海洋能多种发电技术分解教程文件.ppt

新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电海洋能多种发电技术分解1、什么是海洋：、什么是海洋：地球上广大而连续的地球上广大而连续的咸水水体咸水水体的总称，的总称，是相互连通的。是相互连通的。2、海和洋的区别：、海和洋的区别：远离陆地的水体远离陆地的水体部分为部分为洋洋，靠近大陆的靠近大陆的水体水体部分为部分为海海。洋是海洋的。洋是海洋的主体主体部分，占海洋总面积的部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的。海是海洋的边缘边缘部分。部分。5.1 海洋的概念海洋的概念3、海洋的水底地形像个、海洋的水底地形像个大水盆大水盆海底地形可以分为明显的五个部分：大陆架：在靠近大陆的浅海部分，其深度一般不超过200米；大陆架外缘有一巨大的陡坡，叫做大陆坡，水深从几百米陡增到几千米，大陆坡以外是大洋底部。其中深陷的部分，我们称为海沟；隆起延伸很长的部分，称为海岭，分布面积广大的平坦部分，则为洋盆。4、地球表面的总面积约、地球表面的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占亿平方公里，其中海洋的面积占71%，汇集了地球，汇集了地球97%的水量。的水量。趣闻：趣闻：假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？全球水量是陆地体积的全球水量是陆地体积的1414倍，如果地球是平整的，将会被倍，如果地球是平整的，将会被24002400米深海水覆盖米深海水覆盖5、海洋能源（简称海洋能）、海洋能源（简称海洋能）（1）定义：海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。（2）形式：）形式：潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等五种等五种除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于外，其他几种都来源于太阳辐射。太阳辐射。（3）分类：海洋能源又可分三类）分类：海洋能源又可分三类机械能机械能：潮汐能、波浪能、海流能：潮汐能、波浪能、海流能热能：热能：海水温差能海水温差能化学能：化学能：海水盐差能海水盐差能海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田蓝色油田”。据估计，海洋能可再生总量为据估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦亿千瓦。其中其中温差能温差能为为400 亿亿千瓦，千瓦，盐差能盐差能为为300 亿亿千瓦，千瓦，潮汐能潮汐能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能为为 30 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能为为 6 亿亿千瓦。千瓦。不是全能利用。估计不是全能利用。估计技术上允许利用的技术上允许利用的约约64 亿千瓦亿千瓦，其中，其中，温差能温差能20 亿亿千瓦，千瓦，盐差能盐差能30 亿亿千瓦，千瓦，潮汐能潮汐能1 亿亿千瓦，千瓦，波浪能波浪能10 亿亿千瓦，千瓦，海流能海流能3 亿亿千瓦。千瓦。5.2 海洋能资源海洋能资源1 1、世界海洋能资源世界海洋能资源2 2 2 2、我国海洋能资源我国海洋能资源我国海洋能资源我国海洋能资源：资源丰富，东海沿岸，：资源丰富，东海沿岸，：资源丰富，东海沿岸，：资源丰富，东海沿岸，潮汐能、潮汐能、潮汐能、潮汐能、潮流能、波浪能、温差能、盐差能潮流能、波浪能、温差能、盐差能潮流能、波浪能、温差能、盐差能潮流能、波浪能、温差能、盐差能3、海洋能的特点、海洋能的特点海洋能的特点，主要体现在以下几个方面：海洋能的特点，主要体现在以下几个方面：（1）蕴藏量丰富，可循环再生。）蕴藏量丰富，可循环再生。（2）能流分布不均，能量密度低。）能流分布不均，能量密度低。（3）稳定性较好或者变化有规律。）稳定性较好或者变化有规律。（4）清洁无污染。）清洁无污染。1、波浪的成因和类型波浪的成因和类型（1）波浪的能量来自于风和海面的相互作用，风能）波浪的能量来自于风和海面的相互作用，风能变成波浪的势能与动能。变成波浪的势能与动能。（2）能量大小取决于）能量大小取决于风速风速、风与海水、风与海水作用时间作用时间及及作作用路程用路程。小知识：小知识：巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆！巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆！5.3 波浪发电波浪发电（3 3 3 3）波（海）浪的类型）波（海）浪的类型）波（海）浪的类型）波（海）浪的类型风浪：风浪：风浪：风浪：在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。（无风不起浪）无风不起浪）无风不起浪）无风不起浪）涌浪涌浪涌浪涌浪：由于风浪传播开去，出现在很远的海面，在无风海域的波浪。由于风浪传播开去，出现在很远的海面，在无风海域的波浪。（无风三尺浪）无风三尺浪）无风三尺浪）无风三尺浪）近岸浪：近岸浪：近岸浪：近岸浪：外海的波浪传到海岸附近的波浪。外海的波浪传到海岸附近的波浪。