海洋能的开发与利用.ppt

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1、主讲人：严逸凡、冶志亮文字资料搜集：张文茂、袁晨 张斌、谢於超视频资料搜集：巫吉祥PPT制作：姚睿凯、严逸凡,海洋能,的开发和利用,目 录,一、什么是海洋能二、海洋能的特点三、海洋能的开发利用 1、潮汐能及其利用 2、波浪能及其利用 3、温差能及温差发利用 4、盐差能及盐差发电,世界已探明能源储量和可开采年限,石油：资源的储量为10195亿桶，可供开采43年，高成本油田可供人类开采240年；,天然气：埋藏量为144万亿立方米，可开采63年，高成本气田可供开采452年；,煤炭：埋藏量10316亿吨，可开采231年,一、什么是海洋能？,定义：蕴藏在海洋中的可再生能源。包括潮汐能、波浪能、海洋温差能

2、和海洋盐度差能,二、海洋能的特点（优缺点）,（1）总量大，密度小,（2）可再生,（3）污染小，是清洁能源,（4）时空分布不均,视频1：海洋能的利用,三、海洋能开发利用,1、潮汐能及利用,什么是潮汐能？,潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。潮汐能是以势能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴藏着巨大能量，这种能量是永恒的、无污染的能量。,视频2：潮汐的形成与潮汐能,潮汐能的利用,潮汐能利用的主要方式是发电。原理：潮汐发电利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。从能量的角度来看，就是将海水的势能和动能，通过水轮

3、发电机组转化为电能的过程。,选址条件:,选择浅窄的海峡、海湾和河口区域,潮差足够大-取决于河口喇叭形的形状,海岸能储蓄大量海水，并进行土建施工-口小腹大，地形平坦的地区,发电形式,单库单向电站：即只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电,单库双向电站：用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在平潮时不能发电,视频3：潮汐电站,双库双向电站：它是用二个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，这样前一个水库的水位总比后一个水库的水位高，故前者称为上水库，后者称为下水库。水轮发电机组放在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故可以全天发电。双库双向型，虽然可以连续发电，但经

4、济上不合算，未见实际应用。,前景与现状,由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。,世界上：最早-德国1912年建成的布苏姆潮汐电站,中国：广东顺德、东湾、山东乳山、上海崇明,视频4：爱尔兰大力开发潮汐能,世界上第一座潮汐电站是法国的郞斯河口电站，其装机容量为24千瓦。1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，总机容量为 3200千瓦 已并入华东电网运行。,我国潮汐能资源特点,一）蕴藏量十分可观。,二）中国潮汐能资源的地理分布十分不均匀。主要集中在华东沿海，其中以福建、浙江、上

5、海长江北支为最多，占中国可开发潮汐能的88%。,我国潮汐能资源特点,三）地形地质方面，中国沿海主要为平原型和港湾型两类，以杭州湾为界，杭州湾以北，潮差较小，且缺乏较优越的港湾坝址；杭州湾以南，港湾海岸较多，潮差较大，且有较优越的发电坝址。渐、闽两省沿岸为虽有丰富的潮汐能资源，但开发存在较大的困难，需着重研究解决水库的泥沙淤积问题。,思考,1、潮汐与水能发电工程建设的异同点是什么？,修建大坝；坝址选择口小腹大地区；潮汐电站建在河口海峡或海湾，水电站建在落差大的河段,2、沿海地区都能进行潮汐发电吗？,要有足够的潮差；要有储蓄大量海水的海岸；要有地形平坦，口小腹大的地区便 于土建工程建设,3、一天中

6、能进行几次的潮汐发电？,4次,2、波浪能及利用,什么是波浪能？,定义：波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述。,波浪,波浪,波浪,波浪,波浪能的优点,1.波浪能以机械能形式出现，是海能中品位最高的能量；,2.波浪能的能流密度最大，在太平洋、大西洋东海岸纬度4060区域，波浪能可达到3070kW/m，某些地方达100kW/m,3.

