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滔天逐浪排空来!钱塘江大潮不容错过,更别忘

2018-12-11 20:38admin中国电力时空网
滔天逐浪排空来!钱塘江大潮不容错过,更别忘滔天逐浪排空来!钱塘江大潮不容错过,更别忘

撰文/王传崑(中国可再生能源学会)

本文选自《知识就是力量》杂志

钱塘潮是世界三大涌潮之一,每年中秋佳节前后,是一年中观潮的最佳时间。秋阳朗照,金风宜人,钱塘江边游客群集争睹奇景。

在欣赏大自然馈赠的神奇景象的同时,我们不妨来聊一聊海洋里蕴藏的巨大能量——海洋能

海洋能,是一种海洋中所特有的、依附于海水的自然能源,又称海洋可再生能源。海洋能包括潮汐能(潮差能和潮流能)、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能。这些能源都是怎么来的呢,对我们有什么用途?

潮差能—潮起潮落带来的能量

住在海边的人都知道,有时海水汹涌奔腾而来,卷起层层浪花;有时海水又远远流去,露出一片沙滩。海水的这种涨落现象叫作潮汐。这种涨落潮现象是月亮和太阳对地球上海水的引力产生的,所以海边的潮汐涨落也是按照固定周期,严守规律的变化。

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在沿岸某些喇叭口形的海湾、海峡和河口地区,由于地形等因素的影响,潮汐往往十分发达,潮差(涨潮的最高海面与相邻的落潮的最低海面之差)可达7~8米甚至十几米。我国著名的钱塘江大潮的杭州湾沿岸,最大潮差达8.9米,加拿大东海岸的蒙克顿港,最大潮差达19米。在这些地方,每逢涨潮,潮峰前面壁立如山,潮水以万马奔腾之势,溯流上涌,呼啸声闻数十里,形成“滔天浊浪排空来,翻江倒海山为摧”的壮观景象,所以潮汐涨落运动蕴藏着巨大的能量——潮汐能(包括潮差能和潮流能)。 据科学家估算,全世界海洋的潮汐能总储量约30亿千瓦,技术上可利用的储量约为1亿千瓦。

潮差能是最早被人类开发利用的海洋能资源。早在1000多年的唐朝,我国沿海居民就利用潮力碾磨五谷,欧洲也有类似的利用。

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潮差能示意图

潮差能发电,俗称潮汐发电的原理,是利用潮差能建设潮汐电站,一般是在口小肚子大的海湾口或河口建筑一座拦海大坝,将海湾或河口上游与外海隔开,并在大坝的一侧建水闸和发电厂房,厂房内安装有水轮机和发电机等设备,厂房内的水轮机流道通过渠道分别与水库和外海连通。涨潮时,水库外因海水不断涌来,库外水位高于库内水位,落潮时,水库外因海水不断落去,库内水位高于库外水位,电站就是利用这个水位差—势能推动水轮机旋转,并带动发电机发电。潮汐电站国内外在20世纪60年代已经实现实用化生产,是迄今唯一实现商业化发电的海洋能。

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韩国始娃湖潮汐电站

潮流能—海潮的另一种用法

潮流发电的原理与风力发电类似。如有一种叫“水下风车”的潮流发电装置,利用潮流推动叶轮,进而带动发电机发电。叶轮有水平轴螺旋桨式,也有垂直轴转轮式。但是,潮流发电装置的叶片比风力发电机的叶片小很多,因为海水密度比空气密度大很多。

国内外从20世纪80年代开始进行潮流发电的研究,90年代中期出现研究热潮。当前研究潮流发电的国家有很多,以英国最先进,我国也属先进行列。现在,国内外潮流发电装置的研究已进入发电装置示范试验阶段,就目前的情况来看,投入实用已经指日可待。

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中国海洋大学潮流发电装置

波浪能—大海给予的双刃剑

到过海边的人都会对大海惊心动魄的波涛留下深刻的印象,大风一起,滚滚巨浪就像不驯服的野马,在海面上跳跃奔腾。海浪是许多海难的肇事者,但也是一种宝贵的能源。据科学家估算,全世界海洋的波浪能总储量约30亿千瓦,技术上可利用的储量约为10亿千瓦。

