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文檔簡介
1、海洋的巨大威力海洋的巨大威力 巨大的海浪可把巨大的海浪可把 1313噸重的整塊巨石拋到噸重的整塊巨石拋到 2020米高處,能把米高處,能把 1.71.7萬噸的大船推上海岸。萬噸的大船推上海岸。 19681968年,一艘巨型油輪,在好望角海域被狂濤巨浪折為兩段年,一艘巨型油輪,在好望角海域被狂濤巨浪折為兩段 (想想這是怎么原因?詳見教材引例故事想想這是怎么原因?詳見教材引例故事) 如果海洋中蘊藏的豐富能源能夠為人類所用,那人類也許如果海洋中蘊藏的豐富能源能夠為人類所用,那人類也許 再也不必為能源問題擔(dān)憂了。再也不必為能源問題擔(dān)憂了。 5 海洋能多種發(fā)電技術(shù)海洋能多種發(fā)電技術(shù) 關(guān)注的問題關(guān)注的問題
2、 浩瀚的海洋中蘊藏著怎樣的能量?浩瀚的海洋中蘊藏著怎樣的能量? 海洋中的各種能量都是怎樣形成的?海洋中的各種能量都是怎樣形成的? 大洋中的海流又能否利用?大洋中的海流又能否利用? 不同深處的海水溫差如何轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔??不同深處的海水溫差如何轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?咸海水中的鹽分和發(fā)電有什么聯(lián)系?咸海水中的鹽分和發(fā)電有什么聯(lián)系? 海洋能發(fā)電的設(shè)備有什么特點?海洋能發(fā)電的設(shè)備有什么特點? 海洋能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r如何?海洋能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r如何? 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 了解海洋能資源的形成原因和表現(xiàn)特征,了解海洋能資源的形成原因和表現(xiàn)特征, 了解海洋能發(fā)電的各種方式和相關(guān)思路,了解海洋能發(fā)電的各種方式和相關(guān)思路, 理解海
3、洋能發(fā)電的特點和意義。理解海洋能發(fā)電的特點和意義。 1、什么是海洋:、什么是海洋:地球上廣大而連續(xù)的地球上廣大而連續(xù)的咸水水體咸水水體的總稱,的總稱, 是相互連通的。是相互連通的。 2、海和洋的區(qū)別:、海和洋的區(qū)別:遠離陸地的水體遠離陸地的水體部分為部分為洋洋,靠近大陸的靠近大陸的 水體水體部分為部分為海海。洋是海洋的。洋是海洋的主體主體部分,占海洋總面積的部分,占海洋總面積的 89%。海是海洋的。海是海洋的邊緣邊緣部分。部分。 5.1 海洋的概念海洋的概念 3、海洋的水底地形像個、海洋的水底地形像個大水盆大水盆 海底地形可以分為明顯的五個部分:大陸架:在靠近大 陸的淺海部分,其深度一般不超過
4、200米;大陸架外緣有 一巨大的陡坡,叫做大陸坡,水深從幾百米陡增到幾千 米,大陸坡以外是大洋底部。其中深陷的部分,我們稱 為海溝;隆起延伸很長的部分,稱為海嶺,分布面積廣 大的平坦部分,則為洋盆。 4、地球表面的總面積約、地球表面的總面積約 5.1 億平方公里,其中海洋的面積占億平方公里,其中海洋的面積占 71%,匯集了地球,匯集了地球97%的水量。的水量。 趣聞:趣聞:假如地球表面是平整的球面,將就會怎樣?假如地球表面是平整的球面,將就會怎樣? 全球水量是陸地體積的全球水量是陸地體積的1414倍,如果地球是平整的,將會被倍,如果地球是平整的,將會被24002400 米深海水覆蓋米深海水覆蓋
5、 5、海洋能源(簡稱海洋能)、海洋能源(簡稱海洋能) ( 1)定義:海洋能源是海水中蘊藏著的一切的能量資源海洋能源是海水中蘊藏著的一切的能量資源 的總稱,通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源。的總稱,通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源。 (2)形式:)形式:潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等五種等五種 除了潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力作用以除了潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力作用以 外,其他幾種都來源于外,其他幾種都來源于太陽輻射。太陽輻射。 (3)分類:海洋能源又可分三類)分類:海洋能源又可分三類 機械能機械能:潮汐能、波浪能、海
