大工14春《新能源发电》辅导资料八

新能源发电辅导资料八

主题：第五章海洋能多种发电技术（第4-7节）

学习时间：2014年5月19日—5月25日

内容：

我们这周主要学习海洋能多种发电技术（第4-7节）

一、学习要求

了解海洋能资源的形成原因和表现特征，

了解海洋能发电的各种方式和相关思路，

理解海洋能发电的特点和意义。

二、主要内容

第四节海流发电

（一）海流和海流能

海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流)。海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。

相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。洋流方向基本不变，流速也比较稳定；潮流会周期性地改变大小和方向。

海流的能量

一般说来，最大流速在2m/s 以上的水道，海流能均有实际开发价值。潮流的流速一般2～5.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如杭州湾海潮。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流和墨西哥洋流。

海流能的资源分布

海流能资源在全国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富。

根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素，浙江舟山和渤海海峡等海域条件良好。

（二）海流发电的发展状况

进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试验，相对而言走在前列。

加拿大在1980 年就提出用类似垂直轴风力机的水轮机来获取潮流能，还进行了5 kW的海流透平试验。随后英国和意大利设想的潮流发电机都采用类似的方案。

1985 年美国试验了2 kW小型的海流涡轮机发电装置。日本1988 年安装在海底的215kW海流机组，是比较成功的海流发电项目。中国是世界上潮流发电研究最早的国家。1978年，有农民企业家造了一个试验装置，得到了6.3kW 的电力输出。哈工大经过多次样机试验，2000 年建成70kW 实验电站。

海流发电有许多优点：

不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；也不像海浪发电那样，电力输出不稳。目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮汐发电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。

（三）海流发电的原理

1、轮叶式海流发电

原理和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。轮叶的转轴有与

海流平行的，也有与海流垂直的，如下图所示：

2、降落伞式海流发电

多个“降落伞”串联在环形的铰链绳上。当海流的力量会迫使“降落伞”张开或收拢。铰链绳在撑开的“降落伞”带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。

3、磁流式海流发电

带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能的利用效率很高。目前这种海流发电方式还处在原理性研究阶段。

第五节温差发电

（一）海水的温差和温差能

海水的温差

太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差异的。水平分布，一般随着纬度增加而降低。垂直分布，都是随着深度增加而降低。海水温度大体保持稳定，温度变动范围一般在-2～3℃。

海水温差能

由海洋表层海水和深层海水之间水温差形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。

全球的海洋温差能分布

据有关研究资料，位于北纬45°至南纬40°的约100 个国家和地区都可以进行海洋温差发电。

中国的海水温差能分布

我国南海的表层海水温度全年平均在25～28℃，其中有300 多万km2海区，上下温度差为20℃左右，是海水温差发电的好地方。

（二）温差发电的原理

海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的温度差来发电。

通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换（OTEC）的热动力发电技术，工作方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环三种。

最近，也有研究者提出根据温差效应利用海水温差直接发电的设想。

1、开式循环系统

工作原理

先用真空泵将循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后，被冷水泵抽上来的深海冷水冷却，凝结成淡化水后排出。冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为开式循环。

开式循环的优点

在发电的同时，还可以获得很多有用的副产品。

－温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水，可用来提炼化工产品；

－可以得到大量淡水。

开式循环的不足

①低温低压下海水的蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压下运转，机组必须造得十分庞大。

②开式循环的热效率很低，为减少损耗，不得不把各种装置和管道设计得很大。

③需要耗用巨量的温海水和冷海水，耗能严重，发电量的1/4～1/3 消耗于系统本身。

④在海洋深处提取大量的冷海水，存在许多技术困难。

2、闭式循环系统

闭式循环系统用低沸点液体（如液态氨）作为工作介质，所产生的蒸气作为工作流体。

氨水的沸点33℃，明显低于水，更容易沸腾。

闭式循环系统的特点

缺点：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵。

优点：蒸汽压力提高数倍，发电装置体积变小，而发电量可达到工业规模。

闭式循环系统一提出，就得到广泛的赞同和重视，成为目前海水温差发电的主要形式。

3、混合循环系统

混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新鲜淡水，又可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。下图为混合循环海水温差发电系统。