海洋能源的利用与开发

上海电力 2009年第1期 海洋能源的利用与开发 Sonal Patel 摘 要 ：海洋蕴藏着 巨大 的能量 ，海洋 能源不仅清 洁环保 ，而且是一种取之不竭的可再生清洁能源 。文章介绍 了多种海洋再生能源 的前沿技术及其应用情况 ，并分析 了海洋能发展的现状 以及对环境影响的主要 因素 。 关键词 ：海洋再生能源 ；波 浪能 ；潮汐能 ；潮流能 ；海水温差能 ；海水盐差能 中图分 类号 ：P743 文献标识码 ：B 随着人们 日益关注环境、经济以及依赖化石 能源引发的成本 问题 ，开发利用可再生能源 已逐 渐成为当前行业 的发展趋势。在取得推广应用风 能发电和太 阳能发 电圆满成 功后 ，如何从覆盖地 球面积 7O 9／6以上的海洋 中获取再生能源 ，成 了能 源行业关注的焦点 。目前 ，世界各大新能源开发 商正在就此进行着积极 的探索，并已经取得 了初 步的成果 。 l 海洋再生能源发展概况 海洋中的可再生 自然能源主要包括波浪能、 潮汐能、潮流能(海流能)、海水温差能和海水盐差 能。据测算 ，海洋能 的蕴藏总量高达 4 000 TW， 开发潜力巨大。 海洋能源不仅清洁环保、可再生，更重要的是 海洋能中的波浪能、潮汐能和潮流能还具有风能 和太阳能无法 比拟 的优势，即可预测性 。由月球 引力变化造成的潮汐可 以提前好几年进行预报 ； 而洋流图则可以通过卫星进行绘制 。可预测性有 助于防范大规模 的停 电事故的发生 。此外 ，无论 是海上涡轮机或是浸没式零排放涡轮机 ，因其处 于人们看不到的地方而不具有视觉污染 。 事实 上，试 图利 用海 洋能发 电 的想法 早在 100年前便有之 ，因当时技术和资金等问题 ，其开 发进程十分缓慢 。例如 ：在 1912年 ，德 国在北海 海岸建造 了世界上第一座潮汐电站——布苏姆潮 汐电站。 以加拿大的芬迪湾建造潮汐电站为例，其建 设规划可追溯到 1925年。当时缅因州同意投资 1亿 美元在该 州帕萨 马科迪湾 (Passamaquoddy Bay)建立潮汐电站 ；1935年罗斯福总统也对该项 目表示支持并拨款1 000万美元，但是该项 目最终 未能实现。同时期的英国布里斯托尔海峡潮汐 电 一 32 一 站 ，因不具 有经济、可行性而被否 决。直到 1984年 4月 ，总装机容量为 19．9 MW，采用新型 全贯流式水轮发电机组的加拿大安纳波利斯潮汐 电站正式投入运营 ，才标志着芬迪湾潮汐电站项 目的最终实现 。 加拿大安纳波利斯潮汐电站是 目前北美唯一 运营的商业用潮汐电站 ，也是世界上著名 的 3座 商业运营的潮汐电站之一 。装有 1台 20 Mw 单 向水轮机组 ，转轮直径为 7．6 ITI，发 电机转子设在 水轮机 叶片外缘 ，采用新型密封技术，冷却快 ，效 率高。 1966年 8月投产 的法 国朗斯河 口潮汐电站 ， 采用 24台可逆贯流灯泡式水轮发电机 ，双向泄水 和双向抽水 6种 工况运 行。总装 机容量 为 240 MW，转轮直径为 5．35 in，单机容量为 10 MW，年 发 电量为 5．44亿 kW ·h。而前 苏联 于 1968年 在基斯洛亚海湾建成总装机容量为 800 kW 的潮 汐 电站 ，装有 2台 400 kw 单向贯流式机组 ，采用 浮动沉箱法 ，节省 了大量工程 费用。上述 3 座潮汐电站均采用拦河坝技术。 进入 21世纪 ，世界各国对海洋能源的开发速 度明显加 快。