2、波浪能资源的特点和分布波浪能资源的特点和分布波浪的波浪的前进前进，产生，产生动能动能，波浪的，波浪的起伏起伏产生产生势能势能。波浪的能量与波浪的波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期高度、波浪的运动周期以及以及迎波面的迎波面的宽度宽度等多种因素有关。等多种因素有关。波浪能是各种海洋能源中能量波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定最不稳定的一种。的一种。（1）特点）特点（2）全球波浪能资源）全球波浪能资源（3）我国波浪能资源）我国波浪能资源我国波浪能的理论存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为每米2千瓦7千瓦。在能流密度高的地方，每1米海岸线外波浪的能流就足以为20个家庭提供照明。小功率的波浪能发电，已在导航浮标、灯塔等获得推广应用 这一技术兴起于上世纪80年代初 3、波浪能的优点、波浪能的优点在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：1）以机械能形式存在，在各种海洋能中）以机械能形式存在，在各种海洋能中品质最高品质最高；2）在海洋能中）在海洋能中能流密度最大能流密度最大；3）在海洋中）在海洋中分布最广分布最广。4）可）可通过较小的装置实现通过较小的装置实现其利用；其利用；5）可提供）可提供可观的廉价能量可观的廉价能量。4、波浪发电装置的基本构成波浪发电装置的基本构成波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动气涡轮机转动气涡轮机转动气涡轮机转动波浪能利用的关键波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：是波浪能转换装置，通常经三级转换：是波浪能转换装置，通常经三级转换：是波浪能转换装置，通常经三级转换：（1 1 1 1）波浪能采集系统：）波浪能采集系统：）波浪能采集系统：）波浪能采集系统：“捕获波浪的能量；捕获波浪的能量；（2 2 2 2）机械能转换系统：）机械能转换系统：）机械能转换系统：）机械能转换系统：把捕获的波浪能转换为某种特定形把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能；式的机械能；（3 3 3 3）发电系统：）发电系统：）发电系统：）发电系统：与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。1、原理：波浪发电是通过、原理：波浪发电是通过转换装置转换装置，先把波浪能转换为，先把波浪能转换为机机械能械能，再最终转换成，再最终转换成电能。电能。2、构成：、构成：3、典型的波浪能发电装置典型的波浪能发电装置（1）振荡水柱式（振荡水柱式（OWC）水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负如果来回变化，发电也时正时负小知识小知识：Wells涡轮机（涡轮机（详见教材详见教材）（2）点头鸭式（）点头鸭式（Duck）鸭子的鸭子的“胸脯胸脯”对着海浪对着海浪传播的方向，随着海浪传播的方向，随着海浪的波动，像不倒翁一样的波动，像不倒翁一样不停地摆动。不停地摆动。摇摆机构带动内部的凸轮摇摆机构带动内部的凸轮/铰链机构，改变工作液铰链机构，改变工作液体的压力，从而带动工体的压力，从而带动工作泵，推动发电机发电。作泵，推动发电机发电。可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到90%以上。以上。浮动主梁骨架上，可并排放置多个浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子鸭子”。（4）摆式）摆式1983 年建造了一座推摆式波浪能电年建造了一座推摆式波浪能电站。通过浮板的摆动将波浪能转换为站。通过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。液压产生电力。日本波浪能电站中效率较高日本波浪能电站中效率较高（3）海蛇式）海蛇式由一系列圆柱形钢壳结构单元由一系列圆柱形钢壳结构单元由一系列圆柱形钢壳结构单元由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。当铰接而成，外型类似火车。当铰接而成，外型类似火车。当铰接而成，外型类似火车。当波浪起浮带动整条装置时就会波浪起浮带动整条装置时就会波浪起浮带动整条装置时就会波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压圆起动铰接点，其内部的液压圆起动铰接点，其内部的液压圆起动铰接点，其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过筒的泵油会起动液压马达经过筒的泵油会起动液压马达经过筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。一个能量平滑系统。一个能量平滑系统。一个能量平滑系统。（5）收缩坡道式）收缩坡道式在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。