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海洋能的資源儲量與分布

2006/6/28 14:45:35  電源在線網
  在我國大陸沿岸和海島附近蘊藏著較豐富的海洋能資源,至今卻尚未得到應有的開發。據調查統計,我國沿岸和海島附近的可開發潮汐能資源理論裝機容量達2179萬kW,理論年發電量約624億kWH,波浪能理論平均功率約1285萬kW,潮流能理論平均功率1394萬kW,這些資源的90%以上分布在常規能源嚴重缺乏的華東滬浙閩沿岸。特別浙閩沿岸在距電力負荷中心較近就有不少具有較好的自然環境條件和較大開發價值的大中型潮汐電站站址,不少已經做過大量的前期工作,已具備近期開發的條件。

一、潮汐能

  潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能,其利用原理和水力發電相似。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比;蛘哒f,與潮差的平方和水庫的面積成正比。和水力發電相比,潮汐能的能量密度很低,相當于微水頭發電的水平。世界上潮差的較大值約為13—15m,我國的最大值(杭州灣澉浦)為8.9m。一般說來,平均潮差在3m以上就有實際應用價值。

  潮汐能利用的主要方式是發電。通過貯水庫,在漲潮時將海水貯存在貯水庫內,以勢能的形式保存,然后,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。潮汐電站的功率和落差及水的流量成正比。但由于潮汐電站在發電時貯水庫的水位和海洋的水位都是變化的(海水由貯水庫流出,水位下降,同時,海洋水位也因潮汐的作用而變化)。因此,潮汐電站是在變功況下工作的,水輪發電機組和電站系統的設計要考慮變功況,低水頭、大流量以及防海水腐蝕等因素,遠比常規的水電站復雜,效率也低于常規水電站。潮汐電站按照運行方式和對設備要求的不同,可以分成單庫單向型、單庫雙向型和雙庫單向型三種。

  根據我國潮汐能資源調查統計,對可開發裝機容量大于500kW的壩址和可開發裝機容量200-1000kW的壩址共有424處港灣、河口,可開發裝機容量200kW以上的潮汐資源,總裝機容量為2179萬kW,年發電量約624億kWh。這些資源在沿海的分布是不均勻的,以福建和浙江為最多,站址分別為88處和73處,裝機容量分別是1033萬kW和891萬kW,兩省合計裝機容量占全國總量的88.3%。其次是長江口北支(屬上海和江蘇)和遼寧、廣東裝機容量分別為70.4萬kW和59.4萬kW和57.3萬kW,其它省區則較少,江蘇沿海(長江口除外)最少,裝機容量僅0.11萬kW。

  浙江、福建和長江口北支的潮汐能資源年發量為573.7億kWH,如能將其全部開發,相當每年為這一地區提供2000多萬噸標準煤。

  在我國沿海,特別是東南沿海有很多能量密度較高,平均潮差4-5米,最大潮差7-8米,且自然環境條件優越的站址。其中已做過大量調查勘測,規劃設計和可行性研究工作,具有近期開發價值和條件的中型潮汐電站站址,有福建的大官坂(1.4萬kW,0.45億kWh)、八尺門(3.3萬kW,1.8億kWh)和浙江的健跳港(1.5萬kW,0.48萬kWh)、黃墩港(5.9萬kW,1.8億kWh)已做過規劃設計,有較好的工作基礎,還需要進行前期綜合研究論證的大型潮汐電站站址的有長江口北支(70.4萬kW,22.8億kWh)、杭州灣(316萬kW,87億kWh)和樂清灣(55萬kW、23.4億kWh)等。

二、波浪能

  波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。臺風導致的巨浪,其功率密度可達每米迎波面數千千瓦,而波浪能豐富的歐洲北海地區,其年平均波浪功率也僅為20-40kW/m。中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2-7kW/m2。

  波浪發電是波浪能利用的主要方式。此外,波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用裝置大都源于幾種基本原理,即:利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運動;利用波浪壓力的變化;利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉換成水的勢能等。經過70年代對多種波能裝置進行的實驗室研究和80年代進行的實海況試驗及應用示范研究,波浪發電技術已逐步接近實用化水平,研究的重點也集中于3種被認為是有商品化價值的裝置,包括振蕩水柱式裝置、擺式裝置和聚波水庫式裝置。