2006年 ，美 国电力研究 院 (EPRI) 在北美范围内开展 了调查研究 ，并 为开发商业规 模的海洋能电站提供 了候选地点 ，其 中包括 Pas— samaquoddy Bay的鹿岛和加拿大诺瓦 ·斯科舍 省的米纳斯湾(Minas Basin)。该项研究成果直 接推动了新不利瑞克省和诺瓦 ·斯科舍省进行新 电站的选址进程，已有 3家公司明确表示，将在芬 迪湾测试他们的技术成果。诺瓦 ·斯科舍省电力 公司则宣布，若 Open—Hydro公 司在 Minas海峡 的潮汐能发 电试验项 目获得成功，打算沿 Minas 海峡开发大规模的潮汐发电站。 尽管 目前海洋能的开发与利用还存在诸多技 2009年第1期 上海 电力 术难题且对环境 的影响 尚不确定 ，但是 研究 和开 发海洋能源已成为新能源发展的大趋势 。各大新 能源开发机构正在大力开发如何从广袤的海洋中 获取 电能为人类造福。 2 海洋能前沿技术 2．1 波浪能 地球表面的热差异形成 了风 ，当风掠过海面 便产生了波浪 。波浪能具有能量密度高 、分布面 广等特 点，是一种取 之不竭的可再生清 洁能源。 其发电过程是通过波浪能装置 ，将波浪能首先转 换为液压能 ，然后再转换成 电能。这一技术兴起 于 20世纪 80年代初 。 根据国际能源署的预测 ，估计全世界可开发 利用的波浪能达 2．5 TW，可 以满足全球年用 电 量 15 000 Tw ·h中的 1O ～50 ，潜力巨大。 目前 已开发 的将波浪能转化为 电能 的技术 ， 主要有以下几方面。 (1)Pelamis装 置 漂浮在海上呈蛇形 的 Pelamis发 电装置 ，酷 似一条海蛇 ，参见图 1。 图 1 漂浮在海 面的 Pelamis发电装置 其工作原理是将金属海蛇的嘴垂直于海浪方 向，其关节依靠海浪推动相互铰接的金属圆筒，像 海蛇一样随着海浪上下起伏 ；铰接处 的上下运动 与侧向运动 的势能将推动金属圆筒内的液压活塞 作往复运动，从而使高压油驱动发电机发 电，参见 图 2。 该技术 已从 最初 的实验 模型发 展成商用 产 品。位于葡萄牙海岸 5 000 m的海面上，在世界 首家 Aquacadora波浪能 电站里，Enersis公 司部 署 了 3组 Pelamis装置。由长 109．7 m，直径超过 3．01 m 的 Pelamis波浪能发电机来产生 2．5 Mw 电能，满足 1 500个家庭的用电需求。Enersis有 意再部署一组装机容量为 20 Mw 的 Pelamis装 图 2 Pelamis发 电 装 置 的 电 力 驱 动 邵 件 置，以扩大波浪发电项目，还打算在苏格兰 Orca— dian波浪能电站推广使用该技术 。 (2)浮筒技术 浮筒技术是指将由浮筒组件构成 的浮筒长阵 固定在离岸几英里的大海中，那里波涛汹涌，能量 充沛。各家新能源公司在传统技术基础上设计、 开发的浮筒技术各不相同。 加拿大菲那维拉再生能源公司设计了水上浮 筒 AquaBuOY，其发电原理是通过二级软管泵加 压海水 、进而驱动涡轮发电机发电，所发之电经水 下电缆传输 回陆地 。目前 ，菲那维拉再生能源公 司正在葡萄牙菲盖 拉达福什 (Fiqueria de Foz)， 对一 台采用 AquaBuoY技术 的 2 MW 级商用发 电设备进行第一阶段的测试 。如果该项试验能够 获得成功 ，则再 建一 座 100 Mw 级 的波 浪能 电 站。 苏格兰 AWS海洋能源公司则开发 出固定在 水下的浮筒发 电系统 ，参见 图 3。