馬冬娜

摘 要：該文對(duì)不同形式海洋能發(fā)電進(jìn)行了介紹，包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能和鹽差能等。通過對(duì)上述各種海洋能發(fā)電的國(guó)內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問題和經(jīng)濟(jì)可行性問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)海洋能發(fā)電進(jìn)行了展望，認(rèn)為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上存在的問題，近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。

關(guān)鍵詞： 海洋能 潮汐能 波浪能 發(fā)電

中圖分類號(hào)：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

隨著化石能源的逐漸枯竭，可再生能源逐步引起了人們的重視。作為蘊(yùn)藏于海水中的可再生能源，海洋能主要包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等。潮汐發(fā)電利用潮汐能進(jìn)行發(fā)電，波浪能發(fā)電利用波浪發(fā)電裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成電能，溫差能發(fā)電利用海洋表層和深層的溫差，對(duì)中間介質(zhì)進(jìn)行沸騰冷卻，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，海流能主要利用海流流動(dòng)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，而鹽差能發(fā)電則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。

1 概述

現(xiàn)海洋能通常是指蘊(yùn)藏于海水中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、溫差能、海流能、鹽差能等。巨大的海洋能資源，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，具有很好的開發(fā)前景。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

全世界的海洋能貯量極其巨大，據(jù)估算，潮汐能約27億kw，波浪能約25億kw，海流能約50億kw，溫差能約20億kw，鹽差能約26億kw。我國(guó)海洋能源十分豐富，據(jù)估算，潮汐能資源約為1.9億kw；波浪能的開發(fā)潛力約1.3億kw，沿岸波浪能0.7億kw； 海流能0.5億kw；海洋溫差能和鹽差能分別有1.5億kw和1.1億kw。盡管海洋能貯量巨大，但目前開發(fā)利用程度非常低。

2.1 世界發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界上對(duì)潮汐能，波浪能的開發(fā)在技術(shù)上比較成熟，很多國(guó)家都已經(jīng)建造了潮汐電站和波浪能電站，海流能、溫差能和鹽差能的開發(fā)利用都還在試驗(yàn)階段，技術(shù)上還有很長(zhǎng)的路要走。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2007年底世界潮汐電站的總裝機(jī)容量約為30萬(wàn)kW，僅開發(fā)了萬(wàn)分之一的潮汐資源。世界上最大的潮汐電站是1966年建成的法國(guó)朗斯潮汐電站，總裝機(jī)容量為24萬(wàn)kW，單機(jī)功率為1萬(wàn)千瓦，共24臺(tái)水輪機(jī)，年發(fā)電5.44億度。

波浪能發(fā)電是繼潮汐發(fā)電之后，發(fā)展最快的一種海洋能源的利用。目前世界上已有日本、英國(guó)、愛爾蘭、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、美國(guó)和中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)在海上研建了波浪能發(fā)電裝置。英國(guó)于2000年11月在Islay島建成一座500kW岸式波浪發(fā)電站（振蕩水柱空氣透平發(fā)電機(jī)組），為當(dāng)?shù)?00戶居民供電，并與蘇格蘭公共電力供應(yīng)商簽訂了15年的供電合同。葡萄牙2.25MW波浪發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)過三年開發(fā)之后，于2008年9月在葡萄牙里斯本隆重開張，號(hào)稱世界第一座海浪發(fā)電機(jī)。但2009年3月宣告失敗。

1979年8月美國(guó)在夏威夷建成第一座閉式循環(huán)海洋溫差發(fā)電裝置是溫差能利用的一個(gè)里程碑。這座50kw級(jí)的電站不僅系統(tǒng)地驗(yàn)證了溫差能利用的技術(shù)可行性，而且為大型化的發(fā)展取得了豐富的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)50KW MINI—OTEC號(hào)海水溫差發(fā)電船，由駁船改裝，錨泊在夏威夷附近海面，采用閉式循環(huán)，工質(zhì)是氨，利用深層海水與表面海水約21～23℃的溫差發(fā)電。1979年8月開始連續(xù)3個(gè)500 h發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出50 kW的電力。瑙魯海水溫差發(fā)電站是日本“陽(yáng)光計(jì)劃”，1973年選定在太平洋赤道附近的瑙魯共和國(guó)建25 MW溫差電站，1981年10月完成100kW實(shí)驗(yàn)電站。該電站建在岸上，將內(nèi)徑70 cm，長(zhǎng)940 m的冷水管沿海床鋪設(shè)到550m深海中。最大發(fā)電量為120 kW，獲得31.5 kW的凈出力。

從2001年開始，馬塔切納與意大利科研人員合作研制出世界上第一臺(tái)海流能發(fā)電機(jī)樣機(jī)，并在墨西拿沿海地區(qū)進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)并獲成功，產(chǎn)生電能容量可達(dá)40 kW。經(jīng)過試驗(yàn)后，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量最高為130 kW，并于2006年4月3日與意大利國(guó)家電力公司的電力運(yùn)輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。目前，世界上只有以色列建了一座150 kW的鹽差能發(fā)電的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)用性鹽差能發(fā)電站還未問世。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)潮汐能的利用比較早，波浪發(fā)電的研究相對(duì)起步較晚，而海流能，溫差能和鹽差能的利用也是停留在試驗(yàn)階段。自1958年，我國(guó)陸續(xù)在廣東順德東灣，山東乳山和上海崇明等地建立了幾十座潮汐能發(fā)電站，是世界上建潮汐電站數(shù)量最多的國(guó)家。不過建成的大部分潮汐電站由于建造水平低、經(jīng)濟(jì)效益差、利用價(jià)值少均已廢棄，至今只有7座電站仍在正常運(yùn)行發(fā)電。目前，這7座潮汐電站的總裝機(jī)容量為7660 kW，年發(fā)電量超過1000萬(wàn)度，年發(fā)電量?jī)H次于法國(guó)、加拿大，居世界第三位。

