新能源技術(shù)海洋能樊

新能源技術(shù)海洋能樊第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8海洋能發(fā)電8.1海洋能概述

海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.1海洋能概述

海洋能的特點(diǎn)

1可再生性：由于海水潮汐、海流和波浪等運(yùn)動(dòng)周而復(fù)始，永不休止，所以海洋能是可再生能源；

2屬于一種潔凈能源，無污染；

3能量多變，具有不穩(wěn)定性，運(yùn)用起來比較困難；

4總量巨大，但分布不均、分散，能流密度低，利用效率不高，經(jīng)濟(jì)性差。

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海洋能的分類

1．潮汐能

潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運(yùn)動(dòng)以及它們之間的相互作用而引起的。主要是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能，利用的原理與水力發(fā)電的原理類似，而且潮汐能的能量與潮量和潮差成正比。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.1海洋能概述

海洋能的分類

2．海流能

海流能是另一種以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。海流能也主要用來發(fā)電，發(fā)電原理與風(fēng)力發(fā)電類似。但是由于海水的密度比較大，而且海流發(fā)電裝置必須置于海水中，所以海流發(fā)電還存在了以下一些關(guān)鍵技術(shù)：安裝維護(hù)、電力輸送、防腐、海洋環(huán)境中的載荷與安全性能、海流裝置的固定形式和透平設(shè)計(jì)等。第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.1海洋能概述

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3．波浪能

波浪能是海洋能利用研究中近期研究最多、政府投資項(xiàng)目最多和最重視的一種能源。波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度成正比，波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能是由風(fēng)把能量傳遞給海洋而產(chǎn)生的，它實(shí)質(zhì)上是吸收了風(fēng)能而形成的。能量傳遞速率和風(fēng)速有關(guān)，也和風(fēng)與水相互作用的距離（即風(fēng)區(qū)）有關(guān)。第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.1海洋能概述

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4．溫差能

溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。赤道附近太陽直射多，其海域的表層溫度可達(dá)25～28℃，波斯灣和紅海由于被炎熱的陸地包圍，其海面水溫可達(dá)35℃，而在海洋深處500～1000m處海水溫度卻只有3～6℃，這個(gè)垂直的溫差就是一個(gè)可供利用的巨大能源。海洋溫差能轉(zhuǎn)換主要有開式循環(huán)和閉式循環(huán)兩種方式。溫差能利用的困難主要是溫差太小，能量密度太低。溫差能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)。第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.1海洋能概述

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5．鹽差能

鹽差能是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。它是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能。主要存在于河海交接處。同時(shí)，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差（相當(dāng)于240m的水頭）。從原理上來說，可通過讓淡水流經(jīng)一個(gè)半滲透膜后再進(jìn)入一個(gè)鹽水水池的方法來開發(fā)這種理論上的水頭。如果在這一過程中鹽度不降低的話，產(chǎn)生的滲透壓力足可以將水池水面提高240m，然后再把水池水泄放，讓它流經(jīng)水輪機(jī)，從而提取能量。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

潮汐能發(fā)電

潮汐是海水受太陽、月球和地球引力的相互作用后，所發(fā)生的周期性漲落現(xiàn)象。

潮汐過程線第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

潮汐能發(fā)電

單庫單向作用——”落潮發(fā)電”步驟①向水庫注水；②等候，直至水庫中的水到退潮，這樣使庫內(nèi)外產(chǎn)生一定的水頭；③將水庫中的水通過水輪機(jī)放入大海中，直到海水漲潮，海水水頭降到最低工作點(diǎn)為止；④第二次漲潮時(shí)重復(fù)以上工作步驟。也可以反過來，使海水從海里向水庫注入時(shí)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，這種方式稱為“漲潮發(fā)電”。但是，蓄水庫的壩邊通常是斜坡形的，所以“落潮發(fā)電”一般更為有效。第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

潮汐能發(fā)電

單庫雙向作用步驟①通過水閘向庫內(nèi)注水；②等候，使水在庫內(nèi)保持一段時(shí)間；③利用落潮發(fā)電；④通過水閘將庫中的水泄干；⑤等候一段時(shí)間；⑥漲潮發(fā)電。無論是單向發(fā)電還是雙向發(fā)電，出力的大小都與水庫的深度、潮差以及電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