该发 电系统利 用阿基米德波动原理 ，被称作阿基米德波动技术 。 当波浪涌动时 ，浮筒 内的加压汽缸会 引起 浮 子震荡，震幅的大小取决于汽缸在水体不同深度 所承受的压力。阿基米德波动装置于 2004年获 得试验成功。苏格兰政府已经拨款 200万英镑给 AWS海洋能源公司 ，以支持其对该技术 的开发 ， 并逐步将该技术推广到商业运营之 中。 Ocean Navitas公司开发的 Aegir Dynamo技 术 ，是直接将波浪能转化为 电能 。Ocean Navitas 公 司已经在 苏格兰奥 克尼郡 (Orkneys)，对一 台 采用该技术的 1 MW ·h浮筒发电项 目进行了测 试 ，并打算在威尔士海岸部署一个由 5个 浮筒组 成的浮筒阵。 由美 国研 发的 Power Take Off(PTO)可 以 捕捉 到波浪能 ，并 将其转化成 电能后加 以储存。 一 33 — 上海电力 2009年第1期 图 3 阿基米德 波动装置 Iberdrola再 生能 源 公 司 正 在对该项技术进行 测试 ，估 计一个由 10个 PTO浮筒组 成的浮筒阵 ，可 以发 电 1．24 MW 。 (3)防波堤及岸边技术 作为 Voith西 门子水力 公司旗下的 Wavegen公司将 波浪能发电技术融入到位于 防波堤和沿海防护设施上的 电站建 设 中，利用 海浪 的落 差效应 ，开发 了基于振荡 水 柱 原 理 (Oscillating Water Column，OWC)的防波堤涡轮 机 。每台涡轮机的输 出功率 在 2O～100 kW 之 间。其 工 作原理是 ：当海水涌 向岸 边 时，由波浪 引起 固定在 岸边 的部分浸没、底部开口的中空舱室内的表面水体发 生振荡 ，这种振荡不断地对舱室上方的空气柱进行 加压与减压，由此造成 的压力差去驱动涡轮发 电 机 ，把动能转化成电能，参见图 4。 图 4 防 坡 堤涡 轮 发 电腺 理 目前 ，西班牙大西洋沿岸 的 Mutriku正在建 设世界首座防波堤 电站。Wavegen公 司还开发 出岸式海洋 能源转化设备 (LIMPET)，其工作原 理同样是基于振荡水柱原理。能源转化器将能量 输送给一对 对涡轮机 ，每台涡轮机驱动一 台 250 kw 发 电机。LIMPET原型 Limper一500安装在 苏格兰艾莱 岛的实验电厂，正在进行完善化测试 ， 目前运转 良好 。一旦试验获得成功 ，LIMPET技 术则将会被一系列的商业发电机应用。 (4)漂浮平台技术 Wave Dragon是一座装有动力涡轮机的大型 漂浮平 台，其发 电量与低水头水力发 电站相 当。 漂浮平台将其收集能量的触手伸向迎面涌来的波 一 34 一 浪 ，将波浪汇集 到 wave Dragon前部 的坡道上 ， 由此增大波浪在坡道上的浪高 ，有助于海水越过 坡道后进入其后的水库 。水流驱动 Wave Dragon 底部的涡轮机 ，以此来进行发 电。2007年一座 7 Mw 级 Wave Dragon在英 国西南威尔士的 Pem— brokeshire投入试验 ，并将在 2008年正式投入使 用 。 2．2 潮汐能 潮汐能是以势能形态出现 的海洋能，是指海 水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。潮汐与波 浪存在诸多差别 。波浪运动只涉及 表层海水 ，而 潮汐运动则是整个水体都参与其 中；波浪充 当了 能量的载体 ，而潮汐只是单纯的水体运动。此外， 潮汐能的利用开发对地理环境 的要求比波浪能高 得多。 