什么是海洋能源?
海水所具有的潮汐能、波浪能、海(潮)流能、温差能和盐差能等可再生自然能源的总称。
海洋能源分类
1.潮汐能
潮汐能就是潮汐运动时产生的能量,是人类利用最早的海洋动力资源。中国在唐朝沿海地区就出现了利用潮汐来推磨的小作坊。后来,到了11-12世纪,法、英等国也出现了潮汐磨坊。到了二十世纪,潮汐能的魅力达到了高峰,人们开始懂得利用海水上涨下落的潮差能来发电。据估计,全世界的海洋潮汐能约有二十亿多千瓦,每年可发电12400万亿度。
今天,世界上第一个也是最大的潮汐发电厂就处于法国的英吉利海峡的朗斯河河口,年供电量达5.44亿度。一些专家断言,未来无污染的廉价能源是永恒的潮汐。而另一些专家则着眼于普遍存在的,浮泛在全球潮汐之上的波浪。
2.波浪能
波浪能主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量。
波浪能是巨大的,一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高,一个波高5米,波长100米的海浪,在一米长的波峰片上就具有3120千瓦的能量,由此可以想象整个海洋的波浪所具有的能量该是多么惊人。据计算,全球海洋的波浪能达700亿千瓦,可供开发利用的为20-30亿千瓦。每年发电量可达9-万亿度。
3.海流
除了潮汐与波浪能,海流可以作出贡献,由于海流遍布大洋,纵横交错,川流不息,所以它们蕴藏的能量也是可观的。例如世界上最大的暖流——墨西哥洋流,在流经北欧时为1厘米长海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量。据估算世界上可利用的海流能约为0.5亿千瓦。而且利用海流发电并不复杂。因此要海流做出贡献还是有利可图的事业,当然也是冒险的事业。
4.海洋温差能
把温度的差异作为海洋能源的想法倒是很奇妙。这就是海洋温差能,又叫海洋热能。由于海水是一种热容量很大的物质,海洋的体积又如此之大,所以海水容纳的热量是巨大的。这些热能主要来自太阳辐射,另外还有地球内部向海水放出的热量;海水中放射性物质的放热;海流摩擦产生的热,以及其他天体的辐射能,但99.99%来自太阳辐射。因此,海水热能随着海域位置的不同而差别较大。海洋热能是电能的来源之一,可转换为电能的为20亿千瓦。但1881年法国科学家德尔松石首次大胆提出海水发电的设想竟被埋没了近半个世纪,直到1926年,他的学生克劳德才实现了老师的夙愿。
5.盐度差能
此外,在江河入海口,淡水与海水之间还存在着鲜为人知的盐度差能。全世界可利用的盐度差能约26亿千瓦,其能量甚至比温差能还要大。盐差能发电原理实际上是利用浓溶液扩散到稀溶液中释放出的能量。
大海蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生能源。那波涛汹涌的海浪、一涨一落的潮汐、循环不息的海流、不同深度的水温、河海水交汇处的盐度差等,都具有可以利用的巨大能量。另外,从占地球表面积约70%的海水中,还可以取得丰富的热核燃料和氢。
海洋能主要来源于太阳能。它的分布地域广阔,能量比较稳定,而且变化有一定规律,可以准确预测。例如,海水温差和海流随季节而变化,而潮汐的变化则具有一定的周期性。
目前,世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段,因而海洋能属于有待开发利用的新能源。其中,对于潮汐能的开发技术比较成熟,已进入技术经济评价和工程规划阶段;波浪能的利用处于试验研究阶段;海洋热能的利用正在进行工程性研究;海流和盐度差能的利用,仅处于原理研究阶段。
我国海洋能资源非常丰富,而且开发利用的前景十分广阔。全国大陆海岸线长达1.8万多千米,还有5000多个岛屿,其海岸线长约1.4万多千米,整个海域达490万平方千米。如果将我国的海洋能资源转换为有用的动力值,至少可达1.5亿千瓦,相当于目前我国电力总装机容量的2倍多。在海洋能的开发利用方面,当前我国还仅仅处于起步阶段,一些沿海地区先后研制成了各种试验性的发电装置,并建成了试验性的潮汐电站,为今后进一步开发利用海洋能源打下了初步的基础。