4、波浪能发电代表性项目波浪能发电代表性项目（1）英国）英国75kW 和和500kW 的的LIMPET岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型（岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型（OWC）波）波浪能装置。浪能装置。1991年在苏格兰爱雷岛上建成年在苏格兰爱雷岛上建成75kW项目。项目。2000年又在同一岛屿上建成一座年又在同一岛屿上建成一座500 kW的项目，是目前世的项目，是目前世界上最成功的海浪发电装置。界上最成功的海浪发电装置。（2）英国）英国750kW 的海蛇的海蛇“海蛇海蛇”由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆柱形钢壳结构单元铰接而成。柱形钢壳结构单元铰接而成。第一个第一个“海蛇海蛇”波能装置波能装置2002年年3月完成。月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇海蛇”波浪发电项目，波浪发电项目，每条每条“海蛇海蛇”的装机容量为的装机容量为750 kW。（3）中国大万山岛）中国大万山岛3kW 和和20kW 岸基岸基OWC1989 年，中科院广州能源研究所，在年，中科院广州能源研究所，在珠海珠海市市大万山岛大万山岛，建，建成成中国第一座中国第一座波浪能试验电站。波浪能试验电站。这座这座3 千瓦千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。涡轮机。在该电站原有基础上，在该电站原有基础上，1996 年完成年完成20 千瓦千瓦电站的建造。电站的建造。（4）中国广东汕尾）中国广东汕尾100kW 岸基岸基OWC2001 年建成的年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与并网运行的岸式浪镇，是一座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。型波浪能电站。这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研保护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。究基本达到国际同时期的先进水平。5、波浪发电的发展波浪发电的发展1799 年，年，世界上第一个世界上第一个关于波浪能发电的关于波浪能发电的专利专利。20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。1964 年，年，世界上第一个海浪发电装置世界上第一个海浪发电装置航标灯。航标灯。1970s末末，日本、美、英日本、美、英等国合作研制了等国合作研制了“海明海明”号号发电船发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。中国中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。1989年，年，中国第一座波浪电站中国第一座波浪电站建成并试发电成功。建成并试发电成功。1996年改年改建为建为20千瓦。千瓦。1999年，年，100千瓦摆式波浪能电站千瓦摆式波浪能电站试运行成功。试运行成功。2000年，年，100千瓦千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。岸式振荡水柱式电站建成发电。目前至少已累计生产目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。等国家。6、波浪发电的发展波浪发电的发展 5.4 海流发电海流发电（1 1）海流）海流：主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动：主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流洋流)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流潮流)。（2 2）海流能）海流能：流动海水的：流动海水的动能动能。流速的平方和流量成正比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。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。洋流方向基本不变洋流方向基本不变，流速也比较稳定；，流速也比较稳定；潮流潮流会会周期性地改变大周期性地改变大小和方向。小和方向。1、海流和海流能海流和海流能2、海流的能量、海流的能量一般说来，最大流速在一般说来，最大流速在2m/s 以上以上的水道，海流能才有的水道，海流能才有实际实际开发价值开发价值。潮流的流速一般潮流的流速一般25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如很大。例如杭州湾海潮杭州湾海潮。洋流的动能非常大，如洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流佛罗里达洋流和和墨西哥洋流墨西哥洋流。3、海流发电的优点海流发电的优点不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；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。