6、流能:潮汐能、波浪能、海流能 熱能:熱能:海水溫差能海水溫差能 化學(xué)能:化學(xué)能:海水鹽差能海水鹽差能 海洋是超大的太陽能接收體和存儲器,是個海洋是超大的太陽能接收體和存儲器,是個“藍色油田藍色油田”。 據(jù)估計,海洋能可再生總量為據(jù)估計,海洋能可再生總量為766 億千瓦億千瓦。 其中其中溫差能溫差能為為400 億億千瓦,千瓦,鹽差能鹽差能為為300 億億千瓦,千瓦, 潮汐能潮汐能為為 30 億億千瓦,千瓦,波浪能波浪能為為 30 億億千瓦,千瓦, 海流能海流能為為 6 億億千瓦。千瓦。 不是全能利用。估計不是全能利用。估計技術(shù)上允許利用的技術(shù)上允許利用的約約64 億千瓦億千瓦, 其中,其中,溫差
7、能溫差能20 億億千瓦,千瓦,鹽差能鹽差能30 億億千瓦,千瓦, 潮汐能潮汐能1 億億千瓦,千瓦,波浪能波浪能10 億億千瓦,千瓦,海流能海流能3 億億千瓦。千瓦。 5.2 海洋能資源海洋能資源 3、海洋能的特點、海洋能的特點 海洋能的特點,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:海洋能的特點,主要體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)蘊藏量豐富,可循環(huán)再生。)蘊藏量豐富,可循環(huán)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)穩(wěn)定性較好或者變化有規(guī)律。)穩(wěn)定性較好或者變化有規(guī)律。 (4)清潔無污染。)清潔無污染。 1、 波浪的成因和類型波浪的成因和類型 (1)波浪的能量來自于風(fēng)和海面的相互作
8、用,風(fēng))波浪的能量來自于風(fēng)和海面的相互作用,風(fēng) 能變成波浪的勢能與動能。能變成波浪的勢能與動能。 (2)能量大小取決于)能量大小取決于風(fēng)速風(fēng)速、風(fēng)與海水、風(fēng)與海水作用時間作用時間及及 作用路程作用路程。 小知識:小知識:巨大浪涌往往是風(fēng)暴來襲的前兆!巨大浪涌往往是風(fēng)暴來襲的前兆! 5.3 波浪發(fā)電波浪發(fā)電 在風(fēng)的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動。在風(fēng)的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動。( 由于風(fēng)浪傳播開去,出現(xiàn)在很遠的海面,在無風(fēng)海域的波浪。由于風(fēng)浪傳播開去,出現(xiàn)在很遠的海面,在無風(fēng)海域的波浪。 ( 外海的波浪傳到海岸附近的波浪。外海的波浪傳到海岸附近的波浪。 2、 波浪能資源的特點和分布波浪能資源的
9、特點和分布 波浪的波浪的前進前進,產(chǎn)生,產(chǎn)生動能動能,波浪的,波浪的起伏起伏產(chǎn)生產(chǎn)生勢能勢能。 波浪的能量與波浪的波浪的能量與波浪的高度、波浪的運動周期高度、波浪的運動周期以及以及迎波面迎波面 的寬度的寬度等多種因素有關(guān)。等多種因素有關(guān)。 波浪能是各種海洋能源中能量波浪能是各種海洋能源中能量最不穩(wěn)定最不穩(wěn)定的一種。的一種。 (1)特點)特點 (2)全球波浪能資源)全球波浪能資源 (3)我國波浪能資源)我國波浪能資源 我國波浪能的理論存儲量為7000萬千瓦左右,沿海波浪能能流密度大約 為每米2千瓦7千瓦。在能流密度高的地方,每1米海岸線外波浪的能流 就足以為20個家庭提供照明。 小功率的波浪能發(fā)
10、電,已在導(dǎo)航浮標(biāo)、燈塔等獲得推廣應(yīng)用 這一技術(shù)興起于上世紀(jì)80年代初 3、波浪能的優(yōu)點、波浪能的優(yōu)點 在海洋能中,波浪能除可循環(huán)再生以外,還有以下優(yōu)點:在海洋能中,波浪能除可循環(huán)再生以外,還有以下優(yōu)點: 1)以機械能形式存在,在各種海洋能中)以機械能形式存在,在各種海洋能中品質(zhì)最高品質(zhì)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)在海洋中分布最廣分布最廣。 4)可)可通過較小的裝置實現(xiàn)通過較小的裝置實現(xiàn)其利用;其利用; 5)可提供)可提供可觀的廉價能量可觀的廉價能量。 4、 波浪發(fā)電裝置的基本構(gòu)成波浪發(fā)電裝置的基本構(gòu)成 波浪能利用的關(guān)鍵波浪能利用的關(guān)鍵 “捕獲波浪
