海洋能：全球储量与能源利用现状

海洋能是一种蕴藏在海洋中的重要的可再生清洁能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能，更广义的海洋能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。从成因上来看，海洋能是由于太阳能加热海水，太阳、月球对海水的引力，地球自转力等因素的影响而产生的，因而是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。开发海洋能不会产生废水、废气，也不会占用大片良田，更没有辐射污染，因此，海洋能被称为21世纪的绿色能源，被许多能源专家看好。海洋能的全球储量达1500亿kW，其中便于利用的有70亿kW。据估算，全球海洋能固有功率以温差能、盐差能以及海洋风能和太阳能最大，波浪能和潮汐能居中，海流能相对较小。1981年联合国教科文组织统计资料显示，技术上海洋能可利用功率达64亿kW，是当时全球发电装机容量的2倍。

海洋能利用的形式主要有：

1.潮汐能

因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射。海洋面积占地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分转化成各种形式的海洋能。

潮汐能的主要利用方式为发电，具体地说，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。涨潮时，海水从大海流入坝内水库，带动水轮机旋转发电；落潮时，海水流向大海，同样推动水轮机旋转而发电。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分为单库单向型、单库双向型、双库单向型三种。目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，江厦潮汐实验电站为我国最大。

我国的潮汐电站建设始于20世纪50年代中期，经过了1958年前后、20世纪70年代初期和20世纪80年代3个时期建设，至80年代初共建设有76个潮汐电站。20世纪80年代运行的潮汐电站有8个，目前还在运行的只剩下了3个，分别是：总装机容量3200kW的浙江温岭的江厦站、总装机容量150kW的浙江玉环的海山站、总装机容量640kW的山东乳山的白沙口站。

2.波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。

波浪发电的原理：利用海面波浪的垂直运动、水平运动和海浪中水的压力变化产生的能量发电。波浪能发电一般是利用波浪的推动力，使波浪能转化为推动空气流动的压力（原理与风箱相同，只是用波浪做动力，水面代替活塞），气流推动空气涡轮机叶片旋转而带动发电机发电。

中国波浪发电研究开始于1978年，经过40余年的开发研究，获得了较快的发展。我国波浪发电的相关成果有：额定功率为20kW的岸基式广州珠江口大万山岛电站、额定功率为8kW的小麦岛摆式波浪电站、额定功率为100kW的广州汕尾岸式波浪实验电站、额定功率为30kW的青岛大管岛摆式波浪实验电站。2005年1月，“十五”期间投资的广州汕尾电站成功地实现了把不稳定的波浪能转化为稳定电能。

3.海水温差能

海水温差能是指表层海水和深层海水之间水温差的热能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。温差能的主要利用方式为发电，首次提出利用海水温差发电设想的是法国物理学家阿松瓦尔。1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了10kW的功率。温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效率仅有3%左右，而且换热面积大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。

温差发电的原理：海洋温差发电主要采用开式和闭式两种循环系统。在开式循环中，表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸而产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功后流入凝汽器，由来自海洋深层的冷海水将其冷却。在闭式循环中，来自海洋表层的温海水先在热交换器内将热量传给丙烷、氨等低沸点物质，使之蒸发，产生的蒸汽推动汽轮机做功后再由冷海水冷却。

我国的浙江、福建和山东沿海是世界上潮流能资源最丰富的地区之一，其中舟山群岛一带的部分海域潮流流速在2～4m/s，其能流密度相当于20～40m/s，即9～12级以上风能的能流密度，具有非常可观的开发价值。

4.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，是以化学能形态出现的海洋能，主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。

盐差发电的原理：当两种不同盐度的海水被一层只能通过水分而不能通过盐分的半透膜相分离的时候，两边的海水就会产生一种渗透压，促使水从浓度低的一侧通过这层膜向浓度高的一侧渗透，使浓度高的一侧水位升高，直到膜两侧的含盐浓度相等。通常，海水和河水之间的化学电位差具有相当于240m高水位的落差所产生的能量，利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。盐差能发电的基本方式是，将不同盐浓度的海水之间或海水与淡水之间的化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电。(www.xing528.com)

据估计，世界各河口区的盐差能达30TW，可以利用的有2.6TW。我国的盐差能估计为1.1×108kW，主要集中在各大江河的出海处，同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。盐差能的研究以美国、以色列的研究为先，中国、瑞典和日本等也开展了一些研究。但总体上，对盐差能这种新能源的研究还处于实验阶段，离示范应用还有较长的距离。

5.海流能

海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所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。潮流能与太阳能、风能、波浪能等可再生能源相比，其规律性较强，能量稳定，易于电网的发配电管理，因此是优秀的可再生清洁能源。

潮流发电的原理：利用海洋中沿一定方向流动的潮流的动能发电，潮流发电装置的基本形式与风力发电装置类似，故又称“水下风车”。潮流能发电装置由水轮机和电机组成，水轮机有垂直翼和水平翼两种，视实际需要而定。海流流过水轮机时，在水轮机的叶片上产生环流，导致升力，因而对水轮机的轴产生扭矩，推动水轮机上的叶片转动，驱动电机发电。

