清潔能源概論-課件-第4章-水能

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4.1概述4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第四章水能水能資源（

hydropowerresources）是指水體的動(dòng)能、勢能和壓力能等能量資源。水能資源有廣義、狹義之分。廣義概念：廣義的水能資源包括河流的水能、潮汐水能、波浪能、海流能等。狹義概念：狹義的水能資源是指河流的水能資源，是河流中自由流動(dòng)的能量。我們通常所說的水能資源是指狹義的水能資源，即就是河流流動(dòng)的能量資源。4.1概述一、水能的概念4.1.1我國水能資源的特點(diǎn)水能：水的機(jī)械能有動(dòng)能和勢能兩類，而水的勢能又分為位置勢能和壓力勢能。水的位置勢能是水的重力勢能，是由重力作用引起的。天然水的壓力勢能主要是由水在流動(dòng)方向上的水壓和大氣壓引起的。如果假設(shè)天然水在流動(dòng)方向上的水壓不變，水的壓力勢能主要是大氣壓引起的。大氣壓隨海拔的升高而減小，水由高處流往低處，水的壓力勢能增加。對于匯流入海的水體，由于水深的大大增加，單位體積水的表面積減小，水表面由于大氣壓引起的壓力減小，水的壓力勢能也減小；因此，從水源到最后匯流入海，可以認(rèn)為單位體積水體的壓力勢能變化相對于重力勢能的變化很小。4.1概述4.1.1我國水能資源的特點(diǎn)一、水能的概念水能：水的動(dòng)能是由于水流動(dòng)而產(chǎn)生的能量。雨水落在地上，由于重力作用向低處流，水的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的動(dòng)能和水的壓力勢能。由雨水補(bǔ)給的天然水流的機(jī)械能是由水體最初的相對于低處某水位的重力勢能而產(chǎn)生的。此外，由壤中流和地下水源進(jìn)入河流補(bǔ)給地表水的水體，會匯入水的動(dòng)能和壓能轉(zhuǎn)變的動(dòng)能，補(bǔ)給水量的同時(shí)也補(bǔ)充地表河流的水能。4.1概述4.1.1我國水能資源的特點(diǎn)一、水能的概念4.1概述二、我國的水能資源四大特點(diǎn)水能資源總量豐富，但人均占有量較低水能資源空間分布不均衡江、河流來水量的年內(nèi)和年際變化大，水能資源時(shí)間分布不均水能資源的開發(fā)利用程度較低4.1.1我國水能資源的特點(diǎn)4.1概述三、我國的海洋能源4.1.1我國水能資源的特點(diǎn)中國有一個(gè)廣闊的海域，大陸的海岸線超過18000公里，海域面積超過470萬平方公里。廣闊的海域提供了非常豐富的海洋能源。如清潔的可再生能源（主要包括海流能、潮汐能、溫差能、波浪能，鹽差能和海洋生物質(zhì)能。更廣義的海洋能還包括海上風(fēng)能、太陽能等海洋表面蓄積的能源），海洋能源具有良好的前景。特別是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)是主要的能量消耗區(qū)域，為了使能源利用最大化，應(yīng)縮短輸電距離，則該地區(qū)的負(fù)荷與發(fā)電站距離比較近，這也促使沿海地區(qū)大力發(fā)展海洋能源。4.1概述4.1.2水能的轉(zhuǎn)化及利用一、淡水的轉(zhuǎn)化利用水電作為重要“綠色”能源，是水力資源利用的有效途徑，為世界各國所重視。在國際權(quán)威性會議或論壇上，不論是1992年里約熱內(nèi)盧各國首腦會議通過的可持續(xù)發(fā)展全球行動(dòng)計(jì)劃(《21世紀(jì)議程》)，還是2002年約翰內(nèi)斯堡峰會上關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的文件，或是2003年京都全球水論壇，都明確地把水電列入可再生能源之列。我國擁有世界上最豐富的水能資源，水電的開發(fā)利用自然受到廣大學(xué)者的關(guān)注[4]。