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、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。装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。4、海流发电的原理海流发电的原理（1）轮叶式海流发电）轮叶式海流发电原理原理和风力发电类似和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。，利用海流推动轮叶，带动发电机。轮叶的转轴有与海流轮叶的转轴有与海流平行平行的，也有与海流的，也有与海流垂直垂直的，如图所示。的，如图所示。英国公司制造的两个轮叶式海流发电机英国公司制造的两个轮叶式海流发电机佛罗里达佛罗里达大西洋大学海底发电机大西洋大学海底发电机 5.5 温差发电温差发电（1）海水的温差：）海水的温差：太阳辐射不同，太阳辐射不同，海水温度是有差异。海水温度是有差异。1、海水的温差和温差能海水的温差和温差能（2）海水温差能）海水温差能由海洋由海洋表层海水和深层海水表层海水和深层海水之间之间水温差水温差形成的温差热能，是海洋形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。能的一种重要形式。海水温度大体保持稳定，范围一般在海水温度大体保持稳定，范围一般在海水温度大体保持稳定，范围一般在海水温度大体保持稳定，范围一般在-2-2-2-230303030。水平分布水平分布：随着纬度增加而降低随着纬度增加而降低垂直分布垂直分布：随着深度增加而降低随着深度增加而降低（3）全球海洋温差能分布）全球海洋温差能分布据有关研究资料，位于据有关研究资料，位于北纬北纬45至至南纬南纬40的约的约100 个个国家和国家和地区都可以进行海洋温差发地区都可以进行海洋温差发电。电。（4）中国海水温差能分布中国海水温差能分布我国南海中有我国南海中有300 多万多万km2海区，海区，上下温度差为上下温度差为20左右，是海水温左右，是海水温差差发电的好地方。发电的好地方。2、温差发电的原理、温差发电的原理海洋温差能发电海洋温差能发电，就是利用海洋，就是利用海洋表层暖水表层暖水与与底层冷水底层冷水之间的之间的温度差来发电。大多是指基于温度差来发电。大多是指基于海洋热能转换海洋热能转换（OTEC）的）的热动力发电技术。热动力发电技术。工作方式分为工作方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环开式循环、闭式循环、混合式循环三种。三种。根据根据温差效应温差效应利用海水温差利用海水温差直接发电直接发电的处于设想阶段，尚未的处于设想阶段，尚未事实。事实。3、开式循环系统开式循环系统（1 1）工作原理工作原理先用真空泵将先用真空泵将循环系统内抽成真空循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。入蒸发器。系统内有一定的真空度，系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后蒸汽通过汽轮机后，被被冷水泵抽上来的冷水泵抽上来的深海冷水冷却深海冷水冷却，凝结凝结成淡化水后排出成淡化水后排出。冷海水冷海水冷却了水蒸气后又冷却了水蒸气后又回到海里回到海里。作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为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。（2 2）开式循环的优点开式循环的优点在在发电发电的同时，还可以获得很多有用的的同时，还可以获得很多有用的副产品副产品。温海水在蒸发器内蒸发后所留下的温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水浓缩水，可用来提炼，可用来提炼化工产品化工产品；可以得到大量可以得到大量淡水淡水。（3 3）开式循环的不足开式循环的不足 低温低压下海水的低温低压下海水的蒸气压很低蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压，为使汽轮发电机能在低压下运转，下运转，机组机组必须造得十分必须造得十分庞大庞大。开式循环的开式循环的热效率很低热效率很低，为减少损耗，不得不把各种，为减少损耗，不得不把各种装置装置和管道和管道设计得设计得很大很大。需要耗用需要耗用巨量巨量的的温海水和冷海水温海水和冷海水，耗能严重，发电量的，耗能严重，发电量的1/41/3 消耗于系统本身消耗于系统本身。在在海洋深处海洋深处提取大量的冷海水，存在许多提取大量的冷海水，存在许多技术困难技术困难。4、闭式循环系统闭式循环系统（1）闭式循环）闭式循环系统系统用低沸点液体用低沸点液体（如液态氨）（如液态氨）作为工作介作为工作介质质，所产生的蒸气作为工作流体。，所产生的蒸气作为工作流体。氨水的沸点氨水的沸点33，明显低于水，更容易沸腾。，明显低于水，更容易沸腾。（2 2）闭式循环系统的特点）闭式循环系统的特点缺点缺点：蒸发器和冷凝器要求高，：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵耗资昂贵。优点优点：蒸汽压力提高数倍，：蒸汽压力提高数倍，发电装置体积变小发电装置体积变小，而，而发电量可发电量可达到工业规模达到工业规模。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海水温差发电的主要形式。