虽然世界上只有少数港 口具备开发潮汐能的 理想条件 ，但对于潮汐能发电设备 的研究已经十 分广泛。尤其是英国，在潮汐能开发领域方面处 于世界领先的水平 。最近，英国可持续发展委员 会(SDE)的报告指出 ，综合英 国的地理因素 ，潮汐 发电有望满足英 国 1O 的能源需求 。这一报告 将进一步促进英国的潮汐能开发进程 。 目前将潮汐能转化为电能的技术主要有 以下 几方面 ： (1)拦 河坝 系统 拦河坝系统是指在跨海大坝中安装 门控水闸 和低水头水轮发电机，利用水坝两侧的水位差进行 发电，这是一种传统的潮汐能发电方式。该技术在 芬迪湾的安纳波利斯电站和法 国朗斯电站的应用 取得了成功。荷兰乌德勒支大学的研究者认为，除 去成本问题和环境影 响外 ，拦河坝系统具有可行 性 ，并提 出若 在红 海 的 Bab al Manab海 峡建 造 32．18 km长的拦河坝 ，那么发电量可达 50 GW。 英 国政府正在考虑在英格兰和威尔士之间的 Serevn河 口建造 16．09 km 长的拦河坝 。这项 由 SDE提出的方案如果一旦被采纳，建成后年发电 量将达到 8．6 GW，可满足英国能源需求 的 5 。 英国政府已拨款 1 400万英镑(约合 2 800万美 元)进行了可行性研究，预计该项 目将于 2010年 初完成。 加拿大 Blue国际能源公 司正在对芬迪湾 的 安纳波利斯 电站进行技术改进 ，以期获取更多 的 能量 。为此，他们提 出了“潮汐篱笆”概念 。所谓 2009年第1期 上海 电力 “潮汐篱笆”就是指采用一些水平配置的独立竖轴 涡轮机组在海上排列后 ，使得潮汐两面的能量 皆 可获取。该公司生产的 6组原型组件正在接受加 拿大国家研究委员会的评估 。 (2)潮流 涡轮机 潮流涡轮机是大型的独立涡轮机，其工作原 理与风 电涡轮机类似 ，但 由于海水 密度是空气密 度的 850倍 ，因此潮流涡轮机要承受的能量密度 比风电涡轮机高得多。 2008年 4月 ，在 北 爱 尔 兰 的 Strangford Laugh安装了世界首台投入商业运营的潮流涡轮 机 。该涡轮机 长 约 37．2 in，装 机 容量 高达 1．2 Mw，外 观 上 就 像 是 倒 立 的 风 电 机 ，被 称 为 Seagen。爱尔兰 国家 电力公 司旗 下的 ESB独 立 能源公司将负责售 电，它是第一批 向公众提供潮 汐发电的公用事业企业。 (3)深 海潮 汐发 电 深海潮汐发电技术是指在深海部署涡轮机 ， 以期从快速 流动的深海潮 流 中获取 能量。英 国 Lunar能源公 司规划建造两座 深海 潮汐发 电场 。 一 座位于英 国南威尔 士 Pembrekeshire的海底 ， 由 8台水 下 涡轮 机 组 成。另 一 座 则 将 与韩 国 Midland电力公 司合作建造 ，在韩 国沿海 Wando Hoenggen水域部署 Rotech一300涡轮机。该项 目 规模巨大，计划投资 1O亿美元。 Lunar能源公 司使用 的是 Rotech潮 汐发 电 用涡轮机 ，每台涡轮机高达 18．29 1TI，叶轮直径为 11．5 in；管道直径为 15 ITI，长 19．2 1TI。整 台涡轮 机置于重达 2 500 t的基 座 中，该基座装有 涡轮 机、发电机 、电动机和电力设备 ，参见图 5。 Lunar能源公司的深海潮汐发 电场项 目中已 经包含了资源研究和可行性研究 。如果试验获得 成功 ，这座 深海潮汐发 电场将在 2015年投 入运 营。 