技 术 大 纲

1) 潮 汐 能
2) 海 浪 能
3) 其 他 海 洋 能 技 术

地 球 表 面 70% 以 上 的 地 方 被 海 洋 覆 盖 。 海 洋 中 的 潮 汐 和 海 浪 都 蕴 藏 著 大 量 的 能 量 。 潮 汐 的 出 现 主 要 是 由 於 月 亮 的 引 力 , 而 波 浪 则 主 要 是 由 风 引 起 的 。 潮 汐 和 海 浪 都 是 间 歇 性 的 , 通 过 机 械 设 备 可 以 将 其 中 的 能 量 转 化 为 电 能 。 另 外 , 海 洋 流 也 可 以 用 来 发 电 。

大 部 分 海 洋 可 再 生 能 源 技 术 仍 然 处 在 开 发 阶 段 , 只 有 少 数 进 入 商 业 应 用 阶 段 。

1) 潮 汐 能

潮 汐 指 的 是 海 平 面 周 期 性 的 涨 退 。 潮 汐 现 象 产 生 自 太 阳 和 月 亮 对 海 水 的 引 力 作 用 。 潮 汐 是 最 可 预 计 的 自 然 力 量 之 一 。 海 平 面 在 涨 潮 的 时 候 上 升 , 退 潮 的 时 候 下 降 。 每 天 ( 更 精 确 的 说 法 是 月 亮 绕 地 球 旋 转 一 周 所 需 的 24.84 小 时 ) 有 两 次 潮 涨 和 潮 退 。 在 接 连 的 潮 涨 和 潮 退 之 间 , 海 水 平 面 的 落 差 被 称 为 " 潮 差 " 。

由 於 地 球 和 月 亮 都 绕 着 太 阳 转 动 , 月 亮 和 太 阳 的 相 对 位 置 也 会 影 响 潮 汐 现 象 。 当 两 者 排 列 成 一 直 线 时 , 引 力 作 用 非 常 强 大 , 所 引 发 的 潮 差 也 很 大 。 这 种 现 象 称 为 " 大 潮 " 。 而 当 两 者 并 不 排 列 成 一 直 线 的 时 候 , 潮 差 会 小 一 点 。 当 月 亮 和 太 阳 相 对 地 球 排 列 成 直 角 时 , , 所 引 发 的 潮 差 最 小 , 这 种 现 象 称 为 " 小 潮 " 。

通 过 蓄 水 湾 可 以 将 潮 汐 能 储 存 , 随 後 可 以   放 海 水 以 推 动 水 轮 发 电 。 蓄 水 塘 越 大 , 在 潮 汐 过 程 中 能 够 储 存 的 能 量 就 越 大 。 假 设 一 个 蓄 水 湾 的 截 面 积 固 定 , 而 落 差 为 H 米 , 那 麽 这 个 蓄 水 湾 单 位 面 积 蓄 能 将 为 每 平 方 米 4.91 H2 千 焦 。 当 然 , 这 只 是 潮 汐 能 潜 力 值 的 最 大 理 论 值 。

潮 汐 发 电 设 备 的 工 作 原 理

潮 汐 能 可 以 通 过 在 河 口 建 立 堤 坝 形 成 蓄 水 湾 来 截 取 。 在 涨 潮 过 程 中 , 通 过 一 些 水 闸 可 以 将 海 水 注 入 蓄 水 湾 , 随 後 在 落 潮 时 关 闭 这 些 水 闸 。 当 海 水 落 潮 以 後 , " 水 头 " 就 会 增 加 。 蓄 留 的 海 水 排 出 时 可 以 推 动 传 统 的 水 轮 , 从 而 带 动 发 电 机 发 电 。


潮汐堤堰。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 潮 汐 堤 堰

潮 汐 能 发 电 可 以 通 过 在 涨 潮 时 直 接 推 动 堤 堰 上 安 装 的 水 轮 发 电 ( 涨 潮 发 电 ) , 或 者 在 涨 潮 时 让 海 潮 通 过 水 闸 进 入 蓄 水 塘 之 後 关 闸 , 再 在 退 潮 时 让 海 水 通 过 水 轮 发 电 ( 退 潮 发 电 ) 。 在 简 单 的 退 潮 发 电 和 涨 潮 发 电 设 施 , 每 个 潮 汐 周 期 里 设 备 使 用 时 间 比 较 短 ( 3 到 6 小 时 ) , 期 间 产 生 相 对 短 时 间 的 电 功 率 。

另 外 一 种 方 法 是 双 向 发 电 , 此 方 法 可 以 从 涨 潮 和 退 潮 过 程 中 都 提 取 能 量 。 不 过 , 由 於 电 力 输 出 更 加 均 匀 分 布 , 电 功 率 值 会 降 低 。

2) 海 浪 能 〔 波 浪 能 〕

风 和 海 面 之 间 的 互 动 , 产 生 海 浪 。 海 浪 中 既 有 动 能 ( 海 水 前 移 运 动 ) 也 有 位 能 ( 部 分 海 水 水 位 升 高 ) 。 海 浪 能 最 密 集 的 地 方 在 南 北 半 球 的 纬 度 40 度 到 60 度 之 间 。 而 主 要 原 因 是 这 个 地 带 的 信 风 的 缘 故 。