為了緩解經(jīng)濟(jì)快速增長產(chǎn)生的能源危機(jī)和環(huán)境污染，大力發(fā)展水電是21世紀(jì)我國采取的重要措施。水電作為一種清潔的可再生能源，不但能夠提供電力，而且具有防洪、灌溉、航運(yùn)、旅游等綜合利用效益，更有利于節(jié)約煤炭、石油資源，減少環(huán)境污染，因此，大力開發(fā)水電是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。4.1概述4.1.2水能的轉(zhuǎn)化及利用二、海洋能的轉(zhuǎn)化利用海洋擁有巨大的未開發(fā)能量。盡管20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)增加了人們對海洋能源的興趣，但相對來說，很少有人將其視為可行的能源替代品。事實(shí)上，水力發(fā)電大壩是眾所周知的大規(guī)模生產(chǎn)水基能源，但海洋也是一種高度可開發(fā)的水基能源。海洋能源有多種形式，如地?zé)嵬L(fēng)口，洋流和海浪。到目前為止研究的商業(yè)上最可行的資源是洋流和海浪，它們都經(jīng)歷了有限的商業(yè)開發(fā)。據(jù)估計(jì)，海洋和潮汐流的總能耗約為5TW，與世界總耗電量相當(dāng)。整個(gè)海洋中有大約8,000-80,000TWh/年或1~10TW的波浪能，波浪能提供“每平方米可用能量比風(fēng)能或太陽能多15-20倍”。4.1概述4.1.3水能的發(fā)展概況根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，我國水能資源可開發(fā)裝機(jī)容量約660GW，年發(fā)電量約3萬億kW?h，按利用100年計(jì)算，相當(dāng)于1000億t標(biāo)準(zhǔn)煤，在常規(guī)能源資源剩余可開采總量中僅次于煤炭。經(jīng)過多年發(fā)展，我國水力發(fā)電裝機(jī)容量和年發(fā)電量已突破300GW和1萬億kW?h，分別占全國的20.9%和19.4%，水力發(fā)電工程技術(shù)居世界先進(jìn)水平，形成了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、裝備制造、運(yùn)行維護(hù)等全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力。我國水能資源總量、投產(chǎn)裝機(jī)容量和年發(fā)電量均居世界首位，與80多個(gè)國家建立了水力發(fā)電規(guī)劃、建設(shè)和投資的長期合作關(guān)系，是推動(dòng)世界水力發(fā)電發(fā)展的主要力量。目前，全球常規(guī)水力發(fā)電裝機(jī)容量約1000GW，年發(fā)電量約4萬億kW?h，開發(fā)程度為26%（按發(fā)電量計(jì)算）。發(fā)達(dá)國家水能資源開發(fā)程度總體較高，如瑞士達(dá)到92%、法國88%、意大利86%、德國74%、日本73%、美國67%；發(fā)展中國家水力發(fā)電開發(fā)程度普遍較低，如我國水力發(fā)電開發(fā)程度為37%，與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距，還有較廣闊的發(fā)展前景。今后全球水力發(fā)電開發(fā)將集中于亞洲、非洲、南美洲等資源開發(fā)程度不高、能源需求增長快的發(fā)展中國家，預(yù)測2050年全球水力發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)2050GW。4.1概述4.1.3水能的發(fā)展概況4、水能資源開發(fā)的問題生態(tài)環(huán)保壓力不斷加大移民安置難度持續(xù)提高水力發(fā)電開發(fā)經(jīng)濟(jì)性逐漸下降抽水蓄能規(guī)模亟待增加4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用