11、的能量;捕獲波浪的能量; 把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形 式的機械能;式的機械能; 與常規(guī)發(fā)電裝置類似,用空氣渦輪機或水與常規(guī)發(fā)電裝置類似,用空氣渦輪機或水 輪機等設(shè)備將機械能傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。輪機等設(shè)備將機械能傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。 1、原理:波浪發(fā)電是通過、原理:波浪發(fā)電是通過轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換裝置,先把波浪能轉(zhuǎn)換為,先把波浪能轉(zhuǎn)換為機機 械能械能,再最終轉(zhuǎn)換成,再最終轉(zhuǎn)換成電能。電能。 2、構(gòu)成:、構(gòu)成: 3、 典型的波浪能發(fā)電裝置典型的波浪能發(fā)電裝置 (1) 振蕩水柱式(振蕩水柱式(OWC) 水注上升和下降時,氣流方向是相反的,氣輪機的旋轉(zhuǎn)方向水注上升和
12、下降時,氣流方向是相反的,氣輪機的旋轉(zhuǎn)方向 如果來回變化,發(fā)電也時正時負(fù)如果來回變化,發(fā)電也時正時負(fù) 小知識小知識:Wells渦輪機(渦輪機(詳見教材詳見教材) (2)點頭鴨式()點頭鴨式(Duck) 鴨子的鴨子的“胸脯胸脯”對著海浪對著海浪 傳播的方向,隨著海浪傳播的方向,隨著海浪 的波動,像不倒翁一樣的波動,像不倒翁一樣 不停地擺動。不停地擺動。 搖擺機構(gòu)帶動內(nèi)部的凸輪搖擺機構(gòu)帶動內(nèi)部的凸輪/ 鉸鏈機構(gòu),改變工作液鉸鏈機構(gòu),改變工作液 體的壓力,從而帶動工體的壓力,從而帶動工 作泵,推動發(fā)電機發(fā)電。作泵,推動發(fā)電機發(fā)電。 可同時將波浪的動能和勢能轉(zhuǎn)換,理論效率達到可同時將波浪的動能和勢能轉(zhuǎn)
13、換,理論效率達到90%以上。以上。 浮動主梁骨架上,可并排放置多個浮動主梁骨架上,可并排放置多個“鴨子鴨子” 。 (4)擺式)擺式 1983 年建造了一座推擺式波浪能電年建造了一座推擺式波浪能電 站。通過浮板的擺動將波浪能轉(zhuǎn)換為站。通過浮板的擺動將波浪能轉(zhuǎn)換為 液壓產(chǎn)生電力。液壓產(chǎn)生電力。 日本波浪能電站中效率較高日本波浪能電站中效率較高 (3)海蛇式)海蛇式 (5)收縮坡道式)收縮坡道式 在電站入口處設(shè)置喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽,當(dāng)在電站入口處設(shè)置喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽,當(dāng) 波浪進入寬闊一端向里傳播時,波高不斷地被放大,直至波浪進入寬闊一端向里傳播時,波高不斷地被放大,直至
14、 波峰溢過邊墻,轉(zhuǎn)換成勢能。水流從楔形流道上端流出,波峰溢過邊墻,轉(zhuǎn)換成勢能。水流從楔形流道上端流出, 進入一個水庫,然后經(jīng)過水輪機返回大海。進入一個水庫,然后經(jīng)過水輪機返回大海。 4、 波浪能發(fā)電代表性項目波浪能發(fā)電代表性項目 (1)英國)英國75kW 和和500kW 的的LIMPET 岸式海洋動力能源轉(zhuǎn)換器,是一種振蕩水柱型(岸式海洋動力能源轉(zhuǎn)換器,是一種振蕩水柱型(OWC)波)波 浪能裝置。浪能裝置。 1991年在蘇格蘭愛雷島上建成年在蘇格蘭愛雷島上建成75kW項目。項目。 2000年又在同一島嶼上建成一座年又在同一島嶼上建成一座500 kW的項目,是目前世的項目,是目前世 界上最成功的
