能源工程概论4 3新能源的开发利用-海洋能-地热能

2.波浪能

是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪 的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎 波面的宽度成正比。

波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。 台风导致的巨浪，其功率密度可达每米迎波面 数千kW。 波浪能丰富的欧洲北海地区，年平均波浪功率 也仅为 20 － 40 kW ／ m ，中国海岸大部分的年 平均波浪功率密度为2－7 kW／m。
Rainwater can seep（渗漏）down faults（断层）and fractured rocks for miles. After being heated, it can return to the surface as steam or hot water.
This steaming（蒸发、汽化） ground is in the Philippines.
Incoming waves force air up column to turn the turbine Outgoing waves suck air down column to turn the turbine

.au/ago/ocean/wave.html
建筑潮汐电站的优势

潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的， 不占用耕地，也不像河流水电站或火电站那样要 淹没或占用大量的良田；

既不像河流水电站那样受洪水和枯水季节的影响，
也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候
条件影响而又非常“干净”的发电站；

潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资也相对
较少。
浙江江厦潮汐电站
中国第一座双向潮汐电 站。位于浙江省温岭市 乐清湾北端江厦港。 1980年5月第一台机组投 产发电。
江厦潮汐电站

电站设计安装6台500千瓦双向灯泡贯流式水轮发 电机组，总装机容量3000千瓦，可昼夜发电14～ 15小时，每年可向电网提供1000多万千瓦时电能。

乐清湾最大潮差8.39米，平均潮差5.08米。江厦港 为封闭式海港，港口筑高15.5米的粘土心墙堆石 坝 ，形成一座港湾水库，总库容490万立方米，发 电有效库容270万立方米。
3.海洋温差能

温差能是以热能形态出现的海洋能，又称海洋热
能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热
器。

由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收，
使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多，其海
域的表层温度可达 25~28℃ ，波斯湾和红海由于被 炎热的陆地包围，其海面水温可达35℃。
3.海洋温差能

Heat Flux from Earth’s Core provides convective motion of magma（岩浆） that rises towards the Earth’s surface.
板块构造过程
Thinned（稀疏的）or fractured（断裂的）crust allows magma （岩浆） to rise to the surface as lava（熔岩）. Most magma doesn't reach the surface but heats large regions of underground rock.
潮汐电站的优点

①能源可靠，可以经久不息地利用； ②虽然有周期性间歇，但具有准确的规律，可用 计算机预报，有计划纳入电网运行；


③一般离用电中心近，不必远距离送电；
④无淹没损失、移民等问题； ⑤水库内可发展水产养殖、围垦和旅游综合效益。
潮汐电站的缺点


①单库潮汐电站发电有间歇性；
②这种间歇性周期变化又和日夜周期不一 致； ③单位千瓦的造价较常规水电站高。

态。如此循环不息，保持发电机运行。
温差发电的基本原理
一、认识地热能

地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于
地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的
深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把 热量从地下深处带至近表层。

通过钻井，热能可以从地下的储层引入水池、房
间、温室和发电站。
一、认识地热能

而在海洋深处 500~1000m 处海水温度却只 有3~6℃。这个垂直的温差就是一个可供利 用的巨大能源。 据估计，如果利用这一温差发电，其功率可 达2×109kw。

温差发电的基本原理：

借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层
冷水中转移，从而做功发电。 例如，使用低沸点的二氧化硫、氨或氟利昂做介 质，在表层温水热力作用下气化、沸腾，吹动透 平机发电，再利用深层冷水把工作介质凝结成液
Tidal Power Plant to produce electricity
潮汐电站一般有3种类型
单库单向型：一个水库，落潮时放水发 电； 单库双向型：一个水库，涨潮、落潮时 都能发电； 双库单向型：利用两个始终保持不同水 位的水库发电。

已建潮汐电站

1912年德国建成世界第一座实验性小型潮汐电站： 布苏姆潮汐电站。 1968年投入运行的法国朗斯河口潮汐电站安装24 台1万千瓦的水轮发电机组，年发电量约5亿千瓦 时，是截至80年代世界上最大的潮汐电站，其发 电成本与一般火电成本相当。
地热水库
雨水
When the rising hot water and steam is trapped in permeable and porous rocks under a layer of impermeable rock, it can form a geothermal reservoir.
When hot water and steam reach the surface, they can form fumaroles（喷气孔）, hot springs, mud pots（软泥坑） and other phenomena.