2．3 潮流能 潮流能是指海水流动的动能，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 。在诸如风力 、温差、盐差和 地转 自转偏向力等 因素 的影响下 ，海洋水体处于 日以继夜的运动 中。在风能和太 阳能的作用 下， 从海洋表面到其以下的 396．24 m区间，会产生 表面洋流，约占海水总量的十分之一。 美国矿产管理协会研究表明，某些海域的密 图 5 Rotech涡 轮 机 度高达 1．5 kw 每平方力 ，那里蕴藏着大约 5 000 GW 的能量。其 中，湾流所携 的能 量十分惊 人。 据估计，湾流能量的千分之一便是尼亚加拉瀑布 总能量的 21 000倍 ，是世 界淡水河 总能量 的 50 倍 。只要获取这千分之一 的能量 ，就能满足佛罗 里达州 35 的用电需求。 与其他海洋能发 电技术相 比，利用潮流能发 电的技术研究 目前仍处于初级 阶段 ，包括 Ham— merfest Strom公司的浸没式风型涡 轮机在 内的 一 些模型和示范装置还在开发中。潮流能发电技 术的应用虽潜力巨大 ，但也存在着不少问题 ，既涉 及复杂 、昂贵 的维护工程 ，也可能对脆弱的海洋生 态系统会造成潜在破坏。 独立 的中心开放式涡轮机，包含内外两个 圆 盘 ，外盘固定 ，内盘旋转。该涡轮机不仅适用于潮 汐流发电，也适用 于潮 流能发电。Gulfstream 能 源公司开发的涡轮机设计安装在距佛罗里达州海 岸大约 8 km处 、距海面 6O．96 m 的海底 ，那里平 均洋流速度保持在 5．59 km／h左右 ，所安装的涡 轮机可发电 2．5 MW。 由 0penHydro公 司开发 的中心 开放式 涡轮 机 ，在潮汐能发电的应用上取得 了良好的效果 ，因 此公司将参 与在芬迪 湾进行 的试验项 目。Open— Hydro公司的中心开放式涡轮机含有一个 自容式 轮转轴和一个固体的永磁发电机，而涡轮机则被 包裹在一个外轮框 中，参见图 6。 2．4 海水盐差能 盐差能是指海水 和淡水之间或两种含盐浓度 不 同的海水之间的化学 电位差能。盐差能发电是 一 35 — 上海 电力 2009年第1期 图 6 中心 升 放 式 祸 轮 机 利用两种含盐浓度不 同的海水化学 电位差能，将 其转换为有效电能。 据估计 ，全世界因海水和淡水 的盐差(或盐度 区分)形成的能量高达 35亿 kw ，可利用的有 2．6 Tw。它利用压力延迟渗透 (PRO)发 电，压力延 迟渗透是指用半透膜将海水 与淡水隔开，然后在 半透 膜一侧 用水 泵抽取海 水 ，使其 渗透压达 到 60％～85 。淡水在渗透压的作用下扩散到半透 膜的另一边稀释海水 ，在稀释海水的同时增大 了 海水量 ，从而升高了盛有海水容器的内部压力 ，进 而驱动涡轮发 电机发 电。PRO被认 为是逆渗透 过程，其实质是从淡水的流动中获取能量 ，该技术 一 般应用于海水淡化和水处理 。 通过与挪威科技大学近 10年的合作研发 ，挪 威 电力公司 Statkraft取得了十分可观的成果 ，他 们 已经开发出一种高效透膜 。2007年 ，Statkraft 公司开始建设世 界首座渗透型海水盐差能 电站， 位于奥斯陆 陆菲尤尔 的托夫特 (Torte)，预计于 2008年底完工 ，届时该电厂可发电 2～4 kW。 2．5 海水温差能 海水温差能也被称做海洋热能 ，是 因深部海 水与表面海水的温差而产生的能量 。