15、海浪發(fā)電裝置。界上最成功的海浪發(fā)電裝置。 (2)英國)英國750kW 的海蛇的海蛇 “海蛇海蛇” 由英國海洋動力傳遞公司設(shè)計。漂浮式,由若干圓由英國海洋動力傳遞公司設(shè)計。漂浮式,由若干圓 柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成。柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成。 第一個第一個“海蛇海蛇”波能裝置波能裝置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”波浪發(fā)電項目,波浪發(fā)電項目, 每條每條“海蛇海蛇”的裝機容量為的裝機容量為750 kW。 (3)中國大萬山島)中國大萬山島3kW 和和20kW 岸基岸基OWC 1989 年,中科院廣州能源研究所,在年,中科院廣州能源研究所,在
16、珠海珠海市市大萬山島大萬山島,建,建 成成中國第一座中國第一座波浪能試驗電站。波浪能試驗電站。 這座這座3 千瓦千瓦的岸式振蕩水柱型波浪能電站,采用人造水道和的岸式振蕩水柱型波浪能電站,采用人造水道和 Wells渦輪機。渦輪機。 在該電站原有基礎(chǔ)上,在該電站原有基礎(chǔ)上,1996 年完成年完成20 千瓦千瓦電站的建造。電站的建造。 (4)中國廣東汕尾)中國廣東汕尾100kW 岸基岸基OWC 2001 年建成的年建成的100 kW 岸式波力電站,位于廣東省汕尾市遮岸式波力電站,位于廣東省汕尾市遮 浪鎮(zhèn),是一座與并網(wǎng)運行的岸式浪鎮(zhèn),是一座與并網(wǎng)運行的岸式OWC型波浪能電站。型波浪能電站。 這座電站的
17、建設(shè)成功,使我國大型波能裝置的設(shè)計、建造、這座電站的建設(shè)成功,使我國大型波能裝置的設(shè)計、建造、 保護等各方面均有較大程度的提高,使我國的波能轉(zhuǎn)換研保護等各方面均有較大程度的提高,使我國的波能轉(zhuǎn)換研 究基本達到國際同時期的先進水平。究基本達到國際同時期的先進水平。 5、 波浪發(fā)電的發(fā)展波浪發(fā)電的發(fā)展 1799 年,年,世界上第一個世界上第一個關(guān)于波浪能發(fā)電的關(guān)于波浪能發(fā)電的專利專利。 20 世紀(jì)中葉以來,波浪能利用得到了越來越多的關(guān)注和重世紀(jì)中葉以來,波浪能利用得到了越來越多的關(guān)注和重 視。波浪能發(fā)電的設(shè)想在世界各地不斷涌現(xiàn)。視。波浪能發(fā)電的設(shè)想在世界各地不斷涌現(xiàn)。 1964 年,年,世界上第一
18、個海浪發(fā)電裝置世界上第一個海浪發(fā)電裝置航標(biāo)燈。航標(biāo)燈。 1970s末末,日本、美、英日本、美、英等國合作研制了等國合作研制了“海明海明”號號發(fā)電船發(fā)電船, 還有遠離海岸的電力傳輸裝置,并進行了海上試驗。還有遠離海岸的電力傳輸裝置,并進行了海上試驗。 中國中國也是波浪能研發(fā)的主要國家之一,在世界上有一定影響。也是波浪能研發(fā)的主要國家之一,在世界上有一定影響。 1989年,年,中國第一座波浪電站中國第一座波浪電站建成并試發(fā)電成功。建成并試發(fā)電成功。1996年改年改 建為建為20千瓦。千瓦。 1999年,年,100千瓦擺式波浪能電站千瓦擺式波浪能電站試運行成功。試運行成功。 2000年,年,100千
19、瓦千瓦岸式振蕩水柱式電站建成發(fā)電。岸式振蕩水柱式電站建成發(fā)電。 目前至少已累計生產(chǎn)目前至少已累計生產(chǎn)600多臺在中國沿海使用,并出口到日本多臺在中國沿海使用,并出口到日本 等國家。等國家。 6、 波浪發(fā)電的發(fā)展波浪發(fā)電的發(fā)展 5.4 海流發(fā)電海流發(fā)電 (1 1)海流)海流:主要指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動:主要指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動( (洋流洋流) ), 以及由潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動以及由潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動( (潮流潮流) )。 (2 2)海流能)海流能:流動海水的:流動海水的動能動能。流速的平方和流量成正比流速的平方和流量成正比。 相對波浪而言,海流能的變化平穩(wěn)且有
20、規(guī)律。相對波浪而言,海流能的變化平穩(wěn)且有規(guī)律。 洋流方向基本不變洋流方向基本不變,流速也比較穩(wěn)定;,流速也比較穩(wěn)定;潮流潮流會會周期性地改變大周期性地改變大 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 一般說來,最大流速在一般說來,最大流速在2m/s 以上以上的水道,海流能才有的水道,海流能才有實際實際 開發(fā)價值開發(fā)價值。 潮流的流速一般潮流的流速一般25.5km/h,在狹窄海峽或海灣里,流速會,在狹窄海峽或海灣里,流速會 很大。例如很大。例如杭州灣海潮杭州灣海潮。 洋流的動能非常大,如洋流的動能非常大,如佛羅里達洋流佛羅里達洋流和和墨西哥洋流墨西哥洋流。