我國潮汐發(fā)電概況

站名位置型式機(jī)組數(shù)量裝機(jī)容量每年耗電量/萬度建站時(shí)間投產(chǎn)時(shí)間設(shè)計(jì)/kW實(shí)際/kW設(shè)計(jì)實(shí)際沙山浙江溫嶺單庫單向140ⅹ1409.38.519581959.10岳甫浙江象山單庫單向475ⅹ475ⅹ1606.219701972.5海山浙江玉環(huán)雙庫單向275ⅹ2150315～719731975江廈浙江溫嶺單庫雙向6500ⅹ6500ⅹ1107011619721980白沙口山東乳山單庫單向6160ⅹ6640232/19701978.8瀏河江蘇太倉雙向雙貫流式275ⅹ215025619701978.7籌東福建長樂臥軸軸伸式140ⅹ140//19581959果子山廣西龍門港單庫單向140ⅹ140//19761977.2我國運(yùn)行發(fā)電的主要潮汐電站簡況表第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

我國潮汐發(fā)電概況

我國的潮汐能開發(fā)技術(shù)研究已取得很大進(jìn)展。小型潮汐電站開發(fā)技術(shù)已趨成熟。江廈潮汐電站已成功地使用了我國自己設(shè)計(jì)制造安裝的雙向貫流燈泡型機(jī)組，水輪機(jī)具有正、反向發(fā)電和泄水的工況。為了保證潮汐電站的發(fā)電質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，有些電站也采用了新的電子技術(shù)，實(shí)行自動(dòng)運(yùn)行控制。江廈潮汐電站利用計(jì)算機(jī)能正確地做潮位預(yù)報(bào)，能夠保證機(jī)組的最大出力。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

海流和潮汐實(shí)際上是同一潮波現(xiàn)象的兩種不同表現(xiàn)形式。潮汐是潮波運(yùn)動(dòng)引起的海水垂直升降，潮流是潮波運(yùn)動(dòng)引起的海水水平流動(dòng)。一般來說，開闊的外海潮差小，流速亦小，靠岸邊越大，在港灣口、水道地區(qū)流速顯著變化。潮流漲落方向如果呈旋轉(zhuǎn)變化，則稱旋轉(zhuǎn)流，一般發(fā)生在較開闊的海區(qū)；潮流漲落方向如果為正反向變化，則稱往復(fù)流，一般發(fā)生在較狹窄的水域。海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風(fēng)力發(fā)電相似，幾乎任何一個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置都可以改造成為海流發(fā)電裝置。海流發(fā)電

第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

1.ONE2.TWO

海流發(fā)電裝置的兩種方式鏈?zhǔn)桨l(fā)電系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)式發(fā)電系統(tǒng)

海流能發(fā)電原理及應(yīng)用

第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五7.4.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

鏈?zhǔn)胶Ａ靼l(fā)電裝置：它主要由降落傘、環(huán)狀鏈條、驅(qū)動(dòng)輪和發(fā)電機(jī)組成。一般在環(huán)狀鏈條上裝有多個(gè)降落傘，鏈條在降落傘的帶動(dòng)下會轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪與船上發(fā)電機(jī)相連。當(dāng)降落傘順著海流方向時(shí)。由于海流的作用，降落傘張開，當(dāng)降落傘轉(zhuǎn)到與海流相對的方向時(shí)，傘口收攏，帶有降落傘的鏈條的運(yùn)動(dòng)使驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。掛有降落傘的鏈條自動(dòng)地向驅(qū)動(dòng)輪的下游漂移，所以降落傘和鏈條的方向可以始終與流速較大的海流的方向保持一致。海流能發(fā)電原理及應(yīng)用

第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

鏈?zhǔn)胶Ａ靼l(fā)電裝置

海流能發(fā)電原理及應(yīng)用

第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)式海流發(fā)電裝置：這種發(fā)電裝置有一臺帶外罩的水輪機(jī)。在喉部有一臺用輪緣固定方式固定的雙轉(zhuǎn)式水輪機(jī)。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)速度加快時(shí)，可變式水輪葉片呈懸鏈線形，這樣可最大限度地利用海流。水輪機(jī)邊緣有多個(gè)動(dòng)力輸出裝置，動(dòng)力輸出裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組，從而使水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能。這種裝置通常采用繃緊式三點(diǎn)系泊裝置進(jìn)行固定?？梢詼p少海面船舶活動(dòng)造成的影響，發(fā)出的電能通過電纜輸往岸上。海流能發(fā)電原理及應(yīng)用

