海洋能发电

• 目前洋流发电之技术发展乃以风能之研发结 果发电為基础，故海流涡轮机的结构与运\ 转原理与风力机类似。
• SeaGen是第一台商用涡轮式潮汐发电机， 其结构犹如海洋中的倒置风车
海流的涡轮发电机一般分成水平轴式及垂直 轴式，水平轴式与一般的风力发电机组相当类似， 而垂直轴式则主要為Darrieus型helical型叶片 涡轮机或十字型翼面涡轮机。
温差发电
海洋面积佔据了整个地球表面的70%，由於 海洋面积广泛，加上太阳光的照射海洋可 说是地球上最大的太阳能储存场；若将海 洋热能转换发电故称為温差发电，目前转 换效率约3％。
海洋温差发电原理
氨氣 溫水（蒸發液態氨）
冷水（冷凝氨氣）
液態氨
开放式温差发电
封闭式温差发电原理
一九七九年在夏威夷试验成功的第一座海洋温差发电厂。
波浪能发电方式按能量中间转换环节主要分为机 械式、气动式和液压式三大类
机械式 ：
通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转 运动的传递来驱动发电机发电的方式。
采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式 装置。随着波浪的起伏，齿条跟浮子 一起升降，驱动与之啮合的左右两只 齿轮作往复旋转。齿轮各自以棘轮机 构与轴相连。齿条上升，左齿轮驱动 其轴逆时针旋转，右齿轮则顺时针空 转。通过后面一级齿轮的传动，驱动 发电机顺时针旋转发电。机械式装置 多是早期的设计，往往结构笨重，可 靠性差，未获实用。
气动式 ：
通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再 由气轮机驱动发电机发电。 由于波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔，管内 水面可看作静止不动的水面。内水面和气轮机之间是气室。 当浮体带中心管随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸 入空气。当浮体带中心管随波浪下降时，气室容积减小， 受压空气将阀门关闭经气轮机排出，驱动冲动式气轮发电 机组发电。这是单作用的装置，只在排气过程有气流功率 输出。
盐差发电原理图
海洋能利用
海洋能(ocean energy)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、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。
海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。 海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技 术已经实用化。
海洋温差发电（ocean thermal energy conversion，OTEC）
洋流（海流）温度分布
海洋能——盐差能
• 盐差能是以化学能形态出现的海洋能。
• 地球上的水分为两大类：淡水和咸水。全世界水 的总储量为1.4X109km3，其中97.2％为分布在大 洋和浅海中的咸水。在陆地水中，2.15％为位于 两极的冰盖和高山的冰川中的储水，余下的0.65 ％才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中 含有各种矿物和大量的食盐，1km3的海水里即含 有3600万t食盐
液压式
通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压 马达或水轮机驱动发电机发电的方式。 波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕 相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压 能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的 波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。
潮汐发电就是利用涨潮与退潮高低变化来发电，与水力 发电原理类似。当涨潮时海水自外流入，推动水轮机产生 动力发电，退潮时海水退回大海，再一次推动水轮机发电。
潮汐能发电
潮汐发电型式：
①单库单向型，只能在落潮时发电。 ②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。 ③双库双向型：可连续发电，但未见实际应用。 目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法 国朗斯潮汐电站，装有24台104千瓦贯流式水轮发 电机 ，年均发电量为5.44亿度。1980年建成的江 厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目 前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量 为3200千瓦。
水平轴式涡轮发电机
海流发电设施(300kW，英国南部 Devon海域)
Darrieus型垂直轴式涡轮发电机
wenku.baidu.com
helical螺旋叶片涡轮机
由英国安装的世界首台潮汐发电机
種類
適合開發場址之潛能
潛力場址
說 明
海流 能
海流流速： 花莲、台 1.05~1.60 m/s (東部) 东外海
0.78~1.05 m/s (澎湖 澎湖水道 水道)
波浪能发电
葡萄牙的“海蛇”海浪发电站
英国海洋电力公司已研发出“海蛇”（Pelamis)波浪发电原型机
英国研制的水莽波浪发电装置
水蟒”工作原理非常简单：将“水蟒”安装 在距离海岸1.6公里-3.2公里远、36米-91米 深的水下，并系在海床上，同时使“水蟒” 的橡胶管道内充满海水。这样每当有波浪经 过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动， 橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。随着波 浪幅度的加大，脉冲也会越来越强，并汇集 在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通 过海底电缆传输出去。
当太阳、月球和地球成直角时，就产生小潮(neap tide)；当它们在一条直线上时，就产生大潮(spring tide ， 又称春潮)。海岸每个月会经历一次大潮和一次小潮。