全世界海洋能的总储量,约为全球每年耗能量的几百倍甚至几千倍。这种海洋能是取之不尽、用之不竭的新能源。在不远的将来,海洋能在造福于人类方面,将发挥巨大而重要的作用。
潮汐主要是由月球的引力所引起的,在地球上正对月球的区域的海水受月球的引力最大,同时由于地球自转产生的离心力,使海水向上凸出,这就是涨潮,潮涨到最高位置叫作“平潮”。在地球上背对着月球的一面,由于月球的引力最小,海水散开,形成凹面,这就是落潮,其最低水面称为“停潮”。在一昼夜内,地球上任何一处的海水都会正对和背对月球各一次,因此海水要涨落两次:夜晚和白天各一次,但每天的平潮和停潮的水位都不相同,每月有一次大潮和低潮。太阳虽然也对地球上的海水有引力作用,但太阳离地球比月球离地球远得多,因此太阳对海水的引力仅是月球对海水引力的2/5。因此在考察海洋潮汐时,主要考虑月球对海水的引力。
虽然地球上各处的海洋都有潮汐,但各海域的地理条件不同,平潮和停潮的水位差异(叫潮差)也不同。加拿大的芬迪湾有世界上最大的潮差—18米;我国杭州湾的最大潮差也达8.93米。每年阴历八月十八日前后,钱塘江口的海宁潮则是天下奇观,成了重要的旅游资源。另外,英国的泰晤士河口、巴西的亚马逊河口、孟加拉的恒河口都是潮差较大的海域。潮差越大,所蕴藏的潮汐能量越大。全世界海洋中的潮汐能资源量约30亿千瓦,其中我国的潮汐能资源量约2.4亿千瓦,占世界资源量的8%。
我国早在1000多年以前就知道利用潮汐过程中水的冲力推动水磨,加工谷物。18世纪我国还有过利用潮汐能的锯木厂。只是在近代才有利用潮汐的水位落差推动涡轮机发电的技术。法国西北部英吉利海峡的朗斯河口,由于潮差有13.5米,而河口仅750米,因此修筑了拦海大坝,在涨潮时拦蓄海水,在落潮时,放水发电。1956年开始建设试验性的发电站,1967年建成24台单机容量为1万千瓦的潮汐发电机组。1984年在加拿大芬迪湾安纳波利斯安装了一台2万千瓦的潮汐发电机,这是世界上最大的潮汐发电机。
我国于1961年在浙江的温岭建成第一座装机容量为40千瓦的潮汐发电站,此后又在东南沿海的广东、福建、浙江、江苏、山东等地建成了潮汐发电站,其中浙江乐清湾的江厦潮汐发电站的装机容量仅次于法国的朗斯和加拿大的安纳波利斯。
海洋能还包括波浪能,地球上海洋面积3.6亿平方千米,按每平方千米海面波浪的能量为25万千瓦计算,全球波浪能总量达90万亿千瓦,如果全部用来发电,每年可发电567亿亿千瓦时,是目前全世界发电量的4万倍以上。但是利用波浪发电还有许多技术问题,目前只有日本、挪威等国研制了较大规模的波浪发电。我国研制成功利用波浪能发电的航标灯,并在1990年投入使用。
海水的表层和深层有明显的温差,这种温差可转换为电能,但还有许多技术问题要解决,目前还在研究阶段。
蓝色的海洋不仅有丰富的物质资源,而且也蕴藏着巨大的、无污染的、可再生的能源,这是人类将来要研究和开发的领域。
浩瀚的大海,不仅蕴藏着丰富矿产资源,更是一个巨大的能源宝库,仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差能、盐度差能等物理化学能的存储量就非常惊人。
这些海洋能源都是取之不尽,用之不竭的可再生能源。所谓“可再生”,是指它们可以不断得到补充,永不枯竭,不像煤、石油等非再生能源,储量有限,开采一点就少一点。人们可以把这些海洋能以各种手段转换成电能、机械能或其他形式的能,供人类使用,永远不会枯竭,也不会造成任何污染。
潮汐能就是潮汐运动时产生的能量,人们根据潮汐潮流的变化规律,已经编制出各地潮汐与潮流的运动表,并能预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。
波浪能主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量。波浪能既不稳定又无规律,但它所具有的能量也是非常惊人的。由此可见,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。因此,海洋能源的开发正受到全世界的关注。