一、海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）方案設(shè)計(jì)和原理分析

二、海洋能發(fā)電系統(tǒng)效率分析一、海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）方案設(shè)計(jì)和原理分析4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用海洋能源的綜合利用主要由海洋能源組成三部分，包括波浪能供應(yīng)系統(tǒng)，太陽能池塘集熱系統(tǒng)和海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）系統(tǒng)，如圖4-1所示。

、系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用在上圖波浪能供應(yīng)中系統(tǒng)中，波能可以轉(zhuǎn)換成電能為系統(tǒng)中的泵提供動(dòng)力。海水被提取出來從泵1送到太陽池的溫水箱集熱系統(tǒng)，由熱交換器加熱太陽池的對流層低層（低層的溫度）對流層可以達(dá)到90°C），然后是高溫海水被送入熱電發(fā)電系統(tǒng)。在里面熱電發(fā)電系統(tǒng)，高溫海水首先進(jìn)入閃光室。在低壓環(huán)境中，一些高溫海水迅速蒸發(fā)成蒸汽蒸發(fā)室，保持未蒸發(fā)的高溫海水回到溫水箱循環(huán)利用。該蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)室并加熱低沸點(diǎn)通過蒸發(fā)器盤管點(diǎn)流體。加熱后，蒸汽液化將淡水儲存在淡水箱中。加熱的液體是加熱煮沸并蒸發(fā)形成高壓蒸汽，并且高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。流體流入冷凝器冷卻和冷凝，并且冷凝的液體流體被送入蒸發(fā)室回收。

、系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用波浪能供電系統(tǒng)的建設(shè)和成本比其他發(fā)電設(shè)備較低。動(dòng)能和海洋表面波的潛在能量可以通過波能量供應(yīng)的初級轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成其他形式能量。吸收波能的裝置采用振蕩浮動(dòng)式，該方式具有效率高的優(yōu)點(diǎn)。通過波浮子振蕩獲得的能量可以通過中間轉(zhuǎn)換部分的液壓轉(zhuǎn)換裝置穩(wěn)定傳播，中間轉(zhuǎn)換階段的穩(wěn)定能量傳輸?shù)蕉无D(zhuǎn)換階段，并在此階段轉(zhuǎn)換成電能，二次轉(zhuǎn)換階段由液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)組成，如圖4-2所示。

、波浪能供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用太陽池是一個(gè)鹽水池，逐漸增加鹽度。它可以抑制垂直方向自然對流減少的熱量損失，以及間歇性和不穩(wěn)定的太陽能能量可以變成一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的熱源。我們使用的非對流太陽池由三層組成。表面是對流層上部，鹽度和溫度較低，非常薄，接近大氣溫度。中間層稱為非對流區(qū)且鹽溫度隨深度增加而增加，太陽池的底部稱為對流層低層，它也是儲熱層，具有最高的溫度和鹽度，并接近飽和鹽水，主要作用是吸熱和儲存，如圖4-3所示。

、太陽能池集熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用為了防止太陽在池墻壁頂部的移動(dòng)和池的坍塌，池壁設(shè)計(jì)為一個(gè)斜坡，比例坡度是1：1。太陽池深度的選擇取決于對儲熱的要求。太陽輻射強(qiáng)度隨著水深呈現(xiàn)指數(shù)下降，僅水深80厘米的輻射強(qiáng)度是太陽池表面的27.6％。很明顯，太陽能池表面可以傳遞更多的輻射能量到泳池，但它只能提供更薄的保溫。雖然更深的太陽池底部獲得更少的輻射能量，但其隔熱層較厚且保溫性能較好。因此，太陽池設(shè)計(jì)為2~5米，它可以長時(shí)間儲存大量的熱量，并且具有低熱損失和高儲存效率。吸熱組件在太陽池的底部。太陽池底部的涂層采用黑色吸熱材料，可吸收太陽輻射并將水溫提高到90°C以上，

、系統(tǒng)條件選擇二、海洋能發(fā)電系統(tǒng)效率分析4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用為了使循環(huán)流體氨在蒸發(fā)器中具有足夠的過熱度并且在冷凝器中具有足夠的過冷度，保證熱海水溫度降低2°C，冷海水溫度增加2°C。根據(jù)海水的實(shí)際溫度和蒸發(fā)器與冷凝器之間熱交換的工作過程，每個(gè)鏈路的溫度設(shè)置如下表4-1所示。