7、波浪能是海洋中分布最广的可再生能源大海里很难找到没有波浪的地方。,波浪能的利用,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。,如何利用波浪能？,波浪能利用的关键是波浪能转换装置。通常波浪能要经过三级转换：第一级为受波体，它将大海的波浪能吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量；第三级为发电装置，与其它发电装置类似。,波浪能装置千变万化，但通常具有两个部分：,转换装置,第一部分为采集系统，作用是俘获波浪能；采集系统的形式有振荡水柱式（OWC）、振荡浮子式（Buoy）、摆式(Pendulum)、鸭式(Duck)、筏式(Raft

8、)、收缩坡道式(Tapchan)、蚌式(Clam)等,视频：波浪发电1视频：波浪发电2,第二部分为转换系统，即把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或电能。转换系统有空气叶轮、低水头水轮机、液压系统、机械系统以及发电机等,国际上一些国家对波浪能的利用现状,爱尔兰Wavebob公司研制的装置在2005年现小比例的实海况实验，2006年开始正式发电。,荷兰的Teamwork Tech nology BV公司研制的AWS振荡浮子式波能装置（装机容量为2MW）,世界上第一个商业海浪发电厂“海蛇”位于葡萄牙北部海岸，2008年刚刚投入运转。“海蛇”的发电机是一个150米长的钢铰接结构，通过弯曲移动带动

9、水轮发电机发电，可产生750千瓦电量。,该装置名“水蟒”长约182米、宽约6米，由橡胶制成，其中充满海水。,每当有波浪经过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动，橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。脉冲汇集在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通过海底电缆传输出去。,国内对波浪能的利用现状,我国政府“十五”期间共投入经费435万，其中国家“十五”“863”计划支持120万，中国科学院知识创新工程支持300万，广东省科技计划项目支持15万，由中国科学院广州能源研究所研制一座波浪能独立发电系统。,我国的利用区域,首选浙江、福建沿岸应用为重点开发利用地区，其次是广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。这些地区具

10、有能量密度高、季节变化小、平均潮差小、近岸水较深、均为基岩海岸；具有岸滩较窄，坡度较大等优越条件，是波浪能源开发利用的理想地点，应做为优先开发的地区。,3、温差能及温差发电,海洋温差(ocean hermal energy)：又称海洋热能。是利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的能量。,什么是海洋温差能？,利用热带及亚热带海洋表层和深层海水间存在的温差发电。1881年，法国人达松伐耳提出海洋温差发电的设想。1930年，法国人G.克劳德在古巴建成陆基开式发电装置。1979年8月，一个名为“MINI-OTEC”的漂浮式海洋温差电站在美国夏威夷建成。这是世界上第

11、一个有净功率(15kW)输出的海洋温差发电装置。海洋温差能(也称海洋热能)十分稳定，无明显的昼夜变化，可开发量巨大，不需储能装置即可提供基本负荷所需电力。,温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层冷水中转移，从而做功发电。例如使用低沸点的二氧化硫、氨或氟利昂做介质，在表层温水热力作用下气化、沸腾，吹动透平机发电，再利用深层冷水把工作介质凝结成液态。使表层海水中的热能向深层冷水中转移，从而做功发电如此循环不息，保持发电机运行。,温差能发电机,发电原理,视频：温差发电,海洋温差发电采用兰金循环，其实际热效率约为2.5%。根据所用工质及流程的安排，分为闭式、开式和混合式循环。

12、,转换技术,开式循环系统,开式循环系统,开式循环系统图,开式循环不使用其他介质，不需要海水与工质的热交换，因此可以减少二次热交换而产生的热损失;也不会因为工质的泄漏而对环境造成破坏;结构相对简单。如果开式循环采用间壁式冷凝器，则可得到淡水。,闭式循环系统,闭式循环由于使用了低沸点工质，使整个装置、特别是透平机组的尺寸大大缩小，因此易于实现装置的小型化以及规模的大型化。没有不凝性气体对系统的影响。,通常采用低沸点工质(如丙烷、异丁烷、氛里昂、氨等)作为工作物质，吸收表层海水的热量而成为蒸汽，用来推动汽轮发电机组发电。做完功的低沸点工质再送进冷凝器，由深层的冷海水冷凝，通过泵把液态工质重新打入蒸发

13、器，然后用表层海水使工质再次蒸发而继续发电。,混合式循环系统是在闭式循环的基础上结合开式循环改造而成的。混合式循环系统有两种形式，一种是温海水先闪蒸，闪蒸出来的蒸汽在蒸发器内加热工质的同时被冷凝为淡水;另一种是温海水通过蒸发器加热工质，然后再在闪蒸器内闪蒸，闪蒸出来的蒸汽用从冷凝器出来的冷海水冷凝。混合式循环系统既可发电，又可产生淡水，具有开式循环和闭式循环的优点。,混合式(1)系统 混合式(2)系统,混合式循环系统,提升式循环和Kalina循环,提升式循环采用多微孔(约0.1微米孔径)组成的雾化器，用海洋温水作热源，一小部分水在雾化器中被蒸发，大部分水成雾状。于是，汽液两相流在底部和顶部的压

