前景诱人的海洋能

辽阔浩瀚的海洋，不仅使人心旷神怡，而且使人迷恋和陶醉。然而，大 海最诱人的地方，还在于它蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生能 源。那波涛汹涌的海浪；一涨一落的潮汐；循环不息的海流；不同深度的水 温；河海水交汇处的盐度差……，都具有可以利用的巨大能量。另外，从占 地球表面积约 70％的海水中，还可以取得丰富的热核燃料和氢。 海洋能主要来源于太阳能。它的分布地域广阔，能量比较稳定，而且变 化有一定规律，可以准确预测。例如，海水温差和海流随季节而变化，而潮 汐的变化则具有一定的周期性。 目前，世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段，因而海洋 能属于有待开发利用的新能源。其中，对于潮汐能的开发技术比较成熟，已 进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能的利用处于试验研究阶段；海洋 热能的利用正在进行工程性研究；海流和盐度差能的利用，仅处于原理研究 阶段。 我国海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景十分广阔。全国大陆海 岸线长达一万八千多公里，还有五千多个岛屿，其海岸线长约一万四千多公 里，整个海域达 490 万平方公里。如果将我国的海洋能资源转换为有用的动 力值，至少可达 1.5 亿千瓦，相当于目前我国电力总装机容量的两倍多。在 海洋能的开发利用方面，当前我国还仅仅处于起步阶段，一些沿海地区先后 研制成了各种试验性的发电装置，并建成了试验性的潮汐电站，为今后进一 步开发利用海洋能源打下了初步的基础。 全世界海洋能的总储量，约为全球每年耗能量的几百倍甚至几千倍。这 种海洋能是取之不尽、用之不竭的新能源。在不远的将来，海洋能在造福于 人类方面，将发挥巨大而重要的作用。 海洋潮汐发电 你听说过吗？大海也会进行呼吸。 那一望无际、水天相连的海面上，万顷波涛汹涌，巨浪此起彼伏。奔腾 不息的海水，时而拍打海岸，激起雪白的浪花；时而又远离海岸，露出大片 的海滩。海水这种按一定时间作有规律的涨落活动，就好像海洋在有节奏地 进行“呼吸”，这就是人们常说的潮汐现象。 海洋的潮汐，是由于月亮、太阳对地球上海水的吸引力和地球的自转而 引起海水周期性、有节奏的垂直涨落现象。通常，将海水白天涨落叫“潮”， 晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。由于月亮离地球较近，它对海水的吸 引力约为太阳的 2.7 倍，因此月亮对海水的吸引力是产生潮汐的主要原因。 潮汐天天发生，循环不已，永不停息。 海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具 有很大的动能，随着海水水位的升高，就把大量海水的动能转化为势能；在 落潮过程中，海水又奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能又转化为动能。 海水在涨落潮运动中所蕴含的大量动能和势能，称为潮汐能。 相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中 的潮差比较小，一般仅有几十厘米，多的也只有一米左右。而喇叭状海岸或 河口的地区，潮差就比较大。例如，加拿大的芬地湾、法国的塞纳河口、我 国的钱塘江口、英国的泰晤士河口、巴西的亚马逊河口、印度和孟加拉国的 恒河口等，都是世界上潮差较大的地区。其中，芬地湾的最高潮差达 18 米， 是世界上潮差最大的地方。 海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大，潮汐能也越大。潮汐的能量 是非常巨大的，据初步计算，全世界海洋储藏的潮汐能约有 27 亿千瓦，每年 的发电量可达 33，480 万亿度。所以，人们把潮汐能称为“蓝色的煤海”。 随着科学技术的发展，人们已不满足于利用潮汐的力量来推动水车和水 磨了，而是要用潮汐能来发电。目前，世界上法国、英国、美国、加拿大、 独联体和阿根廷等许多国家都建造了潮汐发电站，其中以法国的朗斯潮汐电 站最大，它的总装机容量为 24 万千瓦。 潮汐发电的原理与一般的水力发电相似，是在海湾或有潮汐的河口上建 筑一座拦水堤坝，将入海河口和海湾隔开，建造一个天然水库，并在堤坝中 或堤旁安装水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水 轮机推动水轮发电机组发电。 