新能源及分布式发电技术-第六章 海洋能发电
第06章 海洋能发电
绿色电力
武汉大学电气工程学院
另外，许多具有最大温度梯度的海区都位 于发展中国家的海域，可为这些国家就地 提供能源。而在中国，根据中国海洋水温 测量资料计算得到的中国海域的温差能约 为1.5X108kW，其中99％在南中国海。南 海的表层水温年均在26℃以上，深层水温 （800m深处）常年保持在5℃，温差为 21℃，属于温差能丰富区域。
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海洋能指依附在海水中的可再生能源， 海洋通过各种物理过程接收、储存和散 发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度 差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋 之中。
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潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力， 其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面 积占地球总面积的71%，太阳到达地球 的能量，大部分落在海洋上空和海水中， 部分转化为各种形式的海洋能。
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潮流、海流的能量与流速平方和通 流量成正比； 波浪能是一种在风的作用下产生的， 并以位能和动能的形式由短周期波 储存的机械能，波浪的能量与波高 的平方和波动水域面积成正比；
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河口水域的海水盐度差能是化学能，入 海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差， 若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可 产生渗透压力，其能量与压力差和渗透 流量成正比。 因此各种能量涉及的物理过程开发技术 及开发利用程度等方面存在很大的差异。
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在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差 （相当于240m的水头）。 从理论上讲，如果这个压力差能利用起来， 从河流流入海中的每立方英尺的淡水可发 0.65kw· h的电。一条流量为1m3／s的河流 的发电输出功率可达2340kw。
海洋能发电及应用技术方面
海洋能发电及应用技术方面海洋能是指利用海洋中的资源，通过各种技术手段将其转化为电能或热能的一种可再生能源。
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、热能等多种形式，具有巨大的潜力和广阔的开发空间。
在能源短缺和环境污染问题日益凸显的今天，海洋能成为了发展绿色能源和实现可持续发展的重要选择。
首先，潮汐能是利用海洋潮汐的涨落高差来产生能量的一种技术手段。
潮汐能源开发主要包括潮水发电和潮汐动力发电两种形式。
潮水发电是通过建设潮汐发电站，在潮汐涨潮时将海水引入发电机组，利用水流带动涡轮发电产生电能。
潮汐动力发电则是利用潮水引起的水流动能通过涡轮发电机转化为电能。
这两种技术都需要合适的地理环境和科学的工程设计，但可以稳定地产生大量可再生能源，对于稳定供电和减少温室气体排放具有重要意义。
其次，波浪能是指利用波浪的起伏运动来激励发电设备从而产生能量的一种技术手段。
波浪能发电主要通过波浪能发电机将波浪的能量转化为机械能，然后再通过发电机将其转化为电能。
波浪能稳定且持续的特点使其成为了海洋能中重要的一种形式，而且波浪能源密度大，资源分布广泛，具有很高的开发潜力。
目前，波浪能发电技术还处于初步阶段，需要解决材料、结构和成本等方面的问题，但是随着技术的进步和成本的降低，波浪能发电有望大规模应用。
另外，海流能是利用海水流动的动能来产生能量的一种技术手段。
海流能可以通过建立浮式或固定式的涡轮机组来转化为电能。
海流资源丰富，分布广泛，而且稳定性较高，不受季节和天气变化的影响，具有很大的发展潜力。
但是，海流能技术目前还面临着浮动装置的稳定性、材料的耐久性和对海洋生态环境的影响等问题，需要更多的研究和探索。
最后，海洋热能是利用海洋中的温差来产生能量的一种技术手段。
海洋热能发电主要通过建设温差发电站，利用海洋中的冷热季节性温差进行发电。
海洋热能资源庞大，且稳定性较高，可以实现全天候发电，对能源供应的稳定性具有重要意义。
目前，海洋热能技术尚处于研究和试验阶段，需要解决设备成本高、对海洋环境的影响和工程可行性等问题。
第六章 海洋能发电
海洋能(ocean energy)是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋温 差能、海洋盐差能和海流能等，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。
以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。除了潮汐能和潮流能来源于太阳和
月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。 海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。海洋 能的主要特点有：
