新能源发电技术课件06海洋能.ppt

1、第第6 6讲讲 海洋能多种发电技术海洋能多种发电技术 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6 海洋能多种发电技术海洋能多种发电技术关注的问题关注的问题浩瀚的海洋中蕴藏着怎样的能量？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？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？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？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？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？海洋能发电的设备有什么特点？海洋能发电的发展状况如何？海洋能发电的发展状况如何？新能源发电技术新能源发电技

2、术海洋能发电海洋能发电海和洋海和洋 海和洋是有区别的，是不同的概念。海和洋是有区别的，是不同的概念。远离陆地的水体远离陆地的水体部分称为部分称为洋洋，靠近大陆的水体靠近大陆的水体部分称为部分称为海海。洋是海洋的洋是海洋的主体主体部分，占海洋总面积的部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的。海是海洋的边缘边缘部分。某些特殊的海域，还可以称为海峡或海湾。部分。某些特殊的海域，还可以称为海峡或海湾。紧邻大陆边缘的海称为紧邻大陆边缘的海称为“边缘海边缘海”，与大洋之间往往以半岛、，与大洋之间往往以半岛、岛屿、群岛为界。例如，亚洲东部日本群岛、琉球群岛、岛屿、群岛为界。例如，亚洲东部日本群岛、琉球群岛、台

3、湾岛和菲律宾群岛一线，东面为太平洋，西面为日本海、台湾岛和菲律宾群岛一线，东面为太平洋，西面为日本海、黄海、东海等。黄海、东海等。介于大陆之间的海称为介于大陆之间的海称为“地中海地中海”，如最著名的地中海、加，如最著名的地中海、加勒比海等。如果地中海伸进一个大陆内部，只有狭窄水道勒比海等。如果地中海伸进一个大陆内部，只有狭窄水道与海洋相通，又称为与海洋相通，又称为内海内海，如渤海、波罗的海等。，如渤海、波罗的海等。6.1 海洋及海洋能资源海洋及海洋能资源 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电海洋的水底（简称海底）地形如图海洋的水底（简称海底）地形如图 6.1 所示，所示，像个像个大

4、水盆大水盆，边缘是浅水的大陆架，中间是深海盆地，海底，边缘是浅水的大陆架，中间是深海盆地，海底有高山、深谷及深海大平原。有高山、深谷及深海大平原。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电全球共有四大洋，即全球共有四大洋，即太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋；另；另有有 54 个海。个海。地球表面的总面积约地球表面的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积为亿平方公里，其中海洋的面积为3.6 亿亿km2，占，占71%，汇集了地球，汇集了地球97%的水量。从外太空的水量。从外太空看，地球就是一个漂亮的看，地球就是一个漂亮的“蓝色星球蓝色星球”。新能源发电技术新

5、能源发电技术海洋能发电海洋能发电海洋能源（简称海洋能）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。指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。以以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。等形式存在。广义的海洋能，甚至还包括：广义的海洋能，甚至还包括：海洋上空的风能、海洋表面的海洋上空的风能、海洋表面的太阳能，以及海洋生物质能、海洋地热能太阳能，以及海洋生物质能、海洋地热能，等等。，等等。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除了潮汐能和潮流

6、能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于外，其他几种都来源于太阳辐射。太阳辐射。海洋能源又可分为海洋能源又可分为机械能、热能和化学能机械能、热能和化学能。想想上面五种形想想上面五种形式的海洋能都是什么类型？式的海洋能都是什么类型？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、用之不竭的断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的可再生能源可再生能源。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电 6.1 海洋能资源海洋能资源占据地表占据地表 71%的海洋，是超大的太阳能接收体和存储器。的海洋，是超大的

7、太阳能接收体和存储器。每平方公里每平方公里的大洋表面水层所含有的能量，相当于的大洋表面水层所含有的能量，相当于3800 桶桶石油燃烧发出的热量，是个石油燃烧发出的热量，是个“蓝色油田蓝色油田”。据估计，世界海洋能资源的储量为：据估计，世界海洋能资源的储量为：温差能温差能为为200 亿亿千瓦，千瓦，盐差能盐差能为为300 亿亿千瓦，千瓦，潮汐能潮汐能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能为为 5 亿亿千瓦千瓦6.1.2 世界海洋能资源世界海洋能资源不是全能利用。估计不是全能利用。估计技术上允许利用的技术上允许利用的约约64 亿千瓦亿千瓦，其中，其中，盐差