全世界海洋 蕴藏的海水温差能量大约能够发电600亿 kW。 海洋可 以吸收并贮存大量的太 阳能 。美国国 家可再 生能 源实 验室 的研究 表 明，59．57×10 km。的热带海 洋 ，可 以吸 收 的太 阳辐射 相 当于 2 500亿桶原油产生的热能，其能量的十分之一便 是全美一天用电需求的 2O倍。这种将太阳辐射 热能转换成 电能 的技术 ，可称之为海洋温差发 电 (Ocean Thermal Energy Conversion，OTEC)。 一 36 一 它是利用表面海水与深海海水之间的温差来驱动 发电设备 发 电，这种温差 在 20℃左 右或者更 高 些 。 除了产生清洁的可再生能源，通过 OTEC循 环还能得到多种有用 的副产品 ，其 中包括从深水 中萃取出的锂、铀 ，以及通过电解处理得到淡水和 氢。尽管 OTEC技术的优点众多，但由于高昂的 运营成本 ，OTEC的发展较为缓慢 。这项技术最 早在 1881年由一个法国物理学家提 出。自 1930 年世界开发了首 台实验性 22 kW 级低压涡轮机 后 ，几个 OTEC原型机的测试项 目始终处于断断 续续的状态 。目前 OTEC循环技术可分为封 闭 式、开放式和混合式 。 (1)闭式循 环 OTEC 在闭式循环 OTEC中，温暖 的洋面海水将用 来蒸发一种低沸点的传热流体介质，如氨、丁烷、 氟氯烷等，该流体进入蒸发器被蒸发后 ，在涡轮机 内绝热膨胀 ，进而驱动涡轮发 电机。发电后的传 热流体流人冷凝器 ，通过水泵抽取深层海水进行 降温冷凝 。该传热流体在封闭循环中不断循环。 (2)开 式循环 OTEC 在开式循环 OTEC中，由温海水直接充 当传 热液体介质 ，传热流体被导入真空下的蒸发器，使 其快速蒸发成高压蒸气 。高压蒸气经绝热膨胀后 进而驱动低压涡轮机 。之后 ，低温海水将 蒸气冷 凝 。如果 将 水 与 蒸 气 分 离 ，则 可 以 得 到 副 产 品——淡化海水。 (3)混合 式循 环 OTEC 混合式循环 OTEC兼有开式循环和 闭式循 环的特点。 2002年，印度一家研究机构曾与 日本 的 Xe— nesys株式会社 和佐 贺大学合作 ，试图测试上述 技术 的可行性。当时 ，他们在一艘轮船上安装了 一 台 1 Mw 级的 oTEC发电机 ，但最终 由于深海 冷水管出现问题 ，未能取得测试成功 。 然而 ，各 国的能源开 发机构并未 就此放弃 。 据印度网站报道，印度政府计划在全国建造1 000 座 OTEC 电厂，每 座 电厂设 计 发 电容 量 为 50 Mw。帕劳共和国则决定建造一座 3 Mw 级的 OTEC电厂 ，试图在 10年内改变该国依靠柴油发 电的现状。 2007年 11月，日本 Xenesy株式会社设立了 专门的OTEC技术研发中心。Xenesys株式会社 2009年第1期 上海 电力 表示已经有超过 50个 国家 的科研机构表达 了合 作的意愿 ，这些国家包括韩国、菲律宾、印尼 、斯里 兰卡、马尔代夫、库克群岛以及美 国。 美国海洋与太 阳能源公 司(SSP)目前 正在就 朗肯循环混合 OTEC发 电厂 的关键 技术进行研 发。早在 1965年，现任 SSP主席詹姆斯 ·H ·安 德森的父亲就对利用海洋温差能发电的技术及经 济可行性发表过文章，当时他估计建造一座配备 齐全的漂浮式 2O Mw 级海洋温差能发 电厂需要 耗费 554万美 元。而在今 天，一座小规模 商业用 的 20 MW 级漂浮式 OTEC发电厂的建设费用在 1．