理 论 上 深 海 海 浪 的 功 率 P 为 〔 瓦 / 米 〕 ∶

P = pg2H2T/(32*pi) 瓦 / 米 浪 峰 宽
或 大 约 H2T 千 瓦 / 米 浪 峰 宽

其 中 , p 是 海 水 密 度
H 是 海 浪 高 度 ( 浪 峰 到 浪 谷 之 间 垂 直 距 离 ) , 单 位 米
T 是 海 浪 周 期 , 单 位 秒

海 浪 发 电 设 备 的 工 作 原 理

以 下 为 当 前 主 要 的 海 浪 发 电 技 术 。

(a) 振 荡 水 柱 式 波 浪 发 电 系 统 , 通 过 波 浪 引 起 竖 井 或 沈 箱 中 的 水 柱 上 下 运 动 来 发 电 。 水 柱 的 上 下 振 荡 可 以 使 到 竖 井 中 水 面 上 的 空 气 来 回 进 出 , 从 而 推 动 涡 轮 旋 转 而 发 电 。 这 类 系 统 也 称 气 动 系 统 。


振荡水柱式海浪能发电设备工作原理。 以上文字说明这张图片。 
上 图 : 振 荡 水 柱 式 海 浪 能 发 电 设 备 工 作 原 理
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(b) 收 窄 水 道 式 波 浪 发 电 系 统 ( TAPCHAN ) , 包 含 一 个 不 断 变 窄 的 水 道 以 将 波 浪 聚 集 到 比 海 平 面 高 数 米 的 储 水 湖 中 。 波 浪 进 入 缩 减 水 道 後 越 是 接 近 储 水 湖 , 波 浪 高 度 也 就 越 高 。 最 终 一 些 水 会 越 过 水 道 的 围 墙 而 进 入 储 水 湖 。 通 过 这 个 过 程 , 波 浪 的 动 能 转 化 为 储 水 湖 中 的 水 位 能 。 最 後 储 水 湖 中 的 水 会 被 送 到 水 轮 机 进 行 发 电 。


收窄水道式波浪发电系统。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 收 窄 水 道 式 波 浪 发 电 系 统

(c) 浮 式 波 浪 发 电 设 备 利 用 其 浮 水 部 分 的 谐 波 运 动 发 电 。 浮 水 部 分 的 起 伏 可 以 直 接 发 电 , 也 可 以 驱 动 安 装 於 海 床 的 活 塞 或 者 软 管 泵 , 以 推 动 涡 轮 机 从 而 发 电 。

OceanPowerTechnologies开发的PowerBuoy波浪发电装置。 以上文字说明这张图片。
上 图 : Ocean Power Technologies 开 发 的 PowerBuoy 波 浪 发 电 装 置
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(d) Pelamis 波 浪 发 电 装 置 是 一 种 部 分 浸 入 海 水 而 状 似 海 蛇 的 设 备 。 该 设 备 由 活 动 铰 连 接 在 一 起 的 钢 管 组 成 , 每 一 个 活 动 铰 都 装 有 一 个 液 压 泵 。 波 浪 导 致 活 动 铰 的 运 动 , 牵 引 水 力 锤 不 断 把 高 压 油 泵 向 液 压 马 达 , 然 後 马 达 再 牵 引 发 电 机 进 行 发 电 。 该 装 置 由 缆 绳 系 泊 , 系 泊 系 统 由 许 多 浮 物 和 重 物 组 成 , 以 避 免 缆 绳 绷 紧 。

Pelamis波浪发电装置。 以上文字说明这张图片。
上 图 : Pelamis 波 浪 发 电 装 置
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3) 其 他 海 洋 可 再 生 能 源 技 术

海 洋 流 发 电 技 术 利 用 类 似 风 力 发 电 机 转 子 的 海 洋 流 涡 轮 收 集 海 洋 流 能 量 。 与 流 动 空 气 推 动 风 力 发 电 机 不 同 的 是 , 海 洋 流 涡 轮 处 于 海 面 子 下 , 由 潮 汐 流 或 海 洋 流 推 动 。 旋 转 的 涡 轮 转 子 经 齿 轮 箱 带 动 发 电 机 发 电 。 转 子 可 以 安 装 在 插 入 海 床 的 杆 柱 上 , 从 而 固 定 於 海 洋 之 中 。

海洋流发电技术。 以上文字说明这张图片。
(Copyright by Marine Current Turbines TM Ltd)

海 洋 流 发 电 技 术 仍 然 处 於 开 发 阶 段 。 全 世 界 第 一 个 商 业 规 模 的 海 洋 流 发 电 机 於 2003 年 在 英 国 北 德 文 郡 (North Devon) 林 茅 斯 (Lynmouth) 附 近 的 布 里 斯 托 尔 海 峡 (Bristol Channle) 进 行 试 验 。 涡 轮 由 单 个 叶 片 构 成 , 叶 片 长 度 为 11 米 。 试 验 的 海 洋 流 发 电 机 发 电 能 力 为 300 千 瓦 , 作 为 将 来 开 发 潮 汐 流 发 电 机 的 测 试 机 种 。

   
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