6.1 潮 汐 发 电
的1.6 倍。估计技术上允许利用的约1 亿千瓦。
North China Electric Power University
联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为30 亿千瓦，是目前全球发电能力
潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。实践证明，平均潮差≥3m 才有经 济效益，否则难于实用化。 潮汐发电就是利用涨潮与退潮高低变化来发电，与水力发电原理类似。当涨潮时海水自外 流入，推动水轮机产生动力发电，退潮时海水退回大海，再一次推动水轮机发电。
研究，即根据表层和深层海水之间的温差所产生的焓降为原理来提高海水的位能。1989年， 该研究所在实验室实现了将雾滴提升到21m的高度记录，同时还对开式循环过程进行了实验室 研究，建造了两座容量分别为10W和60W的试验台。该方法可以提高温差能量密度，但目前该
研究还只停留在实验室阶段。
6.4 海 洋 温 差 能 发 电
海洋能是可再生能源、清洁能源； 海洋能能量多变，不稳定性； 海洋能能量巨大，颁布分散不均。
6.1 潮 汐 发 电
North China Electric Power University
因为太阳、月亮与地球之间的万有引力与地球自转的运动使得海洋水位形成高低变化，这 种高低变化，称之为潮汐。太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。
海上新能源
海上新能源海上新能源是指利用海洋资源（如海水、潮汐、风能、太阳能等）进行能源开发和利用的一种形式，它是目前世界上开发利用最为广泛的新能源之一。
海上新能源具有资源丰富、绿色环保、稳定可靠等特点，被广泛认为是未来能源发展的重要方向。
海上风电是海上新能源中的一种重要形式。
由于海洋上的风速较陆地上的风速大，海上风电可以获得更充沛的风能资源，因此海上风电的发电效率更高，可以提供更稳定的电力供应。
另外，海上风电利用海洋风力发电机进行发电，不仅没有污染，而且不会占用大量的土地资源，可以有效减少陆地上的环境压力。
例如，世界上第一个商业化的海上风电场位于丹麦，它利用海洋风力发电机发电，每年可以为丹麦提供数十亿千瓦时的电能，相当于数十万家庭的用电量，有效减少了二氧化碳排放，改善了环境质量。
除了海上风电，海水能也是一种重要的海上新能源形式。
海水能是指利用海水中的潮汐和海浪等运动能量进行发电的一种技术。
海水潮汐具有周期性强、稳定可靠的特点，可以预测和计划发电。
目前，世界上一些海域已经建立了海水能发电站，利用潮汐产生的运动能量转化为电能。
海水能发电不仅可以提供可再生能源，而且没有排放污染物，对环境友好。
例如，法国的拉韦利克潮汐电站是世界上最大的海水潮汐发电站，它每年可以为法国提供大量的清洁能源，有效减少碳排放。
此外，海上太阳能也是一种有潜力的海上新能源。
由于海洋上没有遮挡物，光照条件更好，海上太阳能发电的效率较高。
海上太阳能发电可以利用光电池板将太阳能转化为电能，供应给附近的岛屿、沿海地区或海上设施。
海上太阳能发电无需占用大面积陆地资源，而且可以获得更充足的太阳能资源，具有很大的发展潜力。
例如，日本的群马沼津太阳能发电站是世界上最大的海上太阳能发电站，它可以为周边地区提供大量的清洁能源，减少对传统能源的依赖。
综上所述，海上新能源具有资源丰富、绿色环保、稳定可靠等优势，是未来能源发展的重要方向。
海上风电、海水能和海上太阳能等形式的海上新能源已经被广泛开发和利用，在减少碳排放、改善环境质量等方面发挥了重要作用。
21世纪的新能源--海洋之能
21世纪的新能源——海洋之能随着人类文明的进程，渐渐的一些老的能源所显示出来的弊端给如今生活着的人们带来了巨大的影响，大自然的环境越来越糟糕，人们要寻求新的能源来保护我们所生活的环境，来面对我们已经糟糕的自然环境；21世纪有很多的新能源，风能、水能、核能、太阳能，我的论文则是和海洋有关，就是海洋能，海洋一个神秘的世界，海洋里面还有很多是人类还不知道的，和人类还没有想象不到的，所以开发海洋有一定的难度，却又有很大的空间。
海洋能定义与综述海洋能(ocean energy)是海水运动过程中产生的可再生能，主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。
潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。
海水温差能是一种热能。
低纬度的海面水温较高，与深层水形成温度差，可产生热交换。
其能量与温差的大小和热交换水量成正比。
潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。
潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。
波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
地球表面积约为5.1×10^8km^2，其中陆地表面积为1.49×10^8km^2占29%；海洋面积达3.61×10^8km^2，以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m，整个海水的容积多达 1.37×10^9km^3。
一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。
海洋能有三个显著特点1）海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。