14、差下由提升管慢慢被提升到顶部的冷凝器，再由深海的冷水进行喷淋冷却，被冷却的水以其势能推动水轮机旋转，带动发电机发电.,Kalina 循环采用的工质是氨水混合物。氨水混合物通过蒸发器，一部分变为蒸汽，蒸汽通过气液分离器之后再进入汽轮机做工;从气液分离器中分离出来的液态氨水，在回热器内放热，预热将要进入蒸发器内的氨水工质，然后进入冷凝器，和从汽轮机出来的氨水工质一起被深层海水冷却。冷却的工质再次被泵打入预热器，然后进入蒸发器进行下一次循环。,温差发电的优点,国内分部,温差发电的现状,国外分部,美国:1979年8月美国在夏威夷建成第一座闭式Mini-OTEC装置是温差能利用的一个里程碑.这座50kw

15、级的电站不仅系统地验证了温差能利用的技术可行性，而且为大型化的发展取得了丰富的设计、建造和运行经验。Mini-OTEC的成功，引起了美国能源部的重视，并1981年在夏威夷建造了另一座被称为OTEC一1的1MW的以氨为工质的闭式实验装置。1993年太平洋高技术研究国际中心(PICHTR)在夏威夷建成210kw开式循环系统，净输出4050kw，并开始探索对于海水温差能的综合利用。PlCHTR还开发了利用冷海水进行空调、制冷及海水养殖等附属产业，在太平洋热带岛屿显示出良好的市场前景。,国外分部,日本:日本在海水温差能研究开发方面投资力度很大，并在海洋热能发电系统和换热器技术方面领先于美国。迄今日本共

16、建造了3座海水温差试验电站，均为岸基式。1980年6月，日本在瑙鲁共和国开始建造一座100kW闭式循环温差电站，并于1981年10月开始发电试验。1981年8月，九洲电力公司等又在鹿儿岛县的德之岛开始研建50kW的试验电站，并于1982年9月开始发电试验并运行到1994年8月为止。此外，佐贺大学还于1985年建造了一座75kW的实验室装置，并得到35kW的净功率。,世界各国主要项目简况,4、盐差能及盐差发电,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。主要存在与河海交接处。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

17、量密度最大的一种可再生能源。,什么是盐差能？,利用,利用大海与陆地河口交界水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直是科学家的理想。在本世纪70年代，各国开展了许多调查研究，以寻求提取盐差能的方法。,、渗透压法,、蒸汽压法,、反电渗析电池法,最新进展：瑞典Statkraft公司从1997年开始研究盐差能利用装置，2003年建成世界上第一个专门研究盐差能的实验室，2008年设计并建设一座功率为24kW的盐差能发电站。,发电应用：,我国盐差能资源的特点：,1、地理分布不均。长江口及其以南的大江河口沿岸的资源量占全国总量的92.5%，理论总功率达1.156108kW，其中东海沿海占69%，理论功率为0.861

18、08kW；,2、沿海大城市附近资源最富集，特别是上海和广东附近的资源量分别占全国的59.2%和20%；,3、资源量具有明显的季节变化和年际变化。一般汛期4-5个月的资源量占全年的60%以上，长江占70%以上，珠江占75%以上；,4、山东半岛以北的江河冬季均有1-3个月的冰封期，不利于全年开发利用。,盐差能转换技术世界研究技术进展,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，盐差能研究还处于实验室试验水准，离示范应用还有较长的路程。70年代至80年代，以色列和美国的科学家对水压塔和强力渗透系统均进行了实验研究，中国西安冶金建筑学院也于1985年对水压塔系统进行了试验研究。上水箱高出滲透器约10m，用30kg干盐可以工作8-14h，发电功率为0.9-1.2w。盐差能开发的技术关键是膜技术。除非半透膜的渗透流量能夠在目前水准的基础再提高一個数量级，并且海水可以不用经过预处理，否则，盐差能利用难以实现商业化。,提问时间,专家组：1、【潮汐能】张文茂 2、【波浪能】袁晨 3、【温差能】张斌 4、【盐差能】谢於超,谢谢大家！,