、系統(tǒng)條件選擇位置溫度，

°C溫水箱入口25溫水箱出口60蒸發(fā)器入口60蒸發(fā)器出口60冷凝器入口

25冷凝器出口254.2水能的開發(fā)與應(yīng)用氨循環(huán)系統(tǒng)的溫度時(shí)間（T-S）圖如圖4-4所示，可以通過檢查獲得圖4-4中每個(gè)點(diǎn)的參數(shù)。

、OTEC系統(tǒng)的計(jì)算4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用圖4-4中各點(diǎn)的物理性質(zhì)如表4-2所示。

、OTEC系統(tǒng)的計(jì)算位置點(diǎn)壓強(qiáng)

溫度焓值熵值干燥度12.61601469.704.6621.03251346.984.660.931.0325298.251.1242.6126.5305.751.1252.6160472.791.674.2水能的開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)表4-2中的數(shù)據(jù)，Rankine循環(huán)效率為系統(tǒng)計(jì)算如下：

、OTEC系統(tǒng)的計(jì)算發(fā)電機(jī)效率

設(shè)定為0.9。渦輪效率

設(shè)置為0.8。系統(tǒng)總效率為：4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)電機(jī)功率設(shè)定為100kW，蒸發(fā)器傳熱為：

、海水泵能耗計(jì)算海水流動(dòng)時(shí)的流量：冷凝器傳熱為：假設(shè)溫暖的海水的特征溫度是入口和出口溫度的平均值蒸發(fā)器和冷海水的特征溫度溫度是出口和入口溫度的平均值冷凝器，表4-2顯示了該特征溫暖的海水溫度為58.5，比熱容在恒定壓力下為

，特征溫度冷海水的溫度為26.5°C，恒壓下的比熱為

。溫暖海水的流量為：4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用冷海水流量：

、海水泵能耗計(jì)算海水該系統(tǒng)的主要能耗是溫暖的海水泵1和冷海水泵2能耗，溫水泵的功率由泵功率計(jì)算。計(jì)算公式如下：其中

是溫暖海水的流量，h是泵的升力，

是泵效率為0.6。冷海水泵的能耗是：4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用溫暖的海水和冷海水泵的功耗是：

、海水淡化效率

是蒸發(fā)器的傳熱，

是蒸發(fā)潛熱，閃蒸室的流量為：溫暖海水的特征溫度為58.5°C，汽化潛熱為

，海水閃蒸比為：太陽能池和波浪能發(fā)電系統(tǒng)被用作OTEC的輔助系統(tǒng)，可以提高OTEC的效率。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用

、優(yōu)勢分析(1)、該系統(tǒng)使用混合的OTEC，可以解決電力和水的問題。提供多種產(chǎn)品可以提高系統(tǒng)的整體效率。(2)、利用太陽能提高溫水溫度，提高閃光比，減少閃光量。降低了冷水管道的建設(shè)成本，降低了冷水泵的能耗。(3)、當(dāng)太陽能足以確保夜間或陰天的供暖需求時(shí)，太陽能池可儲存能量，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。(4)、利用豐富的海浪能量可以獲得OTEC系統(tǒng)中海水泵的功率，從而降低OTEC對外部電源的依賴，甚至實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的能量自給自足。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.1淡水能淡水資源是水能資源的一種，指陸地上的淡水資源。它是由江河及湖泊中的水、高山積雪、冰川以及地下水等組成的。其中河流水能在淡水能中占比較大，河流水能指陸地上的河流中所蘊(yùn)藏的水能資源，范圍比水能資源小。在世界上可再生能源中，河流水能資源的開發(fā)利用較早，技術(shù)也已經(jīng)很成熟，利用效率得到了很大提高，經(jīng)濟(jì)效益也較其他能源更加突出?？梢詫⑺苜Y源劃分為三類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：一是水能資源理論蘊(yùn)藏量，二是技術(shù)可開發(fā)水能資源，三是經(jīng)濟(jì)上可開發(fā)水能資源，三者通常用裝機(jī)容量或年發(fā)電量表達(dá)。河流水能資源的理論蘊(yùn)藏量的計(jì)算公式為：其中，N為水能蘊(yùn)藏量，千瓦(kW)；Q為年平均徑流量，m3/s；H為河流落差，單位是米(m)。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能海洋能一般是指海洋中含有可再生的自然能量。主要包括海流能、潮汐能、溫差能、波浪能，鹽差能和海洋生物質(zhì)能。更廣義的海洋能還包括海上風(fēng)能、太陽能等海洋表面蓄積的能源。1、溫差能指的是海洋表層海水和深海水溫差的熱量2、潮汐能是指海水的潮汐漲落之間形成的潛在能量3、波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢能4、鹽差能是以海洋能的化學(xué)形式出現(xiàn)的4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能一、海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）