这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。
2）海洋能具有可再生性。
海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。
新能源
新能源与分布式发电
潮汐能资源
潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。 实践证明，平均潮差≥3m 才有经济效益，否则难于实用化。
据初步统计，我国潮汐能蕴藏量约为2.9 亿千瓦，比10 个 三峡电站还要多。年发电量可达2750 亿度，可供应一亿个 城市家庭用电。 我国可开发潮汐能资源装机容量达2000 多万千瓦，年发电 量可达600 多亿度。
新能源与分布式发电
波浪发电装置的基本构成
波浪发电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为 机械能，再最终转换成电能。波浪上下起伏或左右摇摆， 能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动…… 目前国际上应用的各种波浪能发电装置都要经过多级转换。 波浪发电装置种类很多„波浪能转换方式，大体可分四类： 1）机械传统式 2）空气涡轮式 3）液压式 4）蓄能水库式
小于150℃的中、低温地热资源，则分布于板块内部的活动 断裂带、断陷谷和坳陷盆地。
பைடு நூலகம்
新能源与分布式发电
世界地热资源分布
新能源与分布式发电
我国的地热资源
全国地热可采储量，是已探明煤炭可采储量的 2.5 倍，其中 距地表2000 米以内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。 我国是以中低温地热资源为主。可供高温发电的约580 万千 瓦以上。 目前，全国经正式勘查并经国土资源储量行政主管部门审 批的地热田有103 处，经初步评价的地热田有214 个。 每年全国可开发利用的地热水总量约68.45 亿立方米， 所含地热量折合3284 万吨标准煤的发电量。
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地热资源的类型
（1）热水型 水从周围储热岩体中获得热量形成的，包括热水及湿蒸汽。 （2）干蒸汽型 是存在于地下的高温蒸汽。含有高温饱和蒸汽而又封闭良好的地层，当 热水排放量大于补给量时，就会因缺乏液态水分而形成“干蒸汽”。 （3）地压型 以高压水形式存于地下2~3km深处的可渗透沉积岩中，被不透水的岩石 盖层所封闭，因而承受很高的压力。 （4）干热岩型 地壳深处的岩石层温度很高，储存着大量的热能。由于岩石中没有传热 的流体介质，也不存在流体进入的通道，因而被称为“干热岩” 。 （5）岩浆型 在地层深处呈粘性半熔融状态或完全熔融状态的高温熔岩中，蕴藏着巨 大的能量。
海洋能多种发电技术
目 录
• 海洋能发电技术概述 • 潮汐能发电技术 • 海浪能发电技术 • 海洋温差能发电技术 • 海洋盐差能发电技术
01 海洋能发电技术概述
海洋能发电技术的定义与特点
定义
海洋能发电技术是指利用海洋能 资源转换为电能的技术，主要包 括潮汐能、波浪能、温差能、盐 差能等。
特点
海洋能发电技术具有清洁、可再 生、储量巨大等优点，同时也有 不稳定、能量密度低等局限性。
技术难度高
01
需要解决半透膜的耐久性和效率问题。
投资成本高
02
需要大规模投资才能实现经济效益。
地理位置限制
03
适合地理位置靠近海边、盐差较大的地区。
海洋盐差能发电技术的应用场景与实例
应用场景
适合在沿海地区、岛屿、离岸石油和天然气平台等使 用。
实例
目前全球范围内已有多个海洋盐差能发电项目在研究 和开发阶段，其中一些已进入试验阶段。例如，在美 国加利福尼亚州的沿海地区，有一项名为“Salinity Gradient Power”的项目正在进行中。
流程
低盐度海水通过半透膜进入高盐度水体，由 于渗透作用，产生压力，驱动涡轮机发电。
海洋盐差能发电技术的优缺点
要点一
可再生能源
要点二
无污染
海洋盐差能是一种无穷无尽的能源，不会耗尽。
发电过程中不产生任何污染物，对环境友好。
海洋盐差能发电技术的优缺点
• 能源稳定：受气候影响较小，发电量相对稳定。
海洋盐差能发电技术的优缺点
海洋温差能发电技术的优缺点
• 能源稳定：受气候变化影响较小，发电稳定性较 高。
海洋温差能发电技术的优缺点
技术难度高
需要解决复杂的技术问题， 如热交换器设计、介质选 择等。
海洋能发电技术
2.1.2波浪能的转换方式
4.蓄能水库式
也叫收缩斜坡聚焦波道式，其实就是借助上 涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电， 类似潮汐发电。 这类装置结构相对简单，而且由于有水库储 能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是 迄今最成功的方式之一。 但一般效率不高，而且对地形条件依赖性强， 应用受到局限。
2.海洋能的分类与应用
实际的威尔斯涡轮机照片
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用
未 下 水 的 漂 浮 式 振 荡 浮 子 波 浪 能 发 电 装 置
固 定 安 装 式 振 荡 浮 子 波 浪 能 发 电
海中漂浮式振荡浮子波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用
日本的沿岸悬挂摆式波浪能发电装置示意图
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