21、 3、海流發(fā)電的優(yōu)點海流發(fā)電的優(yōu)點 不必像潮汐發(fā)電那樣,修筑大壩,還要擔(dān)心泥沙淤積;不必像潮汐發(fā)電那樣,修筑大壩,還要擔(dān)心泥沙淤積; 也不像海浪發(fā)電那樣,電力輸出不穩(wěn)。也不像海浪發(fā)電那樣,電力輸出不穩(wěn)。 目前海流發(fā)電雖然還處在小型試驗階段,它的發(fā)展還不及潮目前海流發(fā)電雖然還處在小型試驗階段,它的發(fā)展還不及潮 汐發(fā)電和海浪發(fā)電,但人們相信,海流發(fā)電將以穩(wěn)定可靠、汐發(fā)電和海浪發(fā)電,但人們相信,海流發(fā)電將以穩(wěn)定可靠、 裝置簡單的優(yōu)點,在海洋能的開發(fā)利用中獨樹一幟。裝置簡單的優(yōu)點,在海洋能的開發(fā)利用中獨樹一幟。 4、 海流發(fā)電的原理海流發(fā)電的原理 (1)輪葉式海流發(fā)電)輪葉式海流發(fā)電 原理原理和風(fēng)力發(fā)
22、電類似和風(fēng)力發(fā)電類似,利用海流推動輪葉,帶動發(fā)電機。,利用海流推動輪葉,帶動發(fā)電機。 輪葉的轉(zhuǎn)軸有與海流輪葉的轉(zhuǎn)軸有與海流平行平行的,也有與海流的,也有與海流垂直垂直的,如圖所示。的,如圖所示。 英國公司制造的兩個輪葉式海流發(fā)電機英國公司制造的兩個輪葉式海流發(fā)電機 佛羅里達佛羅里達大西洋大學(xué)海底發(fā)電機大西洋大學(xué)海底發(fā)電機 5.5 溫差發(fā)電溫差發(fā)電 (1)海水的溫差:)海水的溫差:太陽輻射不同,太陽輻射不同, 海水溫度是有差異。海水溫度是有差異。 1、 海水的溫差和溫差能海水的溫差和溫差能 (2)海水溫差能)海水溫差能 由海洋由海洋表層海水和深層海水表層海水和深層海水之間之間水溫差水溫差形成的溫
23、差熱能,是海形成的溫差熱能,是海 洋能的一種重要形式。洋能的一種重要形式。 水平分布水平分布:隨著緯度增加而降低隨著緯度增加而降低 垂直分布垂直分布:隨著深度增加而降低隨著深度增加而降低 (3)全球海洋溫差能分布)全球海洋溫差能分布 據(jù)有關(guān)研究資料,位于據(jù)有關(guān)研究資料,位于北緯北緯 45至至南緯南緯40的約的約100 個個 國家和地區(qū)都可以進行海洋國家和地區(qū)都可以進行海洋 溫差發(fā)電。溫差發(fā)電。 (4)中國海水溫差能分布中國海水溫差能分布 我國南海中有我國南海中有300 多萬多萬km2海區(qū),海區(qū), 上下溫度差為上下溫度差為20左右,是海水溫左右,是海水溫 差差發(fā)電的好地方。發(fā)電的好地方。 2、溫
24、差發(fā)電的原理、溫差發(fā)電的原理 海洋溫差能發(fā)電海洋溫差能發(fā)電,就是利用海洋,就是利用海洋表層暖水表層暖水與與底層冷水底層冷水之間的之間的 溫度差來發(fā)電。大多是指基于溫度差來發(fā)電。大多是指基于海洋熱能轉(zhuǎn)換海洋熱能轉(zhuǎn)換(OTEC)的)的 熱動力發(fā)電技術(shù)。熱動力發(fā)電技術(shù)。 工作方式分為工作方式分為開式循環(huán)、閉式循環(huán)、混合式循環(huán)開式循環(huán)、閉式循環(huán)、混合式循環(huán)三種。三種。 根據(jù)根據(jù)溫差效應(yīng)溫差效應(yīng)利用海水溫差利用海水溫差直接發(fā)電直接發(fā)電的處于設(shè)想階段,尚未的處于設(shè)想階段,尚未 事實。事實。 3、 開式循環(huán)系統(tǒng)開式循環(huán)系統(tǒng) (1 1)工作原理工作原理 先用真空泵將先用真空泵將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽成真空循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽成