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。可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。5、混合循环系统混合循环系统据据塞贝克效应塞贝克效应，若将两个不同的导体，若将两个不同的导体/半导体电极分别置于半导体电极分别置于海洋海洋表层温海水表层温海水和和深层冷海水深层冷海水中，电极间即可产生电压。中，电极间即可产生电压。这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困难，还停留在设想阶段。设想阶段。6、直接温差发电直接温差发电5.5.3 温差发电的发展温差发电的发展v1881 年，法国人最早提出利用海水温差发电的设想；年，法国人最早提出利用海水温差发电的设想；v1948 年，法国在非洲象牙海岸建造了一座年，法国在非洲象牙海岸建造了一座7MW 的开式循环海水温差发电站。的开式循环海水温差发电站。v1964 年，美国人提出了闭式循环方案。年，美国人提出了闭式循环方案。v1980 年，美国在夏威夷建造了一座年，美国在夏威夷建造了一座1MW 的实验装置。的实验装置。世界第一座实用的海水温差电站世界第一座实用的海水温差电站 1979年，年，美国美国在夏威夷岛西部海域在夏威夷岛西部海域世界最大的海水温差电站世界最大的海水温差电站 1990 年，年，日本日本在鹿儿岛在鹿儿岛温差发电的世界之最温差发电的世界之最世界最早的海水温差发电实验世界最早的海水温差发电实验 1926 年，年，克劳德克劳德在在法兰西法兰西科学院大厅，科学院大厅，世界第一座海水温差电站世界第一座海水温差电站 1930 年，年，克劳德克劳德在在古巴海滨古巴海滨5.6 盐差发电盐差发电海水中至少有海水中至少有 80 多种多种化学元素，主要以盐类化合物存在，化学元素，主要以盐类化合物存在，在水里会电离成带在水里会电离成带正负电荷的两类离子正负电荷的两类离子。盐差能盐差能就是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之就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。间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。全球海洋的海水盐度分布，参见全球海洋的海水盐度分布，参见教材图教材图5.41。河流入海口，往往有显著的盐度差。河流入海口，往往有显著的盐度差。1、海水的盐差和盐差能海水的盐差和盐差能据估计，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，据估计，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，技术技术上可利用上可利用的约的约30 亿千瓦亿千瓦。我国我国盐差能的理论功率约盐差能的理论功率约1.25105 MW，主要集中在各大江，主要集中在各大江河的出海处。河的出海处。同时，我国青海省等地还有不少同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖内陆盐湖可以利用。可以利用。海水的盐差能的分布海水的盐差能的分布在在半透膜半透膜(水能通过水能通过,盐不能盐不能)隔开的有浓度差别的溶液之间，隔开的有浓度差别的溶液之间，低浓度低浓度溶液溶液透入高浓度透入高浓度溶液的现象，称为溶液的现象，称为渗透现象渗透现象。发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加一个机械压强，发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加一个机械压强，恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，则该机械压强就等恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，则该机械压强就等于这两种溶液之间的于这两种溶液之间的渗透压渗透压。5.6.2 渗透和渗透压渗透和渗透压5.6.3 盐差能发电的方法盐差能发电的方法渗透压法渗透压法，就是利用半透膜两侧的渗透压，在，就是利用半透膜两侧的渗透压，在不同盐浓度不同盐浓度的的海水之间形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提海水之间形成水位差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，类似潮汐发电。供的能量来发电，类似潮汐发电。关键技术关键技术：半透膜技术半透膜技术和膜与海水间的和膜与海水间的流体交换技术流体交换技术，技术难点技术难点：制造制造强度足够强度足够、性能优良性能优良、成本适宜成本适宜的半透膜。的半透膜。5.6.3.1 渗透压法渗透压法（1）强力渗压发电）强力渗压发电在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。水库的水通过半透膜不断流入海水中（水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？为什么？），水库），水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。击水轮机旋转，并带动发电机发电。技术难点技术难点：在低：在低于海平面的深坑于海平面的深坑建造电站；能够建造电站；能够抵抗腐蚀的半透抵抗腐蚀的半透膜。