8、能盐差能30 亿亿千瓦，千瓦，温差能温差能20 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能10 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能3 亿亿千瓦，潮汐能千瓦，潮汐能1 亿亿千瓦。千瓦。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电中国新能源与可再生能源中国新能源与可再生能源1999 白皮书白皮书公布的结果：公布的结果：对可开发装机容量对可开发装机容量200kW 以上的以上的424 处港湾坝址，按资源处港湾坝址，按资源普查经验公式计算，普查经验公式计算，沿海沿海潮汐能潮汐能资源资源可开发总装机容量可开发总装机容量为为2179 万千瓦万千瓦（2.2104 MW），），年发电年发电624 亿度亿度；进入岸边的进入岸边的

9、波浪能波浪能理论理论平均功率平均功率为为1285 万千瓦万千瓦；对对130 个水道估算，个水道估算，潮流能潮流能理论平均功率理论平均功率1394 万千瓦万千瓦；温差能温差能理论蕴藏量约理论蕴藏量约(1.21.3)1019 kJ，技术可用的约，技术可用的约(89)1017 kJ，实际可用装机，实际可用装机(1.31.5)106 MW；盐差能盐差能资源理论蕴藏量约为资源理论蕴藏量约为3.91015 kJ，理论功率为，理论功率为1.25105 MW。6.1.3 我国海洋能资源我国海洋能资源 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.1.4 海洋能的特点海洋能的特点海洋能的特点，主要体现在以

10、下几个方面：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。）蕴藏量丰富，可循环再生。（2）能流分布不均，能量密度低。）能流分布不均，能量密度低。（3）稳定性较好或者变化有规律。）稳定性较好或者变化有规律。（4）清洁无污染。）清洁无污染。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电 6.2 海流发电海流发电海流海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流洋流)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流潮流)。海水在受日月引力产生潮位升降现象海水在受日月引力产生潮位升降现象(潮汐潮汐)的同时，还产生的

11、同时，还产生周期性的水平流动。周期性的水平流动。潮流比潮汐复杂，除了有流向的变化潮流比潮汐复杂，除了有流向的变化外，还有流速的变化外，还有流速的变化。海流能海流能是流动海水的是流动海水的动能动能，与，与流速的平方和流量成正比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。其中相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。其中洋流方向洋流方向基本不变基本不变，流速也比较稳定；，流速也比较稳定；潮流潮流会随潮汐的涨落会随潮汐的涨落周期性周期性地改变大小和方向。地改变大小和方向。6.2.1 海流和海流能海流和海流能 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电全球洋流分布全球洋流分布太

12、平洋及周边海区的海流分布太平洋及周边海区的海流分布 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电一般说来，最大流速在一般说来，最大流速在2m/s 以上以上的水道，海流能均有的水道，海流能均有实际实际开发价值开发价值。潮流的流速一般潮流的流速一般25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如很大。例如杭州湾海潮杭州湾海潮2022 km/h。洋流的动能非常大，如洋流的动能非常大，如佛罗里达佛罗里达洋流所具有的动能，约为全洋流所具有的动能，约为全球所有河流具有的总能量的球所有河流具有的总能量的 50 倍。倍。世界上最大的暖流世界上最大的暖流墨西哥洋流墨西哥洋流

13、，在流经北欧时，在流经北欧时1 厘米长厘米长海岸线上提供的热量大约相当于海岸线上提供的热量大约相当于600 吨煤吨煤所产生的热量。所产生的热量。海流的能量海流的能量 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电海流能海流能的理论蕴藏量为的理论蕴藏量为5 亿千瓦亿千瓦。若只有较强的海流才能利。若只有较强的海流才能利用，技术上用，技术上可利用可利用的海流能约的海流能约3 亿千瓦亿千瓦。也有文献认为，。也有文献认为，世界上可利用的海流能约为世界上可利用的海流能约为0.5 亿千瓦。亿千瓦。我国潮流能理论平均功率我国潮流能理论平均功率1394 万千瓦万千瓦。资源在全国沿岸的分布，在资源在全国沿岸的分