2～1．8亿美金之间 ，建设工期最短为 39个月 。 因此，虽然现任 SSP主席詹姆斯表示朗肯循环混 合 OTEC发电厂潜力巨大，但由于高昂的造价， 政府可能对此并没有太大 的兴趣 ，这也成为该技 术发展面临的主要问题 。 2．6 能源岛 能源岛是指一系列的漂浮式海上平 台。每一 座能源岛都安装有波浪能发电设备 、风电机 、太阳 能聚热板 ，甚至还包 括一 座小型 的 OTEC发 电 厂。这些设备将最大程度地获取再生能源。在一 定的条件下，一座能源岛可发电 250 Mw 。 这一有关能源岛的想法是由建筑师米 氏父子 在一次 解决 全球 变暖 问题 的 比赛 Virgin Earth Challenge中提出的。这个 似乎异想天开的提议 正在得到越来越 多的重视 。去年荷 兰 KEMA 电 力公司和民用工程局 Lievence宣布 ，他们 已经就 能源岛是否可以在荷兰海域大规模储存 电力 的技 术和经济可行性展开了研究 。他们建造 了一个长 9．98 km、宽 5．95 km 的实验能源岛，其 中包含一 个泄湖或是抽水蓄能(PES)装置，参见图 7。 图 7 长 10 km，宽 6 km的实验能源岛 能源岛颠倒了传统 PES的抽水蓄能工作方 式。当电力供给大于电力需求时，海水将从水面 低于海平面 32～39．62 rn堤坝 围住 的泄湖 中泵 出抽回大海 。相反 ，如果 电力供给小于 电力需 求 时 ，则将海水再次引人泄湖，利用内外水位差驱动 发电机。面积为 62．16 km。的能源岛预计可储存 2O GW ·h的电力 ，足够以平均1 500 wM的电能 向陆上的电网至少供 电 12 h。这样一 座能源 岛 的造价高达 49亿美元，建设工期为 6年。目前， 已经有一些建筑公 司表达 了设计 、建设能源岛的 兴趣。 3 研发动力 海洋能发电成本是传统发电方式的 1o倍，且 技术风险较大，但无论是风险投资机构还是政府 部门都对其给予很大的支持。风险投资家和一些 私人投资机构向海洋能开发项目投资金额正在不 断增长，相应的，政府也对海洋能源的开发给予财 力资助 。英 国政府及相关公共事业部 门已经向欧 洲海洋能源中心投资了大约 1 500万英镑(约合 2 900万美金)。该 中心致力海洋再生能源技 术的 研究 ，从最初的原型设计到最终投入商业运营整 个过程。欧盟则 资助 了设于葡 萄牙 的波浪能 中 心 ，该 中心将为波浪能领域 内的公司提供 战略及 技术支持 。预计到 2020年 ，海洋能源有望占欧盟 所有再生能源的 2O ，而风能占 4O 。 相比之下 ，美 国在海洋能源开发领域相对滞 后。联邦政府授权开展的海洋能项 目极少，且投 入的资金也不多。美 国联邦能源监管委员会仅批 准了加 拿大 Finerva再生 能源 公 司在华 盛顿 州 Makah湾开展波浪发 电实验项 目。截止 2008年 5月，美国联邦能源监管委员也只发出了 4张初 步许可证，其中包括 2张太平洋天然气和电力公 司在加州沿海开展 的波浪能项 目。在资金投入方 面，美 国 2009年水利项 目预算 只有 300万美元 ， 比 2008年的 990万美元下降了 7O 。 4 结语 英国 Carbon Trust研究 中心对波浪 能和潮 汐能的成本竞争力和潜在成长性的研究报告指 出：只有当发电规模达到数兆瓦级，海洋能的发电 成本才会与其他形式下的发电成本相当。目前对 于海洋再生能源而言 ，最 大的挑战是如何解决其 居高不下的成本问题。 