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波浪能利用的形式很多,上下运动、摇摆、压力等都可利用,其中比较简单常用的一种是利用垂直运动的倒打气筒式。

利用波浪的上下垂直运动,推动装在漂浮装置中的活塞,好像一个倒过来的打气筒,活塞与装置的相对运动产生的压缩空气推动涡轮机转动,带动发电机发电。这种最简单的发电装置早已在为航标和灯塔供电。

海水盐差能—太咸也不是缺点

据测量,各大洋海水的平均含盐浓度为35‰(称海水盐度35)。这样在江河的入海口区,在河水与海水交汇的地方,河水与海水之间便存在着含盐浓度的不同,也就是含盐浓度差。由含盐浓度差而储存的能量,便是海洋盐差能,也叫浓度差能。据科学家估算,全世界海洋的盐差能总储量约300亿千瓦,技术上可利用的储量约为30亿千瓦,其能量密度超过其他形式的海洋能。

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盐差能的表现形式很多,当前最受关注的开发利用方法是渗透压法。当我们在一个水池中间隔一片半透膜(只允许溶剂通过),两侧分别加入同量海水和淡水,开始两侧的水位相同。过一段时间我们会发现:因为淡水通过半透膜渐渐向海水一侧渗透,淡水一侧的水位会渐渐下降,海水一侧水位会渐渐升高。当盐度为35的海水与淡水分别放入水池两侧时,通过半透膜形成的渗透压,可产生248米水位差,相当24个大气压。我们可以利用这个水位差——势能推动水轮机旋转,带动发电机发电。

只要继续向海水一侧加入高盐浓度海水,使海水一侧保持高含盐浓度,淡水就会继续向海水一侧渗透,两侧就会继续保持水位差,发电就会继续进行。但由于盐差能对于技术的要求比较高,难度较大,费用很高,多数科学家认为近期较难解决,所以目前在世界范围内对盐差能的研究也较少。据国外报道,近几年,挪威、美国和荷兰等开展了盐差能发电的研究。

海水温差能—海水间的热量传递

在世界大洋赤道两侧的热带海域,表层和深层海水的温度差为20~24摄氏度,储藏着巨大的温差能资源。据科学家估算,全世界海洋的温差能总储量约400亿千瓦,技术上可利用的储量约为20亿千瓦。

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海水的这种温差可以帮助人们发电,其基本原理是:利用能量转换系统中的工作介质吸收海洋中的热能产生蒸汽,推动涡轮机带动发电机发电。

经过100年的研究,美国科学家终于在1979年在夏威夷岛海域建成了一个温差电发电试验电站,这是世界上第一次从海洋温差能获得有实用意义电能的温差电站。在此之前,科学家在试验研究中,获得的电力还少于为抽取深层冷水和表层温水付出的电力。

海流能—海水的迁徙运动

在世界大洋中,有一股大规模的海水流动,所形成的“海中之河”叫海流。海流是由海面上风的作用,或海水温度、盐度不同产生的密度分布不均而引起的。海流沿着各自不同的路线不停地流动,方向和流速相对稳定。它们的长短不一,或数百千米,或数千乃至上万千米,其宽度、厚度也不同。海流的流速一般是0.5~1.0米/秒,高的可达2.0米/秒。

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据科学家估算,全世界海洋的海洋能总储量约6亿千瓦,技术上可利用的储量约为3亿千瓦。因为海流能和潮流能都是流速动能,所以海流发电与潮流发电的原理基本相同。但由于一般海流都在距离大陆较远的大洋中,开发利用难度较大,研究的国家较少。

海洋带给人类无尽的宝藏,人类对海洋的探索也从未停止。海洋能的种类虽多,不过目前能够带来的实用价值还很有限。人类的科技在不断发展进步,相信在不远的未来,我们一定能够把更多的海洋馈赠变成人类社会前进的力量。

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