OTEC的歷史和現(xiàn)狀：OTEC用于發(fā)電的概念是由法國物理學(xué)家Mr.JaquesD’Arsoval于1881年提出的，表4-3總結(jié)了多年來OTEC在世界不同地區(qū)的發(fā)展。1995佐賀大學(xué)開始測試新的4.5KW循環(huán)裝置（Kalina循環(huán)，Uehara循環(huán)）1997印度國家海洋技術(shù)研究所（NIOT）就OTEC研究簽署合作備忘錄2003佐賀大學(xué)在日本佐賀縣伊萬里市完成30KW多用途OTEC發(fā)電廠2005OPOTEC（促進(jìn)海洋熱能轉(zhuǎn)換組織）在日本佐賀成立2013在日本的久米島（KumejimaIsland）建造了一座1.25兆瓦的OTEC發(fā)電廠，該島為該島的總用電量提供了10％的電力消耗4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能

OTEC工作原理：用泵將海水送至蒸發(fā)器，泵由25至30℃的熱表面水加熱，并蒸發(fā)至蒸汽。然后蒸汽轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)并啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而發(fā)電。典型的閉環(huán)OTEC系統(tǒng)如圖4-5所示。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能在開放循環(huán)的OTEC系統(tǒng)中，溫暖的海水被用作工作流體。并在真空室中蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸汽。蒸汽通過低壓渦輪機(jī)膨脹，該渦輪機(jī)連接到發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電力。離開渦輪機(jī)的蒸汽然后通過冷水管將深海水冷凝。如果在系統(tǒng)中使用表面冷凝器，則冷凝蒸汽保持與冷海水分離并提供淡化水。循環(huán)的示意圖如圖4-6所示。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能

未來發(fā)展前景OTEC工廠的選址標(biāo)準(zhǔn)：對于OTEC設(shè)備產(chǎn)生大量功率，表面和深海水之間的溫差必須至少為20°C。因此，用于OTEC設(shè)備操作的合適場地必須具有至少700米或更大的海洋深度。OTEC能源的潛力：通過計(jì)算OTEC可以開采多少能量。DSW（海水深度）的多工業(yè)應(yīng)用：除供電外，OTEC還能夠?yàn)槠溥\(yùn)行提取大量的DSW。它溫度低，礦物質(zhì)豐富，無病原體，穩(wěn)定。其開發(fā)產(chǎn)品有如下用途——用作空調(diào)或附近溫室的冷卻源；生產(chǎn)高質(zhì)量的礦泉水；由于其營養(yǎng)價(jià)值，DSW可有效用于水產(chǎn)養(yǎng)殖；由于DSW比表面海水更純凈和更清潔，因此通過直接利用DSW可以減小提取鋰材料的成本；DSW的營養(yǎng)特性也使其成為食品，而化妝品和制藥行業(yè)的一些元素也來自DSW。挑戰(zhàn)：開發(fā)商業(yè)規(guī)模的陸基OTEC工廠的主要挑戰(zhàn)是成本，4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能（1）潮汐能的工作原理：潮汐能來源于天體運(yùn)動(dòng)，直接受地球與太陽、月球之間的引力影響。由于月球?qū)Φ厍虻囊偷厍蜃陨碜赞D(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力影響，絕大部分潮汐每日產(chǎn)生兩次，這種被稱作半日潮。月球每29.5天繞地球一周，這稱作月球周期，期間引力的變化會帶來潮汐潮高潮位的不同，形成大小潮。按潮汐周期和潮汐形態(tài)系數(shù)兩種方法進(jìn)行分類，即半日潮、全日潮和混合潮。從海洋運(yùn)動(dòng)中提取潮汐能的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并以商業(yè)規(guī)模運(yùn)行，在潮汐資源的過程中，發(fā)電方式有多種，主要分為：單庫雙向開發(fā)、單庫單向開發(fā)和雙庫單向開發(fā)，如下圖4-7所示。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能