  根據調查和利用波浪觀測資料計算統計,我國沿岸波浪能資源理論平均功率為1285.22萬kW,這些資源在沿岸的分布很不均勻。以臺灣省沿岸為最多,為429萬kW,占全國總量的三分之一。其次是浙江、廣東、福建和山東沿岸也較多,在160-205萬kW之間,約為706萬kW,約占全國總量的55%,其它省市沿岸則很少,僅在143-56萬kW之間。廣西沿岸最少,僅8.1萬kW。

  全國沿岸波浪能源密度(波浪在單位時間通過單位波峰的能量。單位kW/W)分布,以浙江中部、臺灣、福建省海壇島以北,渤海海峽為最高,達5.11-7.73kW/M這些海區平均波高大于1米,周期多大于5秒,是我國沿岸波浪能能流密度較高,資源蘊藏量最豐富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南部,福建南部和山東半島南岸等能源密度也較高,資源也較豐富,其它地區波浪能能流密度較低,資源蘊藏也較少。

  根據波浪能能流密度及其變化和開發利用的自然環境條件,首選浙江、福建沿岸應用為重點開發利用地區,其次是廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。也可以選擇條件較好的地區,如嵊山島、南麂島、大戢山、云澳、表角、遮浪等處,這些地區具有能量密度高、季節變化小、平均潮差小、近岸水較深、均為基巖海岸;具有岸灘較窄,坡度較大等優越條件,是波浪能源開發利用的理想地點,應做為優先開發的地區。

三、海流能

  海流能是指海水流動的動能,主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由于潮汐導致的有規律的海水流動。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言,海流能的變化要平穩且有規律得多。潮流能隨潮汐的漲落每天2次改變大小和方向。一般說來,最大流速在2m/s以上的水道,其海流能均有實際開發的價值。

  海流能的利用方式主要是發電,其原理和風力發電相似,幾乎任何一個風力發電裝置都可以改造成為海流發電裝置。但由于海水的密度約為空氣的1000倍,且裝置必須放于水下。故海流發電存在一系列的關鍵技術問題,包括安裝維護、電力輸送、防腐、海洋環境中的載荷與安全性能等。此外,海流發電裝置和風力發電裝置的固定形式和透平設計也有很大的不同。海流裝置可以安裝固定于海底,也可以安裝于浮體的底部,而浮體通過錨鏈固定于海上。海流中的透平設計也是一項關鍵技術。

  我國沿岸潮流資源根據對130個水道的計算統計,理論平均功率為13948.52萬kW。這些資源在全國沿岸的分布,以浙江為最多,有37個水道,理論平均功率為7090MW,約占全國的二分之一以上。其次是臺灣、福建、遼寧等省份的沿岸也較多,約占全國總量的42%,其它省區較少。

  根據沿海能源密度,理論蘊藏量和開發利用的環境條件等因素,舟山海域諸水道開發前景最好 ,如金塘水道(25.9kW/ m2)、龜山水道(23.9kW/ m2)、西侯門水道(19.1kW/ m2),其次是渤海海峽和福建的三都澳等,如老鐵山水道(17.4kW/ m2)、三都澳三都角(15.1kW/ m2)。以上海區均有能量密度高,理論蘊藏量大,開發條件較好的優點,應優先開發利用。

四、溫差能

  溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。海洋的表面把太陽的輻射能的大部分轉化成為熱水并儲存在海洋的上層。另一方面,接近冰點的海水大面積地在不到1000m的深度從極地緩慢地流向赤道。這樣,就在許多熱帶或亞熱帶海域終年形成20℃以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實現熱力循環并發電。

  除了發電之外,海洋溫差能利用裝置還可以同時獲得淡水、深層海水、進行空調并可以與深海采礦系統中的揚礦系統相結合。因此,基于溫差能裝置可以建立海上獨立生存空間并作為海上發電廠、海水淡化廠或海洋采礦、海上城市或海洋牧場的支持系統?傊,溫差能的開發應以綜合利用為主。

  海洋溫差能轉換主要有開式循環和閉式循環兩種方式。開式循環系統主要包括真空泵、溫水泵、冷水泵、閃蒸器、冷凝器、透平—發電機組等部分。開式循環的副產品是經冷凝器排出的淡水,這是它的有利之處。