14、布，在辽宁、山东、浙江、福建和台湾辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富。沿海的海流能较为丰富。根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素，素，浙江舟山海域诸水道浙江舟山海域诸水道开发前景最好，其次是开发前景最好，其次是渤海海峡渤海海峡和福建的三都澳和福建的三都澳等。等。海流能的资源分布海流能的资源分布 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电 6.2.2 海流发电的原理海流发电的原理（1）轮叶式海流发电）轮叶式海流发电原理原理和风力发电类似和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。，利用海流推动轮叶，带动发

15、电机。区别是其动力来源于区别是其动力来源于海洋里的水流海洋里的水流而不是而不是天空的气流天空的气流。轮叶可以是轮叶可以是螺旋桨式螺旋桨式的，也可以是转轮式的。的，也可以是转轮式的。轮叶的转轴有与海流轮叶的转轴有与海流平行平行的（类似水平轴风力机），也有与的（类似水平轴风力机），也有与海流海流垂直垂直的（类似垂直轴风力机），如图的（类似垂直轴风力机），如图6.35 所示。所示。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电轮叶可以直接带动发电机，也可以先带动水泵，再由水泵产轮叶可以直接带动发电机，也可以先带动水泵，再由水泵产生高压水流来驱动发电

16、机组。生高压水流来驱动发电机组。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（2）降落伞式海流发电）降落伞式海流发电多个多个“降落伞降落伞”串联在环形的铰链绳上。串联在环形的铰链绳上。“降落伞降落伞”应有足应有足够的尺寸和间隔够的尺寸和间隔(例如长例如长12 m，间隔，间隔30 m)。当海流来自当海流来自“降落伞降落伞”的系绳方向时，就会把的系绳方向时，就会把“降落伞降落伞”撑撑开，并带动它们向前运动；当海流来自开，并带动它们向前运动；当海流来自“降落伞降落伞”顶端时，顶端时，海流的力量会迫使海流的力量会迫使“降落伞降落伞”收拢。收拢。铰链绳在撑开的铰链绳在撑开的“降落伞降落伞”带动下转动

17、，带动安装在船上的带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。铰盘转动，从而驱动发电机发电。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（3）磁流式海流发电）磁流式海流发电带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能的利用效率很高。的利用效率很高。如果技术成熟、成本合适，可望成为海流发电系统中的如果技术成熟、成本合适，可望成为海流发电系统中的性能性能最优最优的装置。不过，目前这种海流发电方式还处在原理性的装置。不过，目

18、前这种海流发电方式还处在原理性研究阶段。研究阶段。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电 6.2.3 海流发电的发展状况海流发电的发展状况进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试验，其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试验，相对而言走在前列。相对而言走在前列。日本日本19801982 年在河流中进行的抽水试验，年在河流中进行的抽水试验，1988 年安装年安装在海底的在海底的215kW海流机组，连续运行了近海流机组，连续运行了近1年的时间，是年的时间，是比较成功的海

19、流发电项目。比较成功的海流发电项目。2006年年4月月,加拿大加拿大第一台并网型海流发电机已经成功第一台并网型海流发电机已经成功并网并网发电发电,美国也计划在旧金山桥附近利用海流来发电。美国也计划在旧金山桥附近利用海流来发电。在英国在英国,海流发电已经进入商业化运作海流发电已经进入商业化运作,全国性的海流发电资全国性的海流发电资源调查工作已经进入实质性操作阶段源调查工作已经进入实质性操作阶段,规划中的规划中的3 个海流发个海流发电场将是世界上最大规模的海流发电基地。电场将是世界上最大规模的海流发电基地。在挪威在挪威,2003 年年1 个个20台台300 kW的海流发电装置已经建成的海流发电装置