25、真空,再用溫水泵把溫海水抽,再用溫水泵把溫海水抽 入蒸發(fā)器。入蒸發(fā)器。 系統(tǒng)內(nèi)有一定的真空度,系統(tǒng)內(nèi)有一定的真空度,溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰蒸發(fā)溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰蒸發(fā),變?yōu)?,變?yōu)?蒸汽,推動蒸汽輪機運轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機發(fā)電。蒸汽,推動蒸汽輪機運轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機發(fā)電。 蒸汽通過汽輪機后蒸汽通過汽輪機后,被被冷水泵抽上來的冷水泵抽上來的深海冷水冷卻深海冷水冷卻,凝結(jié)凝結(jié) 成淡化水后排出成淡化水后排出。 冷海水冷海水冷卻了水蒸氣后又冷卻了水蒸氣后又回到海里回到海里。 作為工作物質(zhì)的海水,與外界相通,因此稱為作為工作物質(zhì)的海水,與外界相通,因此稱為開式循環(huán)開式循環(huán)。 (2 2)開式循環(huán)的優(yōu)點開式循環(huán)的優(yōu)點 在
26、在發(fā)電發(fā)電的同時,還可以獲得很多有用的的同時,還可以獲得很多有用的副產(chǎn)品副產(chǎn)品。 溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)后所留下的溫海水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)后所留下的濃縮水濃縮水,可用來提煉,可用來提煉 化工產(chǎn)品化工產(chǎn)品; 可以得到大量可以得到大量淡水淡水。 (3 3)開式循環(huán)的不足開式循環(huán)的不足 低溫低壓下海水的低溫低壓下海水的蒸氣壓很低蒸氣壓很低,為使汽輪發(fā)電機能在低壓,為使汽輪發(fā)電機能在低壓 下運轉(zhuǎn),下運轉(zhuǎn),機組機組必須造得十分必須造得十分龐大龐大。 開式循環(huán)的開式循環(huán)的熱效率很低熱效率很低,為減少損耗,不得不把各種,為減少損耗,不得不把各種裝置裝置 和管道和管道設(shè)計得設(shè)計得很大很大。 需要耗用需要耗用巨量巨量
27、的的溫海水和冷海水溫海水和冷海水,耗能嚴(yán)重,發(fā)電量的,耗能嚴(yán)重,發(fā)電量的 1/41/3 消耗于系統(tǒng)本身消耗于系統(tǒng)本身。 在在海洋深處海洋深處提取大量的冷海水,存在許多提取大量的冷海水,存在許多技術(shù)困難技術(shù)困難。 4、 閉式循環(huán)系統(tǒng)閉式循環(huán)系統(tǒng) (1)閉式循環(huán))閉式循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)用低沸點液體用低沸點液體(如液態(tài)氨)(如液態(tài)氨)作為工作介作為工作介 質(zhì)質(zhì),所產(chǎn)生的蒸氣作為工作流體。,所產(chǎn)生的蒸氣作為工作流體。 氨水的沸點氨水的沸點33,明顯低于水,更容易沸騰。,明顯低于水,更容易沸騰。 (2 2)閉式循環(huán)系統(tǒng)的特點)閉式循環(huán)系統(tǒng)的特點 缺點缺點:蒸發(fā)器和冷凝器要求高,:蒸發(fā)器和冷凝器要求高,耗資昂貴
28、耗資昂貴。 優(yōu)點優(yōu)點:蒸汽壓力提高數(shù)倍,:蒸汽壓力提高數(shù)倍,發(fā)電裝置體積變小發(fā)電裝置體積變小,而,而發(fā)電量可發(fā)電量可 達到工業(yè)規(guī)模達到工業(yè)規(guī)模。 閉式循環(huán)系統(tǒng)一提出,就得到廣泛的贊同和重視,成為目前閉式循環(huán)系統(tǒng)一提出,就得到廣泛的贊同和重視,成為目前 海水溫差發(fā)電的主要形式海水溫差發(fā)電的主要形式。 混合循環(huán)系統(tǒng)混合循環(huán)系統(tǒng)也是以低沸點的物質(zhì)為工質(zhì)。用溫海水閃蒸出也是以低沸點的物質(zhì)為工質(zhì)。用溫海水閃蒸出 來的低壓蒸汽來加熱低沸點工質(zhì)。既能產(chǎn)生新鮮淡水,又來的低壓蒸汽來加熱低沸點工質(zhì)。既能產(chǎn)生新鮮淡水,又 可減少蒸發(fā)器體積,節(jié)省材料,便于維護??蓽p少蒸發(fā)器體積,節(jié)省材料,便于維護。 5、 混合循環(huán)