單庫雙向開發(fā)方式。在漲潮、落潮階段都發(fā)電，目前應(yīng)用最廣泛的是此種方式，最適應(yīng)自然潮汐過程。

單庫單向開發(fā)方式。機(jī)組只在漲潮或者落潮時(shí)發(fā)電。由于漲潮發(fā)電潮汐能的利用率較落潮發(fā)電的低，多采用是落潮發(fā)電。

雙庫單向開發(fā)方式。與上述兩種方式不同，采用此類發(fā)電方式的潮汐能電站具有兩個(gè)相連的水庫，兩個(gè)水庫間的水位差作為機(jī)組發(fā)電水頭。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能（2）潮汐能史：從11世紀(jì)開始，在英國和法國河流已被用于驅(qū)動(dòng)碾磨谷物的磨輪。在20世紀(jì)60年代的LaRance，法國使用10個(gè)240kW燈泡渦輪機(jī)委托建造了第一個(gè)商業(yè)潮汐攔河壩系統(tǒng)。（3）資源潛力：全球海洋能源估計(jì)約為400萬兆瓦。如果開發(fā)得當(dāng)，年產(chǎn)量可能超過2020年預(yù)計(jì)的世界電力消耗量的15％左右。許多可以開發(fā)的水能站點(diǎn)尚未進(jìn)行檢查或調(diào)查。世界銀行預(yù)計(jì)，到2040年，發(fā)展中國家將需要500萬兆瓦的新電力，潮流發(fā)電可能是一個(gè)非常適合的機(jī)會。(4)潮汐能的優(yōu)勢：作為一種可再生資源，潮流可以預(yù)測，幾十年來精度在98％以內(nèi)。未來幾年，潮汐流可在幾分鐘內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測。潮流與風(fēng)，霧，雨和云等主要天氣條件無關(guān)，不會影響潮流的預(yù)測。太陽能發(fā)電是受雨，云和霧的影響。風(fēng)力渦輪機(jī)受到平靜天氣的影響，而潮汐周期與月亮的上升有關(guān)。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能（5）潮汐能的應(yīng)用：海洋污染長期以來一直是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題。海水凈化是一個(gè)重要問題。學(xué)者們提出了一種新的內(nèi)陸水凈化方法，即利用潮汐能，通過安裝封閉的可滲透路堤或人工瀉湖來凈化水質(zhì)?；旧?，內(nèi)陸湖泊的能源利用有兩種形式。一個(gè)是在人工瀉湖的海床上使用一個(gè)充氣袋，如圖4-8所示，另一個(gè)是在堤壩的海中使用浮子。簡而言之，人工瀉湖與堤壩之間或人工瀉湖與堤壩駁船之間的水位均衡改變了人工瀉湖中的水位，并產(chǎn)生水流通過人工瀉湖的可滲透堤壩。通過人工瀉湖路堤中的石塊和巖石之間的空隙流動(dòng)通過利用生物效應(yīng)減少了水污染。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能內(nèi)陸人工瀉湖原理示意圖。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能潮汐能的應(yīng)用中介紹了兩種類型的能源利用系統(tǒng)。在這兩個(gè)系統(tǒng)中，學(xué)者在封閉的水域或靠近海洋的湖泊中建造了一個(gè)人工瀉湖。在一個(gè)系統(tǒng)中，將一個(gè)充氣袋放在人工瀉湖中。在另一個(gè)系統(tǒng)里，學(xué)者在海中放置了一個(gè)浮子。袋子和浮子分別連接到大海和瀉湖。如果使用袋子，海水根據(jù)潮汐通過連接管流入和流出。如果在海中使用浮子，由于潮汐引起的浮子的上下運(yùn)動(dòng)，淡水通過管道流入和流出。即袋的膨脹和收縮以及浮子的上下運(yùn)動(dòng)引起瀉湖中水位的上下。瀉湖中的水位變化在瀉湖的可滲透堤岸中產(chǎn)生水流。由于可滲透堤作為生物過濾器起作用，水被水流凈化。為了避免混淆，學(xué)者給出了四個(gè)系統(tǒng)的理論，即“海中的浮子”，“人工瀉湖中的浮子”，“海中的袋子”和“人工瀉湖中的袋子”。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能A.海中的浮子在淡水湖中的人工瀉湖與海洋中的浮體之間的水流示例。使用浮體的系統(tǒng)如圖4-9所示。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能B.人工瀉湖中的浮子在淡水湖中的人工瀉湖與海洋中的浮體之間的水流示例。使用浮體的系統(tǒng)如圖4-10所示。4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能C.海中的袋子淡水湖中的人工瀉湖和海洋中的袋子之間的水流示例，使用袋子的系統(tǒng)如圖4-11所示4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能二、潮汐能D.人工瀉湖的袋子淡水湖中的人工瀉湖和海洋中的袋子之間的水流示例，使用袋子的系統(tǒng)如圖4-12所示4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能三、波浪能波浪能是由海水受風(fēng)的作用產(chǎn)生，以機(jī)械能形式存儲。風(fēng)擾動(dòng)海水形成波浪，因此波浪能歸根結(jié)底來源于太陽能。通常太陽傳送給波浪的能量比率很低，但經(jīng)過長距離的傳輸，波浪能逐漸增加，總量可觀。與太陽能和風(fēng)能等可再生能源相比，波浪能具有能流密度大、持續(xù)時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的開發(fā)前景。一般來說波浪能發(fā)電裝置有三級轉(zhuǎn)換方式(應(yīng)用直線發(fā)電機(jī)時(shí)只有兩級轉(zhuǎn)換)，第一級主要通過與波浪直接接觸的浮體吸收波浪的能量，第二級將浮體的運(yùn)動(dòng)增速或者轉(zhuǎn)換成液壓能，第三級將機(jī)械能或液壓能轉(zhuǎn)換成電能等。(1)波浪能發(fā)電裝置波浪能發(fā)電裝置一般有如下三種分類方法：