20、已经建成于于KVALSUNDET(大桥墩项目大桥墩项目,离桥西约离桥西约80 m 处处),此处最此处最大流速大流速2.5 m/s,年平均流速为年平均流速为1.8 m/s。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电中国是世界上潮流发电研究最早的国家。中国是世界上潮流发电研究最早的国家。1978年，舟山的农民企业家年，舟山的农民企业家何世钧何世钧用几千元钱造了一个试验用几千元钱造了一个试验装置，发电装置采用锚系轮叶式，在潮流推动下，通过液装置，发电装置采用锚系轮叶式，在潮流推动下，通过液压传动装置带动发电机，并得到了压传动装置带动发电机，并得到了6.3kW的电力输出。的电力输出。1980s，

21、主要进行，主要进行立轴直叶水轮机立轴直叶水轮机潮流发电装置试验研究。潮流发电装置试验研究。1982年开始年开始，哈工大经过，哈工大经过60W、100W、1kW 三个样机研制三个样机研制以及以及10kW实验电站方案设计，在实验电站方案设计，在2000 年年建成建成70kW 实验实验电站，并在舟山群岛的岱山港水道进行海上发电试验。电站，并在舟山群岛的岱山港水道进行海上发电试验。1990s以来以来，中国开始计划建造海流能示范应用电站。，中国开始计划建造海流能示范应用电站。2002年年4月月，我国第一座潮流试验电站在浙江省舟山市岱山，我国第一座潮流试验电站在浙江省舟山市岱山县龟山水道建成，装机容量为县

22、龟山水道建成，装机容量为70kW。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电海流发电有许多优点海流发电有许多优点不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；也不像海浪发电那样，电力输出不稳。也不像海浪发电那样，电力输出不稳。目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮汐发电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、汐发电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。新能源发电技术新能

23、源发电技术海洋能发电海洋能发电 6.3 温差发电温差发电海水的温差海水的温差海水的温度，海水的温度，主要取决于接收太阳的辐射的情况主要取决于接收太阳的辐射的情况。海水温度大体保持稳定，最高温度很少超过海水温度大体保持稳定，最高温度很少超过30，各处的温度变动范围一般在各处的温度变动范围一般在-23。不同地域、不同深度的海水，温度是有差异的。不同地域、不同深度的海水，温度是有差异的。海水温度的海水温度的水平分布水平分布，一般，一般随着纬度增加而降低随着纬度增加而降低。海水温度的海水温度的垂直分布垂直分布，都是，都是随着深度增加而降低随着深度增加而降低。6.3.1 海水的温差和温差能海水的温差和温

24、差能 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电海水温差能海水温差能由海洋由海洋表层海水和深层海水表层海水和深层海水之间之间水温差水温差形成的温差热能，形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。是海洋能的一种重要形式。全球的海洋温差能分布全球的海洋温差能分布 据估计，温差能的理论据估计，温差能的理论蕴藏量为蕴藏量为200 亿千瓦亿千瓦，技术上可利，技术上可利用的温差能约用的温差能约20 亿千瓦亿千瓦。也有学者估计，海水温差能可。也有学者估计，海水温差能可利用功率达利用功率达100 亿千瓦。亿千瓦。据佐贺大学海洋能源研究中心介绍，位于据佐贺大学海洋能源研究中心介绍，位于北纬北纬45至至南纬南

25、纬40的约的约100 个个国家和地区都可以进行海洋温差发电。国家和地区都可以进行海洋温差发电。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电中国的海水温差能分布中国的海水温差能分布据据中国新能源与可再生能源中国新能源与可再生能源 1999 白皮书白皮书统计，我国统计，我国南海的表层海水温度全年平均在南海的表层海水温度全年平均在2528，其中有，其中有300 多多万万km2海区，上下温度差为海区，上下温度差为20左右，是海水温差左右，是海水温差发电的发电的好地方。好地方。南海温差能资源理论储藏量约为南海温差能资源理论储藏量约为1.191091.331019千千焦，技术上可开发利用的能量（热效率

