較大。

　　潮汐、波浪、潮流和海流能的利用僅需將機械能轉換為電能，一般分為三步：第一步是接受能量，如建造潮汐水庫，用以接受、蓄貯潮汐能；采用轉輪(水車)以吸收海流、潮流動能；用水柱-氣室、隨波浪升降或搖擺的浮子、可壓縮氣袋等接受波浪能。第二步是傳輸，通常用機械、液力、氣動等方法，傳輸終端一般設置水輪機或氣輪機。潮汐電站采用適應低水位差的燈泡貫流式水輪機組或全貫流式水輪機組（圖2）；而波能的傳輸近年來采用對稱翼型空氣渦輪機，在波浪作用下能做單方向旋轉。第三步是轉換成電力或其他動力。通常通過發電機轉換成電力。由於海洋能不穩定，所以在整個轉換過程中一般還需備有貯能設施，如水庫、氣罐、蓄電池和飛輪等。

　　海水鹽差能利用的轉換方法近年來才開始研究。如有一種設想是在河口入海處建造兩座堤壩，中間為緩沖水庫，在緩沖水庫與外海的通道內設置半透膜。緩沖水庫內的淡水通過半透膜滲出，其滲透壓力導致緩沖庫的水位降低，利用緩沖庫與河流的水位差可以發電。這種方法由於進出水量相當大，故所需的工程規模也很大。

　　利用海洋能的工程設施，按其設置位置一般分為海濱式和海上式兩類。前者是以濱海陸地或淺海水域為基地，後者是在深水海域設置浮式結構。海濱式和離岸近的海上式設施，可用海底電纜或壓力管道將動力傳輸上岸；離岸遠的海上設施，隻能就地利用動力，如制氨或生產海水化工產品。

　　海洋能利用的經濟效益　海洋能的利用目前還很昂貴，以法國的朗斯潮汐電站為例，其單位千瓦裝機投資合1500美元（1980年價格），高出常規火電站。但在海洋能利用的過程中，還能獲得其他綜合效益。如潮汐電站的水庫能兼顧水產養殖、交通運輸；海洋熱能轉換裝置獲得的富含營養鹽深層海水，可用於發展漁業；開路循環系統能淡化海水和提取含有用元素的鹵水；大型波力發電裝置可同時起到消波防浪，保護海港、海岸、海上建築物和水產養殖場等的效果。目前在嚴重缺乏能源的沿海地區（包括島嶼），把海洋能作為一種補充能源加以利用還是可取的。

法國郎斯潮汐電站

浙江江廈潮汐電站

　　發展概況　海洋能利用最早是從利用潮汐能開始的。11世紀就出現瞭潮汐磨坊。1966年法國建成朗斯潮汐電站，裝機容量24萬千瓦，是目前世界上規模最大的潮汐能發電站（見彩圖）。1981年中國江廈潮汐試驗電站（見彩圖）第一臺500千瓦機組正式投產。世界第一個波能轉換裝置的專利是法國於1779年取得的。1965年，日本研制用於航標燈的波力發電裝置獲得成功。現在日本、英國、挪威和中國等國傢正在進行多種波力發電試驗研究，其中較大型的是日本等5國在日本海試驗的“海明號”波力發電船，第一期試驗年發電量19萬度，並初步成功地把電力輸送到瞭岸上。日本還建立瞭岸式波力發電試驗站。中國研制出采用對稱翼型空氣渦輪機的新型波力發電裝置，裝在南海海域航標燈浮上試用（圖3）。1881年法國人首先提出海水溫差能利用的原理。20世紀70年代以來，美國用在研究海洋熱能轉換的經費在世界上占居首位。1979年，美國在夏威夷島海域駁船上進行瞭50千瓦裝機容量海水溫差發電試驗。其後，日本在瑙魯島建立岸式試驗性海水溫差電站，裝機容量100千瓦。

　　隨著世界能源需求的日益增長和海洋能利用技術的提高，預期20世紀內，有可能在潮差較大的河口海岸處興建10萬至100萬千瓦級的潮汐電站；並會出現中、小型實用的波力發電裝置和試驗的海水溫差發電裝置。從長遠看，海洋能的利用將成為世界新能源的重要方面。

圖3　安有波力發電裝置的航標燈浮