书城科普读物新能源(科学探究丛书)
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第12章 蓝色的能源——海洋能(2)

海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。其中一种是海水环流,是指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,而水的动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5TW。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言,海流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。一般来说,最大流速在2m/s以上的水道,其海流能均有实际开发的价值。

全世界海流能的理论估算值约为108kw量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料,计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4×107kw。其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富,不少水道的能量密度为15~30kw/m2,具有良好的开发值。值得指出的是,中国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一,特别是浙江的舟山群岛的金塘、龟山和西候门水道,平均功率密度在20kw/m2以上,开发环境和条件很好。

世界海洋能发展现状

陆地矿物燃料日趋枯竭,环境污染日趋严重,世界上一些主要的海洋国家纷纷把目光转向海洋,加大投入,促进和加快了人类开发利用海洋的步伐,从摸清资源状况,制定发展计划,组织科技项目到实用技术的试验,均投入了大量的人力物力。

如英国从20世纪70年代以来,制定了强调能源多元化的能源政策,鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源。1992年联合国环发大会后,为实现对资源和环境的保护,又进一步加强了对海洋能源的开发利用,把波浪发电研究放在新能源开发的首位,曾因投资多,技术领先而著称。已决定在苏格兰西海岸兴建一座装机容量2万千瓦的固定式波力电站。在潮汐能开发利用方面也进行了大规模的可行性研究和前期开发研究,并计划1997年在塞汝河口建造一座装机容量为8.64兆瓦,年发电量约为170亿千瓦时的潮汐电站。英国已具有建造各种规模的潮汐电站的技术力量,并认为是极有潜力的世界市场。

日本在海洋能开发利用方面十分活跃,成立了海洋能转移委员会,仅从事波浪能技术研究的科技单位就有日本海洋科学技术中心等10多个,还成立了海洋温差发电研究所,并在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国,取得了举世瞩目的成就。

美国把促进可再生能源的发展作为国家能源政策的基石,由政府加大投入,制定各种优惠政策,经长期发展,成为世界上开发利用可再生能源最多的国家,其中尤为重视海洋发电技术的研究。1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成了一座称为MINI-OTCE的温差发电装置,其额定功率50千瓦,净出力18.5千瓦,这是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。

法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站,装机容量24万千瓦,年发电量5亿千瓦时的朗斯潮汐电站。

印度面对能源供应不足,电力短缺的困境,在海洋能等可再生能源开发利用上加大投入,从减免所得税和关税,建立专门贷款机构,吸引外资以及加快折旧等多方面实施优惠政策,使它在短短的二三年内一跃跨入世界可再生能源开发利用的先进行列,1994年还计划用5亿美元在泰米尔纳德邦近海引入美国技术,建立一座10万千瓦的海洋温差发电装置。

印尼在挪威的帮助下,从1988年开始在巴厘岛建造一座1500千瓦的波力电站,并制定建造数百座波力电站,实现联站并网的发电计划。

我国海洋能概况

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因,潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化,其他基本上源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流能和波浪能为机械能,海水温差能为热能,海水盐差能为化学能。

近20多年来,受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动,作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟,为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。

我国大陆海岸线长达18000多公里,有大小岛屿6960多个,海岛总面积6700平方公里,有人居住的岛屿有430多个,总人口450多万人沿海和海岛既是外向型经济的基地,又是海洋运输和开发海洋的前哨,并且在巩固国防,维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来,随着沿海经济的发展,海岛开发迫在眉睫,能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏,不愿投资;驻岛部队用电困难,不利于国防建设;特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿,依靠大陆供应能源,因供应线过长,诸多不便。为了保证沿海与海岛经济持久快速发展及人民生活水平不断提高,寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。

我国海洋能开发已有近40年的历史,迄今已建成潮汐电站8座。80年代以来,浙江、福建等地为建设若干个大中型潮汐电站,进行了考察、勘测和规划设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之,我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,小型潮汐发电技术基本成熟,已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小,单位千瓦造价高于常规水电站,水工建筑物的施工还比较落后,水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发中存在的问题。其中,关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决,电站造价亟待降低。

我国波力发电技术研究始于70年代,80年代以来获得较快发展,航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化,现已生产数百台,在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置,已向国外出口,该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站,第一台装机容量3千瓦的装置,1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20千瓦的岸式波力试验电站和8千瓦摆式波力试验电站,均已试建成功。总之,我国波力发电虽起步较晚,但发展很快。微型波力发电技术已经成熟,小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国,小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。

潮流发电研究国际上开始于70年代中期,主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究,至今尚未见有关发电实体装置的报道。我国潮流发电研究始于70年代末,首先在舟山海域进行了8千瓦潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究,目前正在采用此原理进行70千瓦潮流试验电站的研究工作,在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位,但尚有一系列技术问题有待解决。

下面简要介绍以下我国海洋能的发展现状:

1.潮汐能发电技术进展及项目。

潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。全世界潮汐电站的总装机容量为265兆瓦。中国为5.64兆瓦。