26、取焦，技术上可开发利用的能量（热效率取7%）约为）约为8.331099.311017千焦，实际可供利用的资源潜力千焦，实际可供利用的资源潜力（工作时间取（工作时间取50%，利用资源，利用资源10%）装机容量达）装机容量达13.2114.76亿千瓦。亿千瓦。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.3.2 温差发电的原理温差发电的原理海洋温差能发电海洋温差能发电，就是利用海洋，就是利用海洋表层暖水表层暖水与与底层冷水底层冷水之间的之间的温度差来发电。温度差来发电。通常所说的海洋温差发电，大多是指基于通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换海洋热能转换（OTEC,Ocean Th

27、ermal Energy Conversion）的热动）的热动力发电技术，力发电技术，工作方式分为工作方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环开式循环、闭式循环、混合式循环三种。三种。最近，也有研究者提出最近，也有研究者提出根据根据温差效应温差效应利用海水温差利用海水温差直接发电直接发电的设想。的设想。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.3.2.1 开式循环系统开式循环系统工作原理工作原理以表层温以表层温海水为工质海水为工质。先用真空泵将。先用真空泵将循环系统内抽成真空循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。系统内有一定的真空度，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。系统内有一

28、定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽；，变为蒸汽；蒸汽经管道喷出，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽经管道喷出，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后蒸汽通过汽轮机后，被被冷水泵抽上来的冷水泵抽上来的深海冷水冷却深海冷水冷却，凝结凝结成淡化水后排出成淡化水后排出。冷海水冷海水冷却了水蒸气后又冷却了水蒸气后又回到海里回到海里。作为工作物质的海水，一次使用后就不再重复使用，工作物作为工作物质的海水，一次使用后就不再重复使用，工作物质与外界相通，因此称为质与外界相通，因此称为开式循环开式循环。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.3.2

29、.1 开式循环系统开式循环系统开式循环的优点开式循环的优点在在发电发电的同时，还可以获得很多有用的的同时，还可以获得很多有用的副产品副产品。例如，例如，温海水在蒸发器内蒸发后所留下的温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水浓缩水，可被用来提，可被用来提炼很多有用的炼很多有用的化工产品化工产品；水蒸气在冷凝器内冷却后可以得到大量的水蒸气在冷凝器内冷却后可以得到大量的淡水淡水。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电开式循环的不足开式循环的不足 低温低压下海水的低温低压下海水的蒸气压很低蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压，为使汽轮发电机能在低压下运转，下运转，机组机组必须造得十分必须造得十分庞

30、大庞大。例如，例如，1948 1948 年非洲象牙海岸的海水温差发电装置，功率年非洲象牙海岸的海水温差发电装置，功率只有只有35003500千瓦，而汽轮机直径却有千瓦，而汽轮机直径却有1414米。米。开式循环的开式循环的热效率很低热效率很低，一般只有，一般只有2%左右，为减少损耗，左右，为减少损耗，不得不把各种不得不把各种装置和管道装置和管道设计得设计得很大很大。需要耗用需要耗用巨量巨量的的温海水和冷海水温海水和冷海水，都靠泵都靠泵来泵入蒸发器和来泵入蒸发器和冷凝器内；为保持蒸发器的低压装态，也要冷凝器内；为保持蒸发器的低压装态，也要靠泵来抽真空靠泵来抽真空，耗能严重，发电量的耗能严重，发电量

31、的1/41/3 消耗于系统本身消耗于系统本身。在在海洋深处海洋深处提取大量的冷海水，存在许多提取大量的冷海水，存在许多技术困难技术困难。6.3.2.1 开式循环系统开式循环系统 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.3.2.2 闭式循环系统闭式循环系统1964 年，美国海洋热能发电的创始人安德森父子，提出了年，美国海洋热能发电的创始人安德森父子，提出了用低沸点液体用低沸点液体（如丙烷和液态氨）（如丙烷和液态氨）作为工作介质作为工作介质，所产生，所产生的蒸气作为工作流体的的蒸气作为工作流体的闭式循环方案闭式循环方案。水的沸点水的沸点 100，氨水的沸点氨水的沸点33，更容易沸腾。，