总的来看，潮汐发电具有如下优点： (1)潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的，不占用耕地，也不像河 川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地。 (2)潮汐发电站不像河川水电站那样受洪水和枯水的影响，也不像火电站 那样污染环境，是一种不受气候条件影响的、干净的发电站。 (3)潮汐电站的堤坝较低，容易建造，投资也较少。 海浪发电 如果说潮汐象征着海洋在不停地进就行“呼吸”，那么海浪就是海洋不 断跳动着的脉搏。大海从来是不平静的，无风时它微波荡漾，有风时则巨浪 翻滚。那奔腾咆哮的海浪猛烈地拍击着海边的岩石，发出雷鸣般的轰响声， 激溅起高高的浪花。这是海浪在显示它那无穷的力量。 海浪的高度一般不超过 20 米，可是它冲击海岸时却能激起六、七十米高 的浪花。这浪花曾将斯里兰卡海岸上一个六米高处的灯塔击碎；拍打海岸的 激浪曾把法国契波格海港三吨半的重物抛过 60 米的高墙；在苏格兰，巨大的 海浪把 1350 吨的庞然大物移动了 10 米；在荷兰的阿姆斯特丹，一个 20 吨重 的海中混凝土块被海浪举起七米多高，又抛到距海面 1.5 米的防波堤上；1952 年，一艘美国轮船在意大利西部海面上被浪头劈成两半，一半抛上了海岸， 另一半冲到很远的海洋里。 由此可见，海浪蕴藏着巨大的能量。据测试，海浪对海岸的冲击力每平 方米达 20～30 吨，最大甚至可达 60 吨。因此，人们早在几十年前就开始研 究海浪能的利用，以便使它更好地为人类服务。 我国的黄海、东海的年平均波高 1.5 米，南海的平均波高一米，年平均 波周期为六秒，据此可以估算出，我国沿海的海浪能约为每米 20～40 千瓦， 总能量达 1.7 亿千瓦。全世界所具有的海浪能高达 25 亿千瓦，与潮汐能相近。 1964 年，日本研制成了世界上第一个海浪发电装置——航标灯。虽然这 台发电机发电的能力仅有 60 瓦，只够一盏灯使用，然而它却开创了人类利用 海浪发电的新纪元。 利用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，因而是 一种干净的发电技术。这种不占用任何土地，只要有海浪就能发电的方法， 特别适合于那些无法架设电线的海岛使用。 70 年代末期，日本研制成了一种大型海浪能发电船，并进行了海上试 验。它能发出 100～150 千瓦的电能，而且具有远离海岸的电力传输装置。这 艘发电船通常停泊在离岸三千米的海上，船长 80 米，宽 12 米，总重 500 吨， 停泊海域的水深 42 米，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。 英国 90 年代初期在苏格兰建成了一座发电能力为 75 千瓦的海浪发电 站。英国是继挪威、日本之后利用海浪发电的第三个国家。英国的爱丁堡大 学正在研制五万千瓦的海浪发电装置，而且还将在海岸以外的海面上建造海 浪能发电站。挪威的科学家大胆提出用人力制造大的波浪来进行发电；这将 使海浪发电的研究试验工作进入一个新阶段。 目前，世界上已有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电功率都 比较小，需要进一步改进完善。海浪能是人们从海洋中可以获得的重要能源， 也是一种急待开发利用的现代新型能源。 海水盐差发电 海水里面由于溶解了不少矿物盐而有一种苦咸味，这给在海上生活的人 用水带来一定困难，所以人们要将海水淡化，制取生活用水。然而，这种苦 咸的海水大有用处，可用来发电，是一种能量巨大的海洋资源。 在大江大河的入海口，即江河水与海水相交融的地方，江河水是淡水， 海水是咸水，淡水和咸水就会自发地扩散、混合，直到两者含盐浓度相等为 止。在混合过程中，还将放出相当多的能量。这就是说，海水和淡水混合时， 含盐浓度高的海水以较大的渗透压力向淡水扩散，而淡水也在向海水扩散， 不过渗透压力小。这种渗透压力差所产生的能量，称为海水盐浓度差能，或 者叫做海水盐差能。 海水盐差能是由于太阳辐射热使海水蒸发后浓度增加而产生的。被蒸发 出来的大量水蒸汽在水循环过程中，又变成云和雨，重新回到海洋，同时放 出能量。 由于海水盐差能的蕴藏量十分巨大，世界上许多国家如美国、日本、瑞 典等，都在积极开展这方面的研究和开发利用工作。我国也很重视海水盐差 能的开发利用，据估计，我国在河口地区的盐差能约有 1.6 亿千瓦。 海流能 顾名思义，海流就是海洋中的河流。浩瀚的海洋中除了有潮水的涨落和 波浪的上下起伏之外，有一部分海水经常是朝着一定方向流动的。它犹如人 体中流动着的血液，又好比是陆地上奔腾着的大河小溪，在海洋中常年默默 奔流着。