第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

海流能發(fā)電原理及應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)式海流發(fā)電裝置

第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪具有一定的動(dòng)能和勢能。波浪能利用的關(guān)鍵是波浪能轉(zhuǎn)換裝置，通常波浪能要經(jīng)過三級轉(zhuǎn)換：第一級為受波體，它將大海的波浪能吸收進(jìn)來；第二級為中間轉(zhuǎn)換裝置，它優(yōu)化第一級轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生出足夠穩(wěn)定的能量；第三級為發(fā)電裝置，與常規(guī)發(fā)電裝置類似。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式。波浪能利用裝置大都源于幾種基本原理，主要是：利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運(yùn)動(dòng)；利用波浪壓力的變化；利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉(zhuǎn)換成水的勢能等。其中具有商品化價(jià)值的裝置包括有：振蕩水柱式裝置、擺式裝置和聚波水庫式裝置三大類。波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

關(guān)于波浪能的計(jì)算波浪能的大小可以用海水起伏勢能的變化來進(jìn)行估算，根據(jù)波浪理論，波浪能量與波高的平方成比例。波浪功率，即能量產(chǎn)生或消耗的速率，既與波浪中的能量有關(guān)，也與波浪到達(dá)某一給定位置的速度有關(guān)。按照Kinsman(1965年)的公式，一個(gè)嚴(yán)格簡單正弦波單位波峰寬度的波浪功率為：

式中：H為波高，T為波周期，ρ為海水密度，g為重力加速度。如有一周期為10s，波高為2m的涌浪涌向波浪發(fā)電裝置，波列的10m波峰L的功率為：它表明每10m波峰寬度的波浪功率等效為400kW。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

1波浪鴨裝置

.2波動(dòng)水柱裝置

3“壩礁”波浪能利用裝置

波浪能利用裝置第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪鴨裝置：他的形狀設(shè)計(jì)成能最大限度地吸收波浪能的形狀。從左邊過來的波浪使波浪鴨擺動(dòng)，波浪鴨右邊做成柱形，使右邊的海面不再有波浪，能量從搖擺軸上獲得。這個(gè)裝置的效率比較高，該裝置需要解決這樣兩個(gè)問題：①需要把低速的搖擺運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)需要的高速轉(zhuǎn)動(dòng)；②需要把電能從一定水深中活動(dòng)的裝置上輸送到較遠(yuǎn)的地方去。第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

波動(dòng)水柱波浪能發(fā)電裝置

波動(dòng)水柱波浪能發(fā)電裝置工作原理

波動(dòng)水柱波浪能發(fā)電裝置

：當(dāng)波浪遇到部分浸在水中的空腔時(shí)，空腔中水柱會上下波動(dòng)，從而引起上部氣體或液體的壓力變化?？涨豢赏ㄟ^某種渦輪機(jī)與大氣相連，并從渦輪機(jī)獲得能量。這類裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是可以把低速的波浪運(yùn)動(dòng)變成速度較高的氣流，設(shè)備可以不浸在海水中。第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

“壩礁”波浪能利用裝置：波浪進(jìn)入靠近海面的開口，流經(jīng)一組導(dǎo)片和旋轉(zhuǎn)葉片。由于波浪的折射，波浪從各個(gè)方向進(jìn)入結(jié)構(gòu)物的中心部分。旋轉(zhuǎn)的葉片使海水在中心區(qū)呈螺旋狀向下運(yùn)動(dòng)。這種旋轉(zhuǎn)的水柱就像一個(gè)液體飛輪，似水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

壩礁波浪能轉(zhuǎn)換裝置

沿海地區(qū)供電的壩礁發(fā)電裝置

第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能發(fā)電原理及應(yīng)用

波浪能利用的關(guān)鍵技術(shù)：波浪聚集與相位控制技術(shù)；波能裝置的波浪載荷及在海洋環(huán)境中的生存技術(shù)；波能裝置建造和施工中的海洋工程技術(shù)；不規(guī)則波浪中的波能裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化；波浪能的穩(wěn)定發(fā)電技術(shù)和獨(dú)立發(fā)電技術(shù)等。

第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五8.2海洋能發(fā)電原理及應(yīng)用

海洋溫差能發(fā)電原理及應(yīng)用

海洋溫差能發(fā)電：利用海洋表層暖水與底層冷水間溫差來發(fā)電。工作方式一般可分為開式循環(huán)、閉式循環(huán)和混合式循環(huán)三種方式。

海洋熱能轉(zhuǎn)換的基本過程