膜。发展的前景发展的前景不大。不大。（2）水压塔渗压发电）水压塔渗压发电水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充水压塔与淡水间用半透膜隔开。先由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水(经管道经管道)冲击水冲击水轮机旋转，带动发电机发电。轮机旋转，带动发电机发电。在运行过程中，在运行过程中，为了使水压塔内为了使水压塔内的海水保持盐度，的海水保持盐度，海水泵海水泵不断向塔不断向塔内打入海水内打入海水。（2）水压塔渗压发电）水压塔渗压发电发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。半透膜要承受半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。的渗透压，也难以制造。（3）压力延滞渗透发电）压力延滞渗透发电压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力室同海水混合。膜渗透到压力室同海水混合。混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流混合后的海水和淡水与海水比具有较高的压力，可以在流入大海的过程中推动涡轮机做功入大海的过程中推动涡轮机做功。有公司预计有公司预计2015年渗透能发电可投入商业，并可生物能、年渗透能发电可投入商业，并可生物能、潮汐能相竞争。潮汐能相竞争。5.6.3.2 蒸汽压法蒸汽压法同样温度下同样温度下淡水比海水蒸发得快淡水比海水蒸发得快，因此，因此海水一边的饱和蒸汽海水一边的饱和蒸汽压力要比淡水一边低得多压力要比淡水一边低得多，在一个空室内蒸汽会很快从淡水，在一个空室内蒸汽会很快从淡水上方流向海水上方并不断被海水吸收，这样只要装上汽轮机上方流向海水上方并不断被海水吸收，这样只要装上汽轮机就可以发电了。就可以发电了。蒸汽压发电的最显著的优点是蒸汽压发电的最显著的优点是不需要半透膜不需要半透膜，这样就不存在，这样就不存在膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。但是发电过程中需要但是发电过程中需要消耗大量淡水消耗大量淡水，应用受到限制。，应用受到限制。5.6.3.3 浓差电池法浓差电池法浓差电池浓差电池，也叫，也叫渗透式电池渗透式电池，一般需要两种不同的半透膜，一般需要两种不同的半透膜，一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带负电荷的氯离子自由出入。负电荷的氯离子自由出入。该系统需要采用该系统需要采用面积大而昂贵面积大而昂贵的交换膜，发电成本很高。的交换膜，发电成本很高。不过不过使用寿命长使用寿命长，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来严重影响。严重影响。另外，这种电池在发电过程中电极上会产生另外，这种电池在发电过程中电极上会产生Cl2 和和H2，可以，可以补偿装置的成本。补偿装置的成本。5.6.4 盐差发电的发展状况盐差发电的发展状况海洋盐差发电的设想是海洋盐差发电的设想是1939 年由年由美国人美国人首先提出来的。首先提出来的。第一份关于利用第一份关于利用渗透压差发电的报告渗透压差发电的报告发表于发表于1973 年。年。1975 年年以色列以色列的洛布建造并试验了一套渗透法装置，证明的洛布建造并试验了一套渗透法装置，证明了其利用的可行性。了其利用的可行性。目前目前以色列已建立了一座以色列已建立了一座150kW 盐盐差能发电试验装置。差能发电试验装置。我国我国于于1979 年开始这方面的研究，年开始这方面的研究，1985 年西安冶金建筑学年西安冶金建筑学院对院对水压塔系统水压塔系统进行了试验研究，采用半渗透膜法研制了进行了试验研究，采用半渗透膜法研制了一套可利用干涸盐湖盐差发电的试验装置。一套可利用干涸盐湖盐差发电的试验装置。5.6.4 盐差发电的发展状况盐差发电的发展状况小知识：小知识：死海与浓差发电死海与浓差发电（详见教材详见教材）世界之最：世界之最：世界第一座渗透能发电站世界第一座渗透能发电站（详见教材详见教材）新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电 5.5 温差发电温差发电（1）海水的温差）海水的温差太阳辐射的情况不同，太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差异的。海水的温度是有差异的。水平分布水平分布，一般，一般随着纬度增加而降低随着纬度增加而降低。垂直分布垂直分布，都是，都是随着深度增加而降低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海水温度大体保持稳定，温度变动范围一般在-230。1、海水的温差和温差能海水的温差和温差能（2）海水温差能）海水温差能由海洋由海洋表层海水和深表层海水和深层海水层海水之间之间水温差水温差形形成的温差热能，是海成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。洋能的一种重要形式。新能源与分布式发电新能源与分布式发电海洋能发电海洋能发电此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