全世界海流能的理论估算值约为108kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料，计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4×107kW，属于世界上功率密度最大的地区之一，其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富，不少水道的能量密度为15～30kW/m2，具有良好的开发价值。特别是浙江舟山群岛的金塘、龟山和西堠门水道，平均功率密度在20kW/m2以上，开发环境和条件很好。

6.近海风能

风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。在海洋上，风力比陆地上更加强劲，方向也更加单一。据专家估测，一台同样功率的海洋风电机在一年内的产电量，比陆地风电机高70%。

风能发电的原理：风力作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

我国近海风能资源是陆上风能资源的3倍，可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。长江到南澳岛之间的东南沿海及其岛屿是我国最大风能资源区以及风能资源丰富区。风能资源丰富地区有山东、辽东半岛、黄海之滨、南澳岛以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛。

我国是海洋大国，大陆海岸线长达1.87万km，面积500m2以上的岛屿有6961个。海岛海岸线1.4万km，海洋能资源总量可达近30亿kW，开发利用潜力极大。其中，东南沿海及海岛地区最具资源优势。

20世纪80年代初至90年代中期，海洋能开发利用研究受到众多部门、单位和专家的重视。参与海洋能开发利用研究的专业单位和电站等最多时达50个。其中波浪能最多，其次是潮汐能。全国和省级（浙、闽）的大型学术研讨和潮汐电站选址考察活动接连不断。各地新建、续建、扩建、技术改造、设备更新的潮汐电站陆续完成。至20世纪80年代中期建成并长期运行发电的潮汐电站达8座。80年代中期至90年代中期，浙、闽两省对几个大中型潮汐电站进行了考察选址、规划设计和预可行性研究。随着改革的深入，计划经济向市场经济过渡，由于海洋能技术研究未列入“七五”科技计划，加之研究经费困难等原因，80年代末参与海洋能技术研究的专业单位很快减少，至90年代中期仅剩四五个，主要开展波浪能和潮流能技术研究，温差能、盐差能研究已停滞。由于大电网向沿海农村扩展延伸，多数潮汐电站因社会作用下降、经济效益降低、设备老化等原因而停止运行发电，仍在运行发电的仅剩3座。90年代中期至21世纪初，在制订“九五”计划前，国家有关部门和专家一致认为中国潮汐能开发利用的科技水平在设计研究和机械制造等方面均已具备研建万千瓦级潮汐电站的条件。国家各有关部、委、局对海洋能开发利用的重视达到前所未有的高度，均把开发海洋能特别是中型潮汐能电站列入“九五”计划。在“九五”计划中，潮汐电力被列入工业电力项的内容，浙、闽两省有关部门积极争取国家立项，研建中型潮汐电站。

我国潮汐电站目前仅剩浙江江厦、海山和山东白沙等3座尚在运行，其中江厦潮汐试验电站最大，装机容量3200kW，全球排名第三。海流（潮流）能、温差能处于研发试验阶段；波浪能发电技术研发获得了较快发展，并在沿海航标中小规模应用；海洋太阳能利用比较薄弱，仅个别海岛采用了太阳能路灯照明装置；海洋能开发利用发展迅速，长山岛、长岛、嵊泗、岱山岛、大陈岛、平潭、东山岛、南澳岛均建有风力发电厂，但发电机组国产化率不到30%，主要依靠国外的设备和技术。

1980年5月4日，浙江省温岭的江厦潮汐电站第一台机组并网发电，揭开了中国较大规模建设潮汐电站的序幕。该电站装有6台500kW水轮发电机组，总装机容量为3000kW，拦潮坝全长670米，水库有效库容270万m3，是一座规模不小的现代潮汐电站。它不但为解决浙江的能源短缺做出了应有的贡献，而且在经济上亦有竞争能力。江厦潮汐电站的单位造价为每千瓦2500元，与小水电站的造价相当。浙江沙山的40kW小型潮汐电站，从1959年建成至今运行状况良好，投资4万元，收入已超过35万元。海山潮汐电站装机150kW，年发电量29万kW·h，收入2万元，并养殖蚶子、鱼虾等，年收入20万元。

潮汐发电有三种形式：一种是单库单向发电。它是在海湾或河口筑起堤坝、厂房和水闸，将海湾或河口与外海隔开，涨潮时开启水闸，潮水充满水库，落潮时利用库内与库外的水位差，形成强有力的水龙头冲击水轮发电机组发电。这种方式只能在落潮时发电，所以叫单库单向发电。第二种是单库双向发电，它同样只建一个水库，采取巧妙的水工设计或采用双向水轮发电机组，使电站在涨、落潮时都能发电。但这两种发电方式在平潮时都不能发电。第三种是双库单向发电。它是在具备有利条件的海湾建起两个水库，涨潮和落潮的过程中，两库水位始终保持一定的落差，水轮发电机安装在两水库之间，可以连续不断地发电。

潮汐发电有许多优点。例如，潮水来去有规律，不受汛期或枯水期的影响；以河口或海湾为天然水库，不会淹没大量土地；不污染环境；不消耗燃料；等等。但潮汐电站也有工程艰巨、造价高、海水对水下设备有腐蚀作用等缺点。综合来看，潮汐发电成本低于火电。