新能源发电技术(海洋能)

柱形钢壳结构单元铰接而成。
第一个“海蛇”波能装置2002年3月完成。 承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪发电项目，
每条“海蛇”的装机容量为750 kW。
（4）日本“海明”号 “海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，
美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。 研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，带有13个振
1986 年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容 量为350kW 波浪能电站。
特色：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。 电站从1986年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输出
功率约为75kW，是比较成功的一座波浪电站。
（3）英国750kW 的海蛇 “海蛇” 由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆
潮汐能为 30 亿千瓦，波浪能为 30 亿千瓦， 海流能为 6 亿千瓦。
不是全能利用。估计技术上允许利用的约64 亿千瓦， 其中，盐差能30 亿千瓦，温差能20 亿千瓦，
波浪能10 亿千瓦，海流能3 亿千瓦，潮汐能1 亿千 也有瓦学。者给出不同的估计。
§5.2.2 我国海洋能资源
《中国新能源与可再生能源1999 白皮书》公布的结果： 沿海潮汐能资源可开发总装机容量为2179 万千瓦，年发 电624 亿度； 进入岸边的波浪能理论平均功率为1285 万千瓦； 潮流能理论平均功率1394 万千瓦； 温差能理论蕴藏量约 (1.2~1.3)×1019 kJ，实际可用装机 (1.3~1.5)×106 MW； 盐差能资源理论蕴藏量约为3.9×1015 kJ，理论功率为 1.25×105 MW。
的机械能； 3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮
机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。
§5.3.4 波浪能的转换方式
波浪能的转换方式，大体上可分为四类： — 机械传统式 — 空气涡轮式 — 液压式 — 蓄能水库式
（1）机械传动式
（2）空气涡轮式
这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露 的问题。
浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？ 海洋中的各种能量都是怎样形成的？ 大洋中的海流又能否利用？ 不同深处的海水温差如何转变为电能？ 咸海水中的盐分和发电有什么联系？ 海洋能发电的设备有什么特点？ 海洋能发电的发展状况如何？
教学目标
了解海洋能资源的形成原因和表现特征， 了解海洋能发电的各种方式和相关思路， 理解海洋能发电的特点和意义。
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。
§5.3.5 波浪能装置的安装模式
根据系留状态，波浪能转换装置可分为固定式和漂浮式。
各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种 居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。
§5.3.8 波浪发电的发展
1799 年，世界上第一个关于波浪能发电的专利。 20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重
视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。
1964 年，世界上第一个海浪发电装置——航标灯。 1970s末，日本、美、英等国合作研制了“海明”号发电船，
还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。
海洋的巨大威力
巨大的海浪可把 13吨重的整块巨石抛到 20米高处，能把 1.7万吨的大船推上海岸。
1968年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪折为两 段（想想这是怎么原因？详见教材引例故事）
如果海洋中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许 再也不必为能源问题担忧了。
§5 海洋能多种发电技术
关注的问题
（3）液压式
通过某种泵液装置将波浪能转换为液体的压能或位能，再由 油压马达或水轮机驱动发电机。
这类装置结构复杂，成本也较高。
但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构 能获得很高的压强，转换效率也明显高。
（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。
海流的能量
一般说来，最大流速在2m/s 以上的水道，海流能均有实际 开发价值。
因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。
§5.3.2.1 全球波浪能资源
波浪能年平均功率密度的全球分布，如图所示：
想想：哪些地方的波浪能比较便于利用？
§5.3.2.2 我国波浪能资源
我国海岸线长，海域辽阔。 90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要
是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。 据波浪能能流密度和开发利用的自然环境条件，
§5.2.3 海洋能的特点
海洋能的特点，主要体现在以下几个方面： （1）蕴藏量丰富，可循环再生。 （2）能流分布不均，能量密度低。 （3）稳定性较好或者变化有规律。 （4）清洁无污染。
§5.3 波浪发电
§ 5.3.1 波浪的成因和类型
波浪的能量来自于风和海面的相互作用， 传递的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。
（3）点头鸭式（Duck）
鸭子的“胸脯”对着海浪 传播的方向，随着海浪 的波动，像不倒翁一样 不停地摆动。
摇摆机构带动内部的凸轮/ 铰链机构，改变工作液 体的压力，从而带动工 作泵，推动发电机发电。
可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到90%以上。 浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子” 。
（4）海蛇式（Pelamis）
小知识：巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆？
海浪的类型
风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起的 波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。
风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域 的波浪称为涌浪。
外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质， 出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。
蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，这些海洋能源可以不 断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的。
§ 5.2 海洋能资源
§5.2.1 世界海洋能资源
海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田”。
据联合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦。 其中 温差能为400 亿千瓦，盐差能为300 亿千瓦，
海和洋
§5.1 海洋的概念
海和洋是有区别的，是不同的概念。 远离陆地的水体部分为洋，靠近大陆的水体部分为海。
洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的89%。 海是海洋的边缘部分。 海洋是地球上广大而连续的咸水水体的总称，是相互连通的。
海洋的水底地形，像个大水盆（详见教材）。
地球表面的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占 71%，汇集了地球97%的水量。
（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。
（7）其它海浪发电装置
其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，详见教材。
波浪能转换发电系统的主要构造
荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。
“海明”号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效 率令人失望，系统总效率不超过6.5%。
作为一个大型国际合作项目，“海明”计划的贡献不仅在于 获得了大量技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。
（5）日本“巨鲸”号
“巨鲸”是日本海洋科学中心于1990s初开始研建。
趣闻：假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？
海洋能源（简称海洋能）
海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常 指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。
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。
海洋能源又可分为机械能、热能和化学能。想想上面五种形 式的海洋能都是什么类型？
一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。 安装了1台10 kW、2台50 kW和2台30 kW的发电机组，于 1998年完成制造，投放于三重县外海。
1998年9月开始持续两年的实海况试验，装置的各部分工作 正常，总发电效率最大可达12%。
（6）欧共体2MW 的OSPREY
OSPREY意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能 和风能两用的近岸装置。
等国家。
§ 5.4 海流发电
§ 5.4.1 海流和海流能
海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流)， 以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流)。
海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。 相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。
洋流方向基本不变，流速也比较稳定； 潮流会周期性地改变大小和方向。
小知识：“无风不起浪”和“无风三尺浪”
海浪的运动
水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进； 水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭
圆运动。
§5.3.2 波浪能资源的分布和特点
波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。
波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽 度等多种因素有关。
§5.3.8 波浪发电的发展
中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。
1989年，中国第一座波浪电站建成并试发电成功。1996年改 建为20千瓦。
1999年，100千瓦摆式波浪能电站试运行成功。 2000年，100千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。 目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本
1995年英国制造了OSPREY-1，总容量2MW，其中沉箱式 波能发电装置500 kW，风能1500 kW，造价$350万，下 水时装置受到损坏。
英国又开始研建OSPREY 2000，装机容量仍为2MW。