32、更容易沸腾。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电闭式循环系统的特点闭式循环系统的特点缺点缺点：蒸发器和冷凝器采用表面式交换器，：蒸发器和冷凝器采用表面式交换器，耗资昂贵耗资昂贵；此外也此外也不能产生淡水不能产生淡水。优点优点：克服了开式循环中最致命的弱点，可使蒸汽压力提高：克服了开式循环中最致命的弱点，可使蒸汽压力提高数倍，数倍，发电装置体积变小发电装置体积变小，而，而发电量可达到工业规模发电量可达到工业规模。闭式循环系统一经提出，就得到广泛的赞同和重视，成为目闭式循环系统一经提出，就得到广泛的赞同和重视，成为目前前海水温差发电的主要形式海水温差发电的主要形式。6.3.2.2 闭式

33、循环系统闭式循环系统 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电混合循环系统混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新鲜淡水，又来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新鲜淡水，又可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。6.3.2.3 混合式循环系统混合式循环系统 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电据据塞贝克效应塞贝克效应，若将两个不同的导体，若将两个不同的导体/半导体电极分别置于海半导体电极分别置于海洋洋表层温海水表层温海水和和深层冷海水深层冷海水中

34、，电极间即可产生电压。中，电极间即可产生电压。这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在设想阶段。设想阶段。6.3.2.4 直接温差发电直接温差发电 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.3.3 温差发电的发展状况温差发电的发展状况1881 年年，法国法国物理学家物理学家雅克雅克德德阿松瓦尔阿松瓦尔最早提出利用海水最早提出利用海水温差发电的设想；温差发电的设想；1948 年年，法国法国在非洲象牙海岸阿比让附近建造了一座在非洲象牙海岸阿比让附近建造了一座7MW 的的开放循环式开放循环式海水温差发电站。海水温差发电站。19

35、64 年年，美国美国海洋热能发电的创始人海洋热能发电的创始人安德森安德森和他的儿子，和他的儿子，提出了提出了闭式循环方案闭式循环方案。1980 年年，美国美国在夏威夷建造了一座在夏威夷建造了一座1MW 的的OTEC21 实验装实验装置，主要进行热力系统研究。置，主要进行热力系统研究。日本科学家日本科学家从从1973 年年开始进行海洋温差发电的研究。开始进行海洋温差发电的研究。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电1981年年，日本日本月完成月完成100kW 闭式闭式循环温差电站。循环温差电站。1993年年，日本日本建成建成210kW 开式开式循环温差能利用装置，净出循环温差能利用装置

36、，净出力为力为4050kW，并可生产淡水。，并可生产淡水。1994 年年，印度印度计划用计划用5 亿美元在泰米尔纳德邦近海引入美国亿美元在泰米尔纳德邦近海引入美国技术，建立一座技术，建立一座10 万万kW 的海洋温差发电装置。的海洋温差发电装置。1995 年前后年前后，印度在太平洋的岛屿上已经建设成功，印度在太平洋的岛屿上已经建设成功6 座座5 万万千瓦千瓦的的陆基陆基海水温差能发电站。海水温差能发电站。1980年台湾电力公司年台湾电力公司曾计划将第曾计划将第3和第和第4号核电厂余热和海洋号核电厂余热和海洋温差发电并用。温差发电并用。1985年中国科学院广州能源研究所年中国科学院广州能源研究所

37、开始对温差利用中的一种开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环雾滴提升循环”方法进行研究。方法进行研究。2013年年10月月30日日，华彬国际集团与美国洛克希德马丁公司在，华彬国际集团与美国洛克希德马丁公司在北京正式签署了海洋温差发电联合开发合同，在中国落地北京正式签署了海洋温差发电联合开发合同，在中国落地的一个的一个10兆瓦兆瓦示范电厂的概念设计。示范电厂的概念设计。6.3.3 温差发电的发展温差发电的发展 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电温差发电的世界之最温差发电的世界之最最早的海水温差发电实验最早的海水温差发电实验 1926 年，年，克劳德克劳德在在法兰西法兰西科学院大厅，当