  閉式循環系統不以海水而采用一些低沸點的物質(如丙烷、氟利昂、氨等)作為工作介質,在閉合回路內反復進行蒸發、膨脹、冷凝。因為系統使用低沸點的工作介質,蒸汽的工作壓力得到提高。閉式循環系統由于使用低沸點工質,可以大大減小裝置,特別是透平機組的尺寸。但使用低沸點工質會對環境產生污染。

  溫差能利用的最大困難是溫差太小,能量密度太低。溫差能轉換的關鍵是強化傳熱傳質技術。同時,溫差能系統的綜合利用,還是一個多學科交叉的系統工程問題。

  我國南海海域遼闊,水深大于800米的海域約140-150萬平方公里,位于北回歸線以南,太陽輻強烈,是典型的熱帶海洋。表層水溫均在25℃以上。500-800米以下的深層水溫在5℃以下,表深層水溫度在20℃-24℃,蘊藏著豐富的溫差能資源,據初步計算,南海溫差能資源理論蘊藏量約為1.19-1.33×1019千焦耳,技術上可開發利用的能量(熱效率取7%)約為8.33-9.31×1017千焦耳,實際可供利用的資源潛力(工作時間取50%,利用資源10%)裝機容量達13.21-14.76億kW。

  我國臺灣島以東海域表層水溫全年在24℃-28℃,500-800米 以下的深層水溫5℃以下,全年水溫差20℃-24℃,據臺灣電力專家估計,該區域溫差能資源蘊藏量約為2.16×1014千焦耳。

  我國溫差能資源蘊藏量大,在各類海洋能資源中占居首位,這些資源主 要分布在南海和臺灣以東海域,尤其是南海中部的西沙群島海域和臺灣以東海區,具有日照強烈,溫差大且穩定,全年可開發利用,冷水層與岸距離小,近岸海底地形陡峻等優點,開發利用條件良好,可作為我國溫差能資源開發的先期開發區。

五、鹽差能

  鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能。主要存在于河海交接處。同時,淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。通常,海水(35‰鹽度)和河水之間的化學電位差有相當于240m水頭差的能量密度。這種位差可以利用半滲透膜(水能通過,鹽不能通過)在鹽水和淡水交接處實現。利用這一水位差就可以直接由水輪發電機發電。

  鹽差能的利用主要是發電。其基本方式是將不同鹽濃度的海水之間的化學電位差能轉換成水的勢能,再利用水輪機發電,具體主要有滲透壓式、蒸汽壓式和機械—化學式等,其中滲透壓式方案最受重視。

  將一層半透膜放在不同鹽度的兩種海水之間,通過這個膜會產生一個壓力梯度,迫使水從鹽度低的一側通過膜向鹽度高的一側滲透,從而稀釋高鹽度的水,直到膜兩側水的鹽度相等為止。此壓力稱為滲透壓,它與海水的鹽濃度及溫度有關。目前提出的滲透壓式鹽差能轉換方法主要有水壓塔滲壓系統和強力滲壓系統兩種。

  我國海域遼闊,海岸線漫長,入海的江河眾多,入海的徑流量巨大,在沿岸各江河入海口附近蘊藏著豐富的鹽差能資源。據統計我國沿岸全部江河多年平均入海徑流量約為1.7-1.8×1012立方米,各主要江河的年入海徑流量約為1.5-1.6×1012立方米,據計算,我國沿岸鹽差能資源蘊藏量約為3.9×1015千焦耳,理論功率約為1.25×108kW。

  我國鹽差能資源有以下特點:

  1.地理分布不均。長江口及其以南的大江河口沿岸的資源量占全國總量的92.5%,理論總功率達1.156×108kW,其中東海沿海占69%,理論功率為0.86×108kW;

  2.沿海大城市附近資源最富集,特別是上海和廣東附近的資源量分別占全國的59.2%和20%;

  3.資源量具有明顯的季節變化和年際變化。一般汛期4-5個月的資源量占全年的60%以上,長江占70%以上,珠江占75%以上;

  4.山東半島以北的江河冬季均有1-3個月的冰封期,不利于全年開發利用。
聲明:本信息內容的真實性未經電源在線網證實,僅供參考。  來源:《中國新能源與可再生能源1999白皮書》
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