地热能的储量相当大。据估计，每年从地球内部 传到地面的热能相当于100PW· h。 地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。

Heat flows outward from Earth's interior. The crust insulates us from Earth's interior heat. The mantle is semi-molten, the outer core is liquid and the inner core is solid.


中国浙江江厦潮汐电站装机容量3200千瓦，居世 界第三位。
法国朗斯潮汐电站，潮差水平为10.9米。最大可达13.5米； 水库坝长350米，涨潮时水库的水面能延伸到20千米长。电 站坝内安装有直径为5.35米的可逆水轮机24台，每台功率 １万千瓦，发电量达24万千瓦，每年可供电530亿瓦／小时。

关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题 没有完全解决，电站造价亟待降低。
海洋能的利用

我建实体电站，在国际上居领先地位。 我国波力发电虽起步较晚，但发展很快。微型波 力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电技术已 进入世界先进行列。

1.潮汐能

产品除日本自用外还出口，成为仅有的少
数商品化波能装备之一。
When the air flows, turbine is turned and it would drive the generator. Electricity is produced.
Sources: /education
汐电站的技术条件。

中国是世界上建造潮汐电站最多的国家，在 50年 代至70年代先后建造了近50座潮汐电站。 全世界潮汐电站的总装机容量为265MW，中国为 5.64MW 。

海洋能的利用

但现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单 位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工 还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。

世界主要潮汐电站
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波浪发电是波浪能利用的主要方式，
波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及 制氢等。 波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的 发明专利超过千项，获得的专利证书达数百件。 波浪能利用被称为“发明家的乐园”。


60年代，日本研制成功用于航标灯浮体上 的气动式波力发电装置。此种装置已经投 入批量生产，产品额定功率从 60 瓦到 500 瓦不等。
层冷水存在温度差，因而储存着温差热能，其能量
与温差的大小和水量成正比；
问题：为什么低纬度的海面水温较高？
潮汐能与潮流能来源于月球、太阳的引力
海洋能的特点


潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能：
潮汐能是地球旋转所产生的能量，通过太阳和月亮的引力 作用而传递给海洋； 潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比； 波浪能是一种在风的作用下产生的，与波高的平方和波动
The deeper you go, the hotter it gets 。
地热的形成
喷气孔 热水器 地下水层 不渗透的冠岩或封层 无压含水层
承压含水层
不渗透的结晶岩石
结晶花岗石
地热温度的划分
•High temperature resources Greater than 180 C Intermediate temperature resources 90 to 180 C •Low temperature resources Less than 90 C

潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力
发电的原理相似。

发电原理：首先建造拦水大坝，在涨潮时将海水 贮存在水库内，以势能的形式保存，在落潮时放 出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮 机旋转，带动发电机发电。
A view of the proposed（拟建）Severn barrage（拦 河坝） . The design output is about 7,000 MW, enough electricity for 10 million people. Electricity will be generated twice a day on the ebb tide （退潮） .
第4章 新能源的开发利用
陆地表面积29％
海洋表面积71％
地球总表面积5.1×108km2
一、认识海洋能

海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括： 潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海 流能等；更广义的海洋能源还包括海洋上空的风
能、海洋表面的热能及海洋生物质能等。

全球海洋能的可再生量很大，上述五种海洋能理
论上可再生的总量为766亿千瓦。虽然海洋能的强
度较低，但在可再生能源中，海洋能仍具有可观 的能流密度。
海洋能的特点

潮汐能与潮流能来源于月球、太阳的引力，其他海 洋能均来源于太阳辐射能。 太阳到达地球的能量大部分落在海洋上空和海水中，

转化为各种形式的海洋能。

海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深

水域面积成正比；

河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海 洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透
可产生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量成正比。
二、海洋能的利用

我国海洋能开发已有近 40 年的历史，潮汐发电是 海洋能利用技术中最成熟和利用规模最大的一种。
小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