当太阳、月球和地球在一条直线上时，就产 生大潮；当它们成直角时，就产生小潮。除 了半日周期潮和月周期潮的变化外，地球和 月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循 环，其周期可以从几天到数年。同时地表的 海水又受到地球运动离心力的作用，月球引 力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮 力。
主要特点： 可再生性 清洁能源 能量多变，不稳定性 能量巨大，颁布分散不均
一、潮汐能发电
因为太阳、月亮与地球之间的万有引力与 地球自转的运动使得海洋水位形成高低变化，这种 高低变化，称之为潮汐。 潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水 潮涨和潮落形成的水的势能。
在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面 的水位升高。由于地球的旋转，这种水位的上升以 周期为12h25min和振幅小于1m的深海波浪形式由 东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用 力小些，其周期为12h。
潮汐电站
潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海 湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发 电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮 机转动水轮发电机组发电。
最大的潮汐电站——法国朗斯电站
浙江温岭江厦潮汐电站是我国最大的潮 汐能电站。
潮汐能电 站的原理
著名潮汐发电厂
振荡水柱气动式装置工作原理。 它有两组吸气阀和两组排气阀，固定气室的内水位在波 浪激励下升降，形成排气、吸气过程。四组吸、排气阀相 应开启和关闭，使交变气流整流成单向气流通过冲动式气 轮机，驱动发电机发电。这是双作用的装置，在吸、排气 过程都有功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为 气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水 接触，提高了可靠性。气动式装置在日本益田善雄发明的 导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用。
收缩斜坡聚焦波道式装置简图。波浪 进入宽度逐渐变窄、底部逐渐抬高的收 缩波道后，波高增大，海水翻过导波壁 进入海水库，波浪能转换为海水位能， 然后用低水头水轮发电机组发电。 聚焦波道装置已在挪威奥依加登岛 250 kW波浪能发电站成功的应用。这 种装置有海水库储能，可实现较稳定和 便于调控的电能输出， 是迄今最成功 的波浪能发电装置之一。但对地形条件 依赖性强， 应用受到局限。
三、海流能
• 海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海 底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海 水流动。其中一种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距 离地流向另一个海域。 • 引起因素两种：首先海面上常年吹着方向不变的风，如赤道南侧 常年吹着不变的东南风，而其北侧则是不变的东北风。风吹动海 水，使水表面运动起来，而水的动性又将这种运动传到海水深处。 随着深度增加，海水流动速度降低；有时流动方向也会随着深度 增加而逐渐改变，甚至出现下层海水流动方向与表层海水流动方 向相反的情况。在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南 半部，占主导地位的风系造成了一个广阔的，也是按反时钟方向 旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域，风是形成海流的主要 动力。其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同，它们会影 响海水的密度。海水温度越高，含盐量越低，海水密度就越小。 这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。海水流动会 产生巨大能量。
1.东部黑潮与澎湖水道约有千 级 之发电装置容量。 2.黑潮流速稳定，有利於稳定之 发电。 3.须克服深水施工、发电与维护
海洋能——温差能
• 温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。 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℃。而在海洋深处50O～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。 在大部分热带和亚热带海区，表层水温和1000m深处的水温 相差20℃以上，这是热能转换所需的最小温差。据估计， 如果利用这一温差发电，其功率可达2TW。
潮汐发电的几最
世界最大的潮汐发电厂 法国北部LaRance河，Pe=240MW 世界最高的潮汐发电厂 加拿大Fundy高达39英尺Pe=20MW 世界首座海底潮汐发电厂 挪威北部Kvalsund Pe=300KW
加拿大安娜波利斯潮汐电站
潮汐发电厂全景
二、波浪能
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。 波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收 了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相 互作用的距离（即风区）有关。水团相对于海平面发生位移 时，使波浪具有势能，而水质点的运动，则使波浪具有动能。 贮存的能量通过摩擦和湍动而消散，其消散速度的大小取决 于波浪特征和水深。 深水海区大浪的能量消散速度很慢，从而导致了波浪系统的 复杂性，使它常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的 影响。 波浪可以用波高、波长（相邻的两个波峰间的距离） 和波周期 （相邻的两个波峰间的时间）等特征来描述。