作為世界上主要的波能研究開發(fā)國(guó)家之一，我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開始，主要對(duì)固定式和漂浮式振蕩水柱波能裝置以及擺式波能裝置等進(jìn)行了研究。1985年中科院廣州能源研究所開發(fā)成功利用對(duì)稱翼透平的航標(biāo)燈用波浪發(fā)電裝置。經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國(guó)已有60～450 W的多種型號(hào)產(chǎn)品并多次改進(jìn)，目前已累計(jì)生產(chǎn)600多臺(tái)在我國(guó)沿海使用，并出口到日本等國(guó)家。

溫差能利用方面，1985年我國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所開始對(duì)溫差利用中的一種“霧滴提升循環(huán)”方法進(jìn)行研究。1989年，該所在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了將霧滴提升到21 m的高度記錄。同時(shí)，該所還對(duì)開式循環(huán)過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，建造了兩座容量分別為10 Wt和60 W的試驗(yàn)臺(tái)。

我國(guó)海流能發(fā)電研究始于1982年。1984年，哈爾濱工程大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室研制成60 W水輪機(jī)。1989年研制成1 kW河流能發(fā)電裝置并在水庫(kù)里進(jìn)行了兩個(gè)月的發(fā)電試驗(yàn)。我國(guó)于2000年建成70 kW潮流實(shí)驗(yàn)電站，并在舟山群島的岱山港水道進(jìn)行海上發(fā)電試驗(yàn)，是世界上第一個(gè)漂浮式潮流能試驗(yàn)電站。從研究水平看，我國(guó)研建70 kW潮流能實(shí)驗(yàn)電站在國(guó)際上居領(lǐng)先地位，但尚有一系列技術(shù)問題有待解決。

鹽差能利用方面，我國(guó)西安冶金建筑學(xué)院于1985年對(duì)水壓塔系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。上水箱高出滲透器約10 m，用30公斤干鹽可以工作8～14 h，發(fā)電功率為0.9～1.2 W。

3 存在問題及發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1 技術(shù)方面問題

現(xiàn)有的潮汐電站水電工程建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機(jī)組尚未定型標(biāo)準(zhǔn)化，潮汐電站比較復(fù)雜，潮汐大壩會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，這些都是潮汐能開發(fā)中存在的問題。波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，效率低，電力輸出波動(dòng)性大。由于波浪能的不穩(wěn)定性，如何積累、存儲(chǔ)波浪能使其成為有用的能源，如何提高設(shè)備的抗惡劣環(huán)境的能力等問題都限制了目前波浪發(fā)電之發(fā)展，致使波能發(fā)電系統(tǒng)研究開發(fā)成長(zhǎng)趨緩。

海流能、溫差能和鹽差能的開發(fā)利用都還在試驗(yàn)階段，技術(shù)上還有很長(zhǎng)的路要走。

3.2 經(jīng)濟(jì)方面問題

從數(shù)據(jù)分析看，潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電的單位千瓦造價(jià)相對(duì)較高，發(fā)電機(jī)組利用率不高。位于福建寧德福鼎沙埕港八尺門的潮汐電站建設(shè)項(xiàng)目已完成預(yù)可行性研究報(bào)告，一期電站裝機(jī)為2.4萬(wàn)kW，工程總投資為5.3億元，合單位千瓦造價(jià)20208元。由于潮汐發(fā)電是波動(dòng)和間歇的，輸出功率變化大，發(fā)電機(jī)組利用率不高。2008年江廈潮汐電站的年發(fā)電量為721萬(wàn)千瓦時(shí)，上網(wǎng)電量為693萬(wàn)千瓦時(shí)。汕尾100 kW岸式波力電站的投資為210萬(wàn)元，合單位千瓦造價(jià)21000元。該波力電站于1996年12月開工，設(shè)計(jì)年平均功率為20 kW，年發(fā)電量17.52萬(wàn)千瓦時(shí)，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)為1752 h。

3.3 發(fā)展趨勢(shì)分析

近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。我國(guó)2007年發(fā)布的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中指出，“要積極推進(jìn)海洋能的開發(fā)利用，重點(diǎn)發(fā)展潮汐發(fā)電，到2020年我國(guó)要建成潮汐電站10萬(wàn)千瓦”，其中并未提及波浪發(fā)電發(fā)展目標(biāo)。而且目前把利用潮汐發(fā)電等同于常規(guī)小水電來(lái)開發(fā)，也削弱了開發(fā)利用潮汐能的積極性。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)潮汐能、波浪能、溫差能、海流能和鹽差能等海洋能發(fā)電的工作原理、應(yīng)用方式、發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了介紹。通過對(duì)上述各種海洋能發(fā)電的國(guó)內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀的收集整理，分析了目前各種海洋能發(fā)電存在的關(guān)鍵技術(shù)問題和經(jīng)濟(jì)可行性問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)海洋能發(fā)電進(jìn)行了展望，認(rèn)為海洋能發(fā)電屬于清潔能源發(fā)電，在化石能源逐漸消耗殆盡的將來(lái)，海洋能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上存在的問題，近期大規(guī)模開展潮汐發(fā)電等海洋能開發(fā)建設(shè)的可能性不大。

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