采取以下方法可能有助于降低成本：比如改 一 37 — 上海 电力 2009年第1期 海洋温差发电技术 杨鹏程，章学来，王文国，施敏敏 (上海海事大学 蓄冷技术研究所 ，上海 200135) 摘 要：海洋是世界上最大的太阳能采集器，海洋温差能转换被国际社会公认为最具开发利用价值和潜力的 海洋能源 。文章介绍 了一种新型 的混合式海洋温差发 电系统 ，可充分利用我国的海洋资源 ，具有效率高 、寿命 长、无污染、清洁高效等特点，应用前景广阔。 关键词：海洋能；混合式；海洋温差发电系统 中图分类号 ：P743 文献标 识码 ：B 1 2JI言 的潜力和广阔的应用前景。 海洋是世界上最大 的太 阳能采集器 ，它 吸收 的太 阳能达到 37万亿 kW，大约是 目前人类电力 消耗总功率的 4 000倍_1]，仅可开发利用部分也 已远远超出全球 总能耗。潮汐能、波浪能和海洋 温差发电是 目前海洋能开发利用 的主要形式，其 中温差能储量最大。如何抽取及转换其中的部分 能源成为电力 ，海洋温差发 电是人类梦寐 以求的 选择 ，全世界海洋温差 能的理论估计储量为 100 亿 kW。据计算，从南纬 2O℃到北纬 2O℃之间 的海洋洋面，只要将其中一半用来发电，海水水温 平均下降 1℃ ，就能获得 600亿 kW 的电能 ，相当 于目前全世界所产生的全部 电能L2]。因此 ，海 洋 温差能转换被国际社会公认为最具开发利用价值 和潜力的海洋能源。 利用海洋温差发电的概念于 1881年提出，直 到 1979年在美国夏威夷建成世界上第一座海洋 温差发电站后，各国才 开始重视这一新方法 。我 国拥有辽阔的海域，温差能按海水垂直温差大 于 18℃的区域估计 ，可开发的面积约 3 000 km。，可 利用的热能资源量达 1．5亿 kW，主要分布在南 海中部海域。我国的海洋温差发电事业具有巨大 2 海洋温差发电技术 海洋温差发电系利用海水的浅层与深层的温 差及其温、冷不同热源 ，经过热交换器及涡轮机来 发电。现有海洋温差发电系统 中，热能 的来源即 是海洋表面的温海水 ，发电的方法基本上有两种 ： 一 种是利用温海水 ，将封闭的循环系统 中的低沸 点工作流体蒸发；另一种则是温海水本身在真空 室内沸腾 。两种方法均产生蒸气 ，由蒸气再去推 动涡轮机 ，即可发电。发电后的蒸气，可用温度很 低的冷海水冷却 ，将之变回流体 ，构成一个循环。 冷海水一般要从海平面以下 600～1 000 1TI的深 部抽取。一般温海水与冷海水 的温差在 20℃以 上，即可产生净 电力[3]。 从深海抽 取的冷海水 ，不但温度低 (一般 为 4、5 oC)，无菌且富有养分 ，有多种用途 ，如产制淡 水、冷冻、空调、养殖、制药等，可提高海洋温差发 电以外 的经济价值 ，这方 面的应用称为深海水利 用 (DOWA)。 3 海洋温差发电系统分 ] 3．1 封闭式系统 进设计理念、优化细节设计、扩大规模经济， 过去在建设安装运行以及维护方面的经验和教训 等等。 此外，海洋再生能源的开发也受到其他诸多 因素的影响，其中包括国家战略安全考虑、对海洋 能技术的投资力度 、技术风险、环境保护及监管问 题等。 一 38 一 摘译《PowerbA new wave：ocean power．Vo1．152．No．5． M ay 2008． 徐慧超 译，杜建军 校 收稿 日期：2009—02—06 译者简介：徐慧超(1987一)，女，上海人，上海外国语大学在 读 。 (责任 编辑 ：杜建军)