海洋能发展现状及展望

张学超1　李向峰2　史玉锋3　王延刚4

（1.威海市海洋环境监测中心，山东 威海 264200；2.中国人民解放军空军济南航空四站装备修理厂，山东 济南 250000；

3.国网山东乳山市供电公司，山东 威海 264200；4.山东大学〈威海〉，山东 威海 264200）

【摘　要】随着能源紧缺和环境污染问题对人们生活的影响日益严重，世界各国都在加大对海洋能的开发和利用。本文针对海洋能源的总体状况进行了分析，然后对潮汐能、潮流能、温差能、盐差能和波浪能进行了具体分析，阐述了其各自发展现状及存在问题，最后提出了波浪能发展的方向和亟待解决的问题。

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关键词 海洋能；能源；环境

社会的高速发展使得能源需求量越来越大，势必造成严重的能源危机。同时，传统能源的过度开采和利用造成严重的空气污染（如雾霾）和生态环境破坏，影响人们的正常生活和工作。在新的时期，积极发展清洁可再生能源已成为国际社会的共识。以太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能和水电、核电的发展研究最为迅速。在未来二三十年内,新能源和可再生能源将成为世界发展最快的新型产业之一[1]。

１　海洋能发展现状

海洋能是可再生能源的重要成员。约占全球面积70%的海洋蕴藏丰富的可再生能源，主要以波浪、海流、潮汐、温差和盐差等形式存在于海洋。根据联合国教科文组织出版的《海洋能开发》显示，海洋能总的理论可再生功率为7.66×10■kW,其中温差能和盐差能能量最大，其次为波浪能。这些能量并不能全部被开发利用，按实际可开发量计，波浪能开发量最大，约为3×10■kW[2]。

世界各国非常重视对海洋能的开发和利用，以日本、英国、美国、德国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威等国发展较为迅速，潮汐能、波浪能、海流能、盐差能以及温差能均得到一定程度的发展，但发展进程不一，均存在一定问题。

１．１　潮汐能

全球潮汐能资源量约为270GW，被称之为“蓝色的油田”。潮汐能发电技术始于欧洲，已有上百年的历史。1921年，德国在北海建立了世界上第一座潮汐发电站。1967年，法国建立了装机容量为240MW的潮汐发电站，总造价5.7亿法郎[3]。潮汐发电技术已趋于成熟，已经基本实现了市场化，法国朗斯电站、加拿大安纳波利斯电站、中国的江厦电站均已运行多年。韩国、俄罗斯、加拿大、以及英国正计划分别建设超大型潮汐电站。预计2030年，世界潮汐电站的年发电总量将达到6×1010千瓦时。但潮汐电站尺寸大，一般会与其他资源利用产生矛盾，还会对海湾的水动力、冲淤平衡、鱼类生长等造成影响。

１．２　潮流能

潮流能理论估算储量为500GW~1000GW,主要集中在群岛地区的海峡、水道以及海湾的狭窄入口处。潮流能开发利用较晚，1973年，美国科学家莫顿教授首先提出了科里奥利系统，标志着潮流能开发取得实质性进展。到20世纪90年代潮流能逐渐趋于成熟，目前基本处于试验测试阶段。从事潮流能开发的国家主要由美、英、加、德、意、日本和中国。2008年5月,英国Marine Current Turbines(MCT)公司研发的1.2MW的“SeaGen”在北爱尔兰的斯特朗福德湖实现并网发电[4]，“SeaGen”的水轮机转子直径为16m，设计获能系数为0.45，水轮机转子额定转速为14.3r/min，最大适用水深38m，是世界上首台商用潮流能发电装置。

1.３　温差能

温差能是由于深部海水与表面海水温度差而产生的能量，其能量来源于蕴藏在海洋中的太阳辐射能。温差能存量巨大，按现有技术水平预估，可以转换为电力的温差能约有10000TWh/a。温差能随时间变化相对比较稳定，有望获取大规模且稳定的电能。日本于1982年在鹿岛县的德之岛建成一座混合型温差能电站，投资10亿日元，装机容量50Kw。美国夏威夷自然能源研究所分别于1979年和1992年建成了闭式和开式循环海洋能温差转换系统。

1.4　盐差能

盐差能主要存在于河海交界处，由于交界处两侧盐浓度不同而产生化学电位差能。荷兰可持续水利中心于2006年对海水反电渗析发电进行研究[6]，通过多种不同浓度的溶液分别进行了试验。美国Wader公司研制的Hydrocratic盐差发电系统不使用膜。发电机为海底的水管，水管上有海水流入的孔。水轮机垂直安装在管内，淡水注入管道底部，淡水和海水混合产生比最初注入淡水是更大的向上的微咸水流，从而驱动水轮机发电。

1.5　波浪能

波浪能作为被研究最为广泛的一种海洋能，早在1799年已经由法国人吉拉德父子提出了波能装置专利。在20世纪60年代前，主要由美国、加拿大、澳大利亚、法国以及日本等国家对波能装置进行研究并实施。70年代，英国、美国、日本和挪威等国家研究成果较为显著，挑选出具有发展前途的波能转换装置。到80年代中期，日本联合美、英、挪威、加拿大等国家将波能转换装置安装于漂浮式载体上进行联合实验。近30年来，波能装置发展迅速，装置形式多样，经历了实验室试验及海况试验研究，可靠性及发电效率都有了显著提高，并研建了一批波浪能电站。

２　各海洋能利用亟待解决的问题

针对各海洋能技术开发存在的问题，需对以下问题进行研究。

（1）潮汐能技术：突破潮汐能电站工程建设和新型发电机组研制等关键技术、关键工艺，解决电站建设过程中产生的环境问题，研究新型潮汐能利用技术装置。

（2）波浪能技术：针对各地区海域特点，开展与之适应的、具有高系统转换效率、和较低的维护成本，易于安装布放和回收的波浪能利用技术的研究。

（3）潮流能技术：针对海域潮流流速特点，开展适合潮流能资源特点，具有高系统转换效率，适应近海海域开发的潮流能利用技术的研究。

（4）温差能技术：开展温差能技术试验样机研究，突破关键技术、关键工艺，在提高能量转换效率、提高运行可靠性方面有所突破。

（5）盐差能技术：开展温差能技术原理试验研究，通过提高盐差转化效率，降低过程能量损耗，突破盐差能利用关键技术，为盐差能综合开发利用奠定技术基础[7]。

3　总结

经过世界各国数十年的研究，海洋能技术已经得到了长足的发展，虽然面临了技术、成本等问题，但海洋能的发展是解决世界能源紧缺、环境污染等问题的必由之路，是海洋战略的重要部分，发展海洋能源具有重要的现实意义。

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参考文献

［１］李文华.新时期国家能源发展战略问题研究[D].南开大学,2013.

［2］王传昆.海洋能资源分析方法及储量评估[M].2009,北京:海洋出版社.

［3］C.阿波奈,席嘉瑨.法国朗斯潮汐电站的运行管理经验[J].水利水电快报.2011,09:29-32.

［4］Thiringer T,MacEnri J,Reed M.Flicker Evaluation of the SeaGen Tidal Power Plant[J].Sustainable Energy,IEEE Transactions on,2011,2(4):414-422.

［5］Brauns E.Salinity gradient power by reverse electrodialysis:effect of model parameters on electrical power output[J].Desalination,2009,237(1):378-391.

［6］海洋可再生能源发展纲要(2013-2016年）[Z].

［责任编辑：刘展］