根據(jù)裝置是否系泊可以分為漂浮式、固定式；4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能三、波浪能

根據(jù)波浪吸收原理不同可分為振蕩水柱式(OscillatingWaterColumn，OWC)、擺式(Pendulum)、筏式(Raft)、收縮波道式(TaperedChannelWavePowerDevice)、點(diǎn)吸收(振蕩浮子式)(PointAbsorber)、鴨式(Duck)等[29]；

按照裝置投放點(diǎn)差異可分為岸式(Shoreline)、近岸式(Near-shore)、海上式(Offshore)。按照波浪的吸收原理劃分波浪能發(fā)電裝置較為普遍，裝置的吸收效率、工作環(huán)境和內(nèi)部構(gòu)造與吸收原理緊密相關(guān)。(2)波浪能發(fā)電技術(shù)難點(diǎn)研究波浪能開發(fā)利用時(shí)，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，使得波浪能發(fā)電裝置仍然處于待成熟階段，目前面臨的主要問題有：4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.2海洋能三、波浪能1、波浪的隨機(jī)性導(dǎo)致波浪能整體利用率偏低2、極端惡劣環(huán)境導(dǎo)致波浪能發(fā)電裝置可發(fā)電率低3、真實(shí)海域中的海浪頻率與發(fā)電機(jī)工作的頻率不能匹配4.2水能的開發(fā)與應(yīng)用4.2.3水能的發(fā)展前景1.國家新能源發(fā)展趨勢近年來，我國對能源的需求也越來越大，雖然能源產(chǎn)量有較大幅度提升，但是供需缺口依舊很大，我國能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀不容樂觀，能源發(fā)展面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)；以煤炭為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局不合理，能源開發(fā)利用技術(shù)水平總