29、系統(tǒng)混合循環(huán)系統(tǒng) 據(jù)據(jù)塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng),若將兩個不同的導(dǎo)體,若將兩個不同的導(dǎo)體/半導(dǎo)體電極分別置于海半導(dǎo)體電極分別置于海 洋洋表層溫海水表層溫海水和和深層冷海水深層冷海水中,電極間即可產(chǎn)生電壓。中,電極間即可產(chǎn)生電壓。 這種溫差發(fā)電方法,在具體實現(xiàn)上仍有很多困難,還停留在這種溫差發(fā)電方法,在具體實現(xiàn)上仍有很多困難,還停留在 設(shè)想階段。設(shè)想階段。 6、 直接溫差發(fā)電直接溫差發(fā)電 5.5.3 溫差發(fā)電的發(fā)展溫差發(fā)電的發(fā)展 v 1881 年,法國人最早提出利用海水溫差發(fā)電的設(shè)想;年,法國人最早提出利用海水溫差發(fā)電的設(shè)想; v 1948 年,法國在非洲象牙海岸建造了一座年,法國在非洲象牙海岸建造了
30、一座7MW 的開式循環(huán)海水溫差發(fā)電站。的開式循環(huán)海水溫差發(fā)電站。 v 1964 年,美國人提出了閉式循環(huán)方案。年,美國人提出了閉式循環(huán)方案。 v 1980 年,美國在夏威夷建造了一座年,美國在夏威夷建造了一座1MW 的實驗裝置。的實驗裝置。 世界第一座實用的海水溫差電站世界第一座實用的海水溫差電站 1979年,年,美國美國在夏威夷島西部海域在夏威夷島西部海域 世界最大的海水溫差電站世界最大的海水溫差電站 1990 年,年,日本日本在鹿兒島在鹿兒島 溫差發(fā)電的世界之最溫差發(fā)電的世界之最 世界最早的海水溫差發(fā)電實驗世界最早的海水溫差發(fā)電實驗 1926 年,年,克勞德克勞德在在法蘭西法蘭西科學(xué)院大廳
31、,科學(xué)院大廳, 世界第一座海水溫差電站世界第一座海水溫差電站 1930 年,年,克勞德克勞德在在古巴海濱古巴海濱 5.6 鹽差發(fā)電鹽差發(fā)電 海水中至少有海水中至少有 80 多種多種化學(xué)元素,主要以鹽類化合物存在,化學(xué)元素,主要以鹽類化合物存在, 在水里會電離成帶在水里會電離成帶正負(fù)電荷的兩類離子正負(fù)電荷的兩類離子。 鹽差能鹽差能就是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之就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(xué)電位差能,是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。間的化學(xué)電位差能,是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。 全球海洋的海水鹽度分布,參見全球海洋的海水鹽度分布,參見教材圖教材圖5.41。 河
32、流入??冢酗@著的鹽度差。河流入海口,往往有顯著的鹽度差。 1、 海水的鹽差和鹽差能海水的鹽差和鹽差能 據(jù)估計,假設(shè)只有降雨量大的地域的鹽度差才能利用,據(jù)估計,假設(shè)只有降雨量大的地域的鹽度差才能利用,技術(shù)技術(shù) 上可利用上可利用的約的約30 億千瓦億千瓦。 我國我國鹽差能的理論功率約鹽差能的理論功率約1.25105 MW,主要集中在各大,主要集中在各大 江河的出海處。江河的出海處。 同時,我國青海省等地還有不少同時,我國青海省等地還有不少內(nèi)陸鹽湖內(nèi)陸鹽湖可以利用??梢岳?。 海水的鹽差能的分布海水的鹽差能的分布 在在半透膜半透膜(水能通過水能通過,鹽不能鹽不能)隔開的有濃度差別的溶液之間,隔
33、開的有濃度差別的溶液之間, 低濃度低濃度溶液溶液透入高濃度透入高濃度溶液的現(xiàn)象,稱為溶液的現(xiàn)象,稱為滲透現(xiàn)象滲透現(xiàn)象。 發(fā)生滲透現(xiàn)象時,若在濃度大的溶液上施加一個機械壓強,發(fā)生滲透現(xiàn)象時,若在濃度大的溶液上施加一個機械壓強, 恰好能阻止稀溶液向濃溶液發(fā)生滲透,則該機械壓強就恰好能阻止稀溶液向濃溶液發(fā)生滲透,則該機械壓強就 等于這兩種溶液之間的等于這兩種溶液之間的滲透壓滲透壓。 5.6.2 滲透和滲透壓滲透和滲透壓 5.6.3 鹽差能發(fā)電的方法鹽差能發(fā)電的方法 滲透壓法滲透壓法,就是利用半透膜兩側(cè)的滲透壓,在,就是利用半透膜兩側(cè)的滲透壓,在不同鹽濃度不同鹽濃度的的 海水之間形成水位差,然后利用海