（6）收缩坡道式
在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐 渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端 向里传播时，波高不断地被放大，直至波 峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流 道上端流出，进入一个水库，然后经过水 轮机返回大海。
日本巨鲸号
2.海洋能的分类与应用
实际中的靠岸式振荡水柱波浪能发电装置——英国75kW 和500kW 的LIMPET
2.海洋能的分类与应用
中国广东汕尾100kW 岸基OWC 2001 年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一 座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
冲击式涡轮机的结构
2.海洋能的分类
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
带发电机的冲击式涡轮机
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海洋能的特点是什么？
（2）能量20——25℃：潮汐
能是低水头的，较大潮差为7—10m；潮流能和海流能是低速
度头的，最大流速一般仅2m/s左右；
(3)稳定性比其他自然能源好。
海水温差能和海流能比较稳定，潮汐能与潮流能的变化
有规律可循.
(4)发生在广阔的海洋环境中。
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SeaGen是第一台商用涡轮式潮汐发电机，其结构犹如海 洋中的倒置风车
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海流的涡轮发电机一般分成水平轴式及垂直轴式，水平 轴式与一般的风力发电机组相当类似，而垂直轴式则主要为 Darrieus型，helical型叶片涡轮机或十字型翼面涡轮机。
水平轴式涡轮发电机
海流发电设施(300kW，英国南部 Devon海域)
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潮汐发电厂全景
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二、波浪能
波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的。根据波动理 论， 波浪能量与波高的平方成比例。
习惯上把海浪分为风浪、 涌浪和近岸浪三种。
• 风浪：在风直接作用下生成的海水波动现象，风越大，浪就越高， 波浪的高度基本与风速成正比，风浪瞬息万变，波面粗糙，周期 较短。
• 涌浪：波浪以最小的能量损失从其形成区传播开去，在很远的距 离产生涌浪。 涌浪的外形圆滑规则， 排列整齐， 周期比较长。
海洋是一个水深、缺氧、高压的世界，因而开发利用海
洋能的技术难度大，对材料和设备的要求比较高。
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中国的海洋能资源
中国不仅是闻名于世的陆地大国，面且是世界上的海洋大 国之一。海岸线全长18400多km 。中国拥有6500多个大 小岛屿，岛屿海岸线长达14000多km。据初步估算，中国 海洋能的蕴藏量约为6.3亿kW，其中潮汐能1.9亿kw，波浪 能1.5亿kw，温差能1.5亿kw，海流能(潮流能)0.3亿kw， 盐差能1.1亿kw，分布在煤、水等能源贫乏的沿海工业基 地附近，如果能够加以开发利用，将为中国沿海、尤其是 华东沿海工农业生产的发展和人民生活的改善，提供数量 相当可观的可再生能源。
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最大的潮汐电站——法国朗斯电站
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浙江温岭江厦潮汐电站是我国最大的潮汐能电站。
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著名潮汐发电厂
潮汐发电的几最
世界最大的潮汐发电厂 法国北部LaRance河，Pe=240MW
世界最高的潮汐发电厂 加拿大Fundy高达39英尺Pe=20MW
世界首座海底潮汐发电厂 挪威北部Kvalsund Pe=300KW
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电站共存在充水、等候、发电和等候四个工况。
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目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国朗斯 潮汐电站，装有24台104千瓦贯流式水轮发电机 ，年均发 电量为5.44亿度。
1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电 站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容 量为3200千瓦。
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一、潮汐能发电
潮汐： 因为太阳、月亮与地球之间的万有引力与 球自转的运动使得海洋水位形成高低变化。
潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨 和潮落形成的水的势能。
在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面 的水位升高。由于地球的旋转，这种水位的上升以 周期为12h25min和振幅小于1m的深海波浪形式由 东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用 力小些，其周期为12h。
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Darrieus型垂直轴式涡轮发电机
helical螺旋叶片涡轮机
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由英国安装的世界首台潮汐发电机
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四、海洋温差能
温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。 海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。
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潮汐能发电
潮汐电站
潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝， 将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水 轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通 过轮机转动水轮发电机组发电。
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潮汐发电型式： ①单库单向型，只能在落潮时发电。 ②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。 ③双库单向型：可连续发电
2
海洋能的特点是什么？
（1）能量蕴藏量大，并且可以再生。 据统计，地球上海水温差能的理论蕴藏量约500亿kw，
可能开发利用的约20亿kW；全球海洋波浪能的蕴藏约 700亿kw、可开发利用的约30亿kw；全世界潮汐能的理 论蕴藏量约30亿kw；世界海流能(潮流能)的总功率约50 亿kW，其中可发利用的约为0.5亿kW；
第6章 海洋能发电
• 潮汐能发电 • 波浪能发电 • 海流能发电 • 海洋温差发电 • 海洋盐差发电 • 海洋能发电展望
海洋能利用
海洋能（ Ocean energy） 是指依附在海水中的可再生能 源，海洋能主要以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等 形式存在于海洋之中。 潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其 他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。
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潮汐基本知识
• 当太阳、月球和地球在一条直线上时，就产生大潮； 当它们成直角时，就产生小潮。
• 海水有规律的、 周期性的涨落现象叫海洋潮汐。白 天的涨落叫“潮”，夜间的涨落叫“汐”。
• 潮差—潮峰与潮谷的水位差 • 潮汐周期：半日潮=12.4h，全日潮24.8h
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潮汐发电原理
利用涨潮与退潮高低变化来发电，与水力发电原理 类似。当涨潮时海水自外流入，推动水轮机产生动力发 电，退潮时海水退回大海，再一次推动水轮机发电。
深的水下，并系在海床上，同时使“水蟒”
的橡胶管道内充满海水。这样每当有波浪经
过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动，
橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。随着波
浪幅度的加大，脉冲也会越来越强，并汇集
在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通
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过海底电缆传输出去。
三、海流能
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目前洋流发电之技术发展乃以风能之研发结果发电为基 础，故海流涡轮机的结构与运转原理与风力机类似。
• 近岸浪：风浪和涌浪传到海岸的浅水地区，变成近岸浪，近岸浪 由于岸底对波浪的阻力，波谷展宽变平，波峰发生倒卷破碎
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海 浪 波 级 表
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葡萄牙的“海蛇”海浪发电站
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英国研制的水莽波浪发电装置
水蟒”工作原理非常简单：将“水蟒”安装
在距离海岸1.6公里-3.2公里远、36米-91米