38、众进行了温差科学院大厅，当众进行了温差发电实验。一只烧瓶装入发电实验。一只烧瓶装入28温水温水，另一只烧瓶放，另一只烧瓶放冰块冰块，用导管连接两个烧瓶，内部装有汽轮发电机，抽出烧瓶内用导管连接两个烧瓶，内部装有汽轮发电机，抽出烧瓶内空气后，空气后，28的温水在的温水在低压下低压下很快就很快就沸腾沸腾了，喷出的蒸汽了，喷出的蒸汽形成一股强劲的气流形成一股强劲的气流。世界第一座海水温差电站世界第一座海水温差电站 1930 年，年，克劳德克劳德在在古巴海滨古巴海滨马坦萨斯海湾建造。表层水马坦萨斯海湾建造。表层水温温28，400m深处的水温深处的水温10，管道长度超过，管道长度超过2km，直，直径约径

39、约2m，预期功率为，预期功率为22 kW，实际输出只有，实际输出只有10 kW，甚，甚至少于电站运行所消耗的电。尽管如此，却证明了利用海至少于电站运行所消耗的电。尽管如此，却证明了利用海洋温差发电的可能。洋温差发电的可能。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电目前很多海洋温差能发电系统仅停留在纸面上，目前很多海洋温差能发电系统仅停留在纸面上，在达到商业应用前，还有许多技术和经济问题需要解决，在达到商业应用前，还有许多技术和经济问题需要解决，包括：包括：（1）转换效率低。）转换效率低。（2）投资成本高。）投资成本高。（3）建设难度大。）建设难度大。（4）选址不容易。）选址不容易。新能源

40、发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电6.4 盐差发电盐差发电海水中至少有海水中至少有 80 多种多种化学元素，主要以种类繁多的盐类化化学元素，主要以种类繁多的盐类化合物存在，在水里会电离成带合物存在，在水里会电离成带正负电荷的两类离子正负电荷的两类离子。经测算，海水中各种盐类的总含量一般为经测算，海水中各种盐类的总含量一般为3%3.5%，全球，全球海水中含有海水中含有51016 吨吨无机盐；无机盐；在在1km3的海水中，含有的海水中，含有氯化钠氯化钠2700多万吨，多万吨，氯化镁氯化镁320万吨，万吨，碳酸镁碳酸镁220万吨，万吨，硫酸镁硫酸镁120万吨。万吨。盐差能盐差能就是指海水和淡

41、水之间或两种含盐浓度不同的海水之就是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。6.4.1 海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能全球海洋的海水盐度分布全球海洋的海水盐度分布 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电据据联合国教科文组织联合国教科文组织 1981 年年的估计，全球盐差能的理论蕴的估计，全球盐差能的理论蕴藏量为藏量为300 亿千瓦亿千瓦。假设只有降雨量大的地域的盐度差才。假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，估计能利用，估计技术上可利用技术上可利用的约的约30 亿千瓦亿千瓦。也有文献

42、认为，世界各河口区的盐差能达也有文献认为，世界各河口区的盐差能达 300 亿千瓦，可利亿千瓦，可利用的盐度差能约用的盐度差能约26 亿千瓦。亿千瓦。我国我国盐差能资源理论蕴藏量约盐差能资源理论蕴藏量约 3.91015 kJ，理论功率为，理论功率为1.25105 MW，主要集中在各大江河的出海处。，主要集中在各大江河的出海处。同时，我国青海省等地还有不少同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖内陆盐湖可以利用。可以利用。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电在在半透膜半透膜(水能通过水能通过,盐不能通过盐不能通过)隔开的有浓度差别的溶液之隔开的有浓度差别的溶液之间，间，低浓度低浓度溶液溶液

43、透入高浓度透入高浓度溶液的现象，称为溶液的现象，称为渗透现象渗透现象。发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加机械压强，恰好发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加机械压强，恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，这个机械压强就等于这能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，这个机械压强就等于这两种溶液之间的两种溶液之间的渗透压强渗透压强（简称（简称渗透压渗透压）。）。海水与河水之间的盐浓度明显不同。利用海水与河水之间的盐浓度明显不同。利用渗透压形成水位差渗透压形成水位差，就可以直接驱动水轮发电机发电。就可以直接驱动水轮发电机发电。6.4.2 渗透和渗透压渗透和渗透压 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发