34、水從高處流向低處時提海水之間形成水位差,然后利用海水從高處流向低處時提 供的能量來發(fā)電,類似潮汐發(fā)電。供的能量來發(fā)電,類似潮汐發(fā)電。 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù): 半透膜技術(shù)半透膜技術(shù)和膜與海水間的和膜與海水間的流體交換技術(shù)流體交換技術(shù), 技術(shù)難點技術(shù)難點: 制造制造強度足夠強度足夠、性能優(yōu)良性能優(yōu)良、成本適宜成本適宜的半透膜。的半透膜。 5.6.3.1 滲透壓法滲透壓法 (1)強力滲壓發(fā)電)強力滲壓發(fā)電 在河水與海水之間建兩座水壩,壩間挖一個低于海平面的在河水與海水之間建兩座水壩,壩間挖一個低于海平面的 水庫。前壩內(nèi)安裝水輪發(fā)電機組,使河水與水庫相連;后水庫。前壩內(nèi)安裝水輪發(fā)電機組,使河水與水庫相連;
35、后 壩底部安裝半透膜滲流器,使水庫與海水相通。壩底部安裝半透膜滲流器,使水庫與海水相通。 水庫的水通過半透膜不斷流入海水中(水庫的水通過半透膜不斷流入海水中(為什么?為什么?),水庫),水庫 水位不斷下降,這樣河水就可以利用它與水庫的水位差沖水位不斷下降,這樣河水就可以利用它與水庫的水位差沖 擊水輪機旋轉(zhuǎn),并帶動發(fā)電機發(fā)電。擊水輪機旋轉(zhuǎn),并帶動發(fā)電機發(fā)電。 技術(shù)難點技術(shù)難點:在低:在低 于海平面的深坑于海平面的深坑 建造電站;能夠建造電站;能夠 抵抗腐蝕的半透抵抗腐蝕的半透 膜。膜。發(fā)展的前景發(fā)展的前景 不大。不大。 (2)水壓塔滲壓發(fā)電)水壓塔滲壓發(fā)電 水壓塔與淡水間用半透膜隔開。先由海水泵
36、向水壓塔內(nèi)充水壓塔與淡水間用半透膜隔開。先由海水泵向水壓塔內(nèi)充 入海水,運行時淡水從半透膜向水壓塔內(nèi)滲透,使水壓塔入海水,運行時淡水從半透膜向水壓塔內(nèi)滲透,使水壓塔 內(nèi)水位不斷上升,從塔頂水槽溢出,海水內(nèi)水位不斷上升,從塔頂水槽溢出,海水(經(jīng)管道經(jīng)管道) 沖擊水沖擊水 輪機旋轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機發(fā)電。輪機旋轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機發(fā)電。 在運行過程中,在運行過程中, 為了使水壓塔內(nèi)為了使水壓塔內(nèi) 的海水保持鹽度,的海水保持鹽度, 海水泵海水泵不斷向塔不斷向塔 內(nèi)打入海水內(nèi)打入海水。 (2)水壓塔滲壓發(fā)電)水壓塔滲壓發(fā)電 發(fā)出的電能,有一部分要消耗在裝置本身,如海水補充泵發(fā)出的電能,有一部分要消耗在裝置本身,如
37、海水補充泵 所消耗的能量、半透膜洗滌所消耗的能量。所消耗的能量、半透膜洗滌所消耗的能量。 濃差發(fā)電要投入實際使用,尚需要解決許多困難。例如濃差發(fā)電要投入實際使用,尚需要解決許多困難。例如 大面積的半透膜,和長距離的攔水壩,投資驚人。大面積的半透膜,和長距離的攔水壩,投資驚人。 半透膜要承受半透膜要承受2MPa的滲透壓,也難以制造。的滲透壓,也難以制造。 (3)壓力延滯滲透發(fā)電)壓力延滯滲透發(fā)電 壓力泵先把海水壓縮再送入壓力室。運行時淡水透過半透壓力泵先把海水壓縮再送入壓力室。運行時淡水透過半透 膜滲透到壓力室同海水混合。膜滲透到壓力室同海水混合。 混合后的海水和淡水與海水比具有較高的壓力,可以
38、在流混合后的海水和淡水與海水比具有較高的壓力,可以在流 入大海的過程中推動渦輪機做功入大海的過程中推動渦輪機做功 。 有公司預(yù)計有公司預(yù)計2015年滲透能發(fā)電可投入商業(yè),并可生物能、年滲透能發(fā)電可投入商業(yè),并可生物能、 潮汐能相競爭。潮汐能相競爭。 5.6.3.2 蒸汽壓法蒸汽壓法 同樣溫度下同樣溫度下淡水比海水蒸發(fā)得快淡水比海水蒸發(fā)得快,因此,因此海水一邊的飽和蒸汽海水一邊的飽和蒸汽 壓力要比淡水一邊低得多壓力要比淡水一邊低得多,在一個空室內(nèi)蒸汽會很快從淡水,在一個空室內(nèi)蒸汽會很快從淡水 上方流向海水上方并不斷被海水吸收,這樣只要裝上汽輪機上方流向海水上方并不斷被海水吸收,這樣只要裝上汽輪機 就可以發(fā)電了。就可以發(fā)電了。 蒸汽壓發(fā)電的最顯著的優(yōu)點是蒸汽壓發(fā)電的最顯著的優(yōu)點是不需要半透膜不需要半透膜,這樣就不存在,這樣就不存在 膜的腐蝕、高成本和水的預(yù)處理等問題
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