海流和陆地上的河流一样，也有一定的长度、宽度、深度和流速。 一般情况下，海流长达几千公里，比长江、黄河还要长；而其宽度却比一般 河流要大得多，可以是长江宽度的几十倍甚至上百倍；海流的速度通常为每 小时 1～2 海里，有些可达到 4～5 海里。海流的速度一般在海洋表面比较大， 而随着深度的增加则很快减小。 风力的大小和海水密度不同是产生海流的主要原因。由定向风持续地吹 拂海面所引起的海流称为风海流；而由于海水密度不同所产生的海流称为密 度流。归根结底，这两种海流的能量都来源于太阳的辐射能。海流和河流一 样，也蕴藏着巨大的动能，它在流动中有很大的冲击力和潜能，因而也可以 用来发电。据估计，世界大洋中所有海流的总功率达 50 亿千瓦左右，是海洋 能中蕴藏量最大的一种。 我国海域辽阔，既有风海流，又有密度流；有沿岸海流，也有深海海流。 这些海流的流速多在每小时 0.5 海里，流量变化不大，而且流向比较稳定。 若以平均流量每秒 100 立方米计算，我国近海和沿岸海流的能量就可达到一 亿千瓦以上，其中以台湾海峡和南海的海流能量最为丰富，它们将为发展我 国沿海地区工业提供充足而廉价的电力。 利用海流发电比陆地上的河流优越得多，它既不受洪水的威胁，又不受 枯水季节的影响，几乎以常年不变的水量和一定的流速流动，完全可成为人 类可靠的能源。 海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再变换成高速，带动 发电机发电。目前，海流发电站多是浮在海面上的。例如，一种叫“花环式” 的海流发电站，是用一串螺旋桨组成的，它的两端固定在浮筒上，浮筒里装 有发电机。整个电站迎着海流的方向漂浮在海面上，就像献给客人的花环一 样。这种发电站之所以用一串螺旋桨组成，主要是因为海流的流速小，单位 体积内所具有能量小的缘故。它的发电能力通常是比较小的，一般只能为灯 塔和灯船提供电力，至多不过为潜水艇上的蓄电池充电而已。 美国曾设计过一种驳船式海流发电站，其发电能力比花环式发电站要大 得多。这种发电站实际上就是一艘船，因此叫发电船似乎更合适些。在船舷 两侧装着巨大的水轮，它们在海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。 所发出的电力通过海底电缆送到岸上。这种驳船式发电站的发电能力约为五 万千瓦，而且由于发电站是建在船上，所以当有狂风巨浪袭击时，它可以驶 到附近港口躲避，以保证发电设备的安全。 70 年代末期，国外研制了一种设计新颖的伞式海流发电站，这种电站也 是建在船上的。它是将 50 个降落伞串在一根很长的绳子上来聚集海流能量 的，绳子的两端相连，形成一个环形。然后，将绳子套在锚泊于海流的船尾 的两个轮子上。置于海流中的降落伞由强大海流推动着，而处于逆流的伞就 像大风把伞吸胀撑开一样，顺着海流方向运动。于是拴着降落伞的绳子又带 动船上两个轮子，连接着轮子的发电机也就跟着转动而发出电来，它所发出 的电力通过电缆输送到岸上。 海水温差能 辽阔的海洋，是一个巨大的“储热库”，它能大量地吸收辐射的太阳能， 所得到的能量达 60 万亿千瓦左右；它又是一个巨大的“调温机”，调节着海 洋表面和深层的水温。 海水的温度随着海洋深度的增加而降低。这是因为太阳辐射无法透射到 400 米以下的海水，海洋表层的海水与 500 米深处的海水温度差可达 20℃以 上。通常，将深度每增加 100 米的海水温度之差，称为温度递减率。一般来 说，在 100～200 米的深度范围内，海水温度递减率最大；深度超过 200 米后， 温度递减率显著减小；深度在 1000 米以上时，温度递减率则变得很微小。 海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能，或 称海洋热能。利用海水温差能可以发电，这种发电方式叫海水温差发电。 现在新型的海水温差发电装置，是把海水引入太阳能加温池，把海水加 热到 45～60℃，有时可高达 90℃，然后再把温水引进保持真空的汽锅蒸发进 行发电。 用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡 化功能。一座 10 万千瓦的海水温差发电站，每天可产生 378 立方米的淡水， 可以用来解决工业用水和饮用水的需要。另外，由于电站抽取的深层冷海水 中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场 所，可以增加近海捕鱼量。

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