44、电6.4.3 盐差能发电方法盐差能发电方法渗透压法渗透压法，就是利用半透膜两侧的渗透压，将，就是利用半透膜两侧的渗透压，将不同盐浓度不同盐浓度的的海水之间的海水之间的化学电位差化学电位差能转换成能转换成水的势能水的势能，使海水升高形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时使海水升高形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，其发电原理及能量转换方式与潮汐发提供的能量来发电，其发电原理及能量转换方式与潮汐发电基本相同。电基本相同。关键技术关键技术是是半透膜技术半透膜技术和膜与海水介面间的和膜与海水介面间的流体交换技术流体交换技术，技术难点技术难点是制造是制造有足够强度有足够强度、性能

45、优良性能优良、成本适宜成本适宜的半透膜。的半透膜。6.4.3.1 渗透压法渗透压法 新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（1）强力渗压发电）强力渗压发电在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面约在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面约200m的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。水库的水通过半透膜不断流入海水中，水库水位不断下降，水库的水通过半透膜不断流入海水中，水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲

46、击水轮机旋转，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。并带动发电机发电。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（1）强力渗压发电）强力渗压发电强力渗压发电系统的投资成本要比燃煤电站高，而且也存强力渗压发电系统的投资成本要比燃煤电站高，而且也存在技术上的难点，其中最难的是要在低于海平面在技术上的难点，其中最难的是要在低于海平面200m的的地方建造一个巨大的电站，能够抵抗腐蚀的半透膜也很难地方建造一个巨大的电站，能够抵抗腐蚀的半透膜也很难制造，因此发展的前景不大。制造，因此发展的前景不大。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（2）水压塔渗压发电）水

47、压塔渗压发电水压塔与淡水间用半透膜隔开，并通过水泵连通海水。先水压塔与淡水间用半透膜隔开，并通过水泵连通海水。先由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水海水(经管道经管道)冲击水轮机旋转，带动发电机发电。冲击水轮机旋转，带动发电机发电。在运行过程中，在运行过程中，为了使水压塔内为了使水压塔内的海水保持一定的海水保持一定的盐度，海水泵的盐度，海水泵不断向塔内打入不断向塔内打入海水海水。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发

48、电（2）水压塔渗压发电）水压塔渗压发电发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。据试验，扣除各种消耗后的据试验，扣除各种消耗后的总效率约为总效率约为20%25%。若每秒能若每秒能渗入渗入1m3的淡水的淡水，约可得到，约可得到500千瓦电力千瓦电力输出。输出。浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如若期望得到若期望得到 1万万kW的电力输出，需要的电力输出，需要 4万万m2的半透膜，如的半透膜，如果半透膜的高

49、度为果半透膜的高度为4米，则其长度需米，则其长度需10千米，相应的拦水千米，相应的拦水坝要超过坝要超过10千米，投资将是十分惊人的。千米，投资将是十分惊人的。而且，半透膜要承受而且，半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。的渗透压，也难以制造。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（3）压力延滞渗透发电）压力延滞渗透发电压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力室同海水混合。膜渗透到压力室同海水混合。混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流入大海的过程中

50、推动涡轮机做功入大海的过程中推动涡轮机做功。新能源发电技术新能源发电技术海洋能发电海洋能发电（3）压力延滞渗透发电）压力延滞渗透发电是是以色列以色列科学家西德尼科学家西德尼洛布洛布于于1973年发明的。年发明的。1978年洛布和美国太阳能公司做了大量试验，当时估算发年洛布和美国太阳能公司做了大量试验，当时估算发电成本高达电成本高达0.30.4美元美元/kWh，还缺乏有效的半透膜。，还缺乏有效的半透膜。1997年欧洲的年欧洲的Stat kraft公司也开始研究，公司也开始研究，2001年开始世年开始世界上第一个重点发展压力延滞渗透技术的项目。膜寿命提界上第一个重点发展压力延滞渗透技术的项目。膜寿