張學超1 李向峰2 史玉鋒3 王延剛4
（1.威海市海洋環境監測中心，山東 威海 264200；2.中國人民解放軍空軍濟南航空四站裝備修理廠，山東 濟南 250000；
3.國網山東乳山市供電公司，山東 威海 264200；4.山東大學〈威海〉，山東 威海 264200）
【摘 要】隨著能源緊缺和環境污染問題對人們生活的影響日益嚴重，世界各國都在加大對海洋能的開發和利用。本文針對海洋能源的總體狀況進行了分析，然後對潮汐能、潮流能、溫差能、鹽差能和波浪能進行了具體分析，闡述了其各自發展現狀及存在問題，最後提出了波浪能發展的方向和亟待解決的問題。
關鍵詞 海洋能；能源；環境
社會的高速發展使得能源需求量越來越大，勢必造成嚴重的能源危機。同時，傳統能源的過度開採和利用造成嚴重的空氣污染（如霧霾）和生態環境破壞，影響人們的正常生活和工作。在新的時期，積極發展清潔可再生能源已成為國際社會的共識。以太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和水電、核電的發展研究最為迅速。在未來二三十年內,新能源和可再生能源將成為世界發展最快的新型產業之一[1]。
１ 海洋能發展現狀
海洋能是可再生能源的重要成員。約占全球面積70%的海洋蘊藏豐富的可再生能源，主要以波浪、海流、潮汐、溫差和鹽差等形式存在於海洋。根據聯合國教科文組織出版的《海洋能開發》顯示，海洋能總的理論可再生功率為7.66×10■kW,其中溫差能和鹽差能能量最大，其次為波浪能。這些能量並不能全部被開發利用，按實際可開發量計，波浪能開發量最大，約為3×10■kW[2]。
世界各國非常重視對海洋能的開發和利用，以日本、英國、美國、德國、加拿大、瑞典、丹麥、挪威等國發展較為迅速，潮汐能、波浪能、海流能、鹽差能以及溫差能均得到一定程度的發展，但發展進程不一，均存在一定問題。
１．１ 潮汐能
全球潮汐能資源量約為270GW，被稱之為「藍色的油田」。潮汐能發電技術始於歐洲，已有上百年的歷史。1921年，德國在北海建立了世界上第一座潮汐發電站。1967年，法國建立了裝機容量為240MW的潮汐發電站，總造價5.7億法郎[3]。潮汐發電技術已趨於成熟，已經基本實現了市場化，法國朗斯電站、加拿大安納波利斯電站、中國的江廈電站均已運行多年。韓國、俄羅斯、加拿大、以及英國正計劃分別建設超大型潮汐電站。預計2030年，世界潮汐電站的年發電總量將達到6×1010千瓦時。但潮汐電站尺寸大，一般會與其他資源利用產生矛盾，還會對海灣的水動力、沖淤平衡、魚類生長等造成影響。
１．２ 潮流能
潮流能理論估算儲量為500GW~1000GW,主要集中在群島地區的海峽、水道以及海灣的狹窄入口處。潮流能開發利用較晚，1973年，美國科學家莫頓教授首先提出了科里奧利系統，標誌著潮流能開發取得實質性進展。到20世紀90年代潮流能逐漸趨於成熟，目前基本處於試驗測試階段。從事潮流能開發的國家主要由美、英、加、德、意、日本和中國。2008年5月,英國Marine Current Turbines(MCT)公司研發的1.2MW的「SeaGen」在北愛爾蘭的斯特朗福德湖實現併網發電[4]，「SeaGen」的水輪機轉子直徑為16m，設計獲能係數為0.45，水輪機轉子額定轉速為14.3r/min，最大適用水深38m，是世界上首台商用潮流能發電裝置。
1.３ 溫差能
溫差能是由於深部海水與表面海水溫度差而產生的能量，其能量來源於蘊藏在海洋中的太陽輻射能。溫差能存量巨大，按現有技術水平預估，可以轉換為電力的溫差能約有10000TWh/a。溫差能隨時間變化相對比較穩定，有望獲取大規模且穩定的電能。日本於1982年在鹿島縣的德之島建成一座混合型溫差能電站，投資10億日元，裝機容量50Kw。美國夏威夷自然能源研究所分別於1979年和1992年建成了閉式和開式循環海洋能溫差轉換系統。
1.4 鹽差能
鹽差能主要存在於河海交界處，由於交界處兩側鹽濃度不同而產生化學電位差能。荷蘭可持續水利中心於2006年對海水反電滲析發電進行研究[6]，通過多種不同濃度的溶液分別進行了試驗。美國Wader公司研製的Hydrocratic鹽差發電系統不使用膜。發電機為海底的水管，水管上有海水流入的孔。水輪機垂直安裝在管內，淡水注入管道底部，淡水和海水混合產生比最初注入淡水是更大的向上的微鹹水流，從而驅動水輪機發電。
1.5 波浪能
波浪能作為被研究最為廣泛的一種海洋能，早在1799年已經由法國人吉拉德父子提出了波能裝置專利。在20世紀60年代前，主要由美國、加拿大、澳大利亞、法國以及日本等國家對波能裝置進行研究並實施。70年代，英國、美國、日本和挪威等國家研究成果較為顯著，挑選出具有發展前途的波能轉換裝置。到80年代中期，日本聯合美、英、挪威、加拿大等國家將波能轉換裝置安裝於漂浮式載體上進行聯合實驗。近30年來，波能裝置發展迅速，裝置形式多樣，經歷了實驗室試驗及海況試驗研究，可靠性及發電效率都有了顯著提高，並研建了一批波浪能電站。
２ 各海洋能利用亟待解決的問題
針對各海洋能技術開發存在的問題，需對以下問題進行研究。
（1）潮汐能技術：突破潮汐能電站工程建設和新型發電機組研製等關鍵技術、關鍵工藝，解決電站建設過程中產生的環境問題，研究新型潮汐能利用技術裝置。
（2）波浪能技術：針對各地區海域特點，開展與之適應的、具有高系統轉換效率、和較低的維護成本，易於安裝布放和回收的波浪能利用技術的研究。
（3）潮流能技術：針對海域潮流流速特點，開展適合潮流能資源特點，具有高系統轉換效率，適應近海海域開發的潮流能利用技術的研究。
（4）溫差能技術：開展溫差能技術試驗樣機研究，突破關鍵技術、關鍵工藝，在提高能量轉換效率、提高運行可靠性方面有所突破。
（5）鹽差能技術：開展溫差能技術原理試驗研究，通過提高鹽差轉化效率，降低過程能量損耗，突破鹽差能利用關鍵技術，為鹽差能綜合開發利用奠定技術基礎[7]。
3 總結
經過世界各國數十年的研究，海洋能技術已經得到了長足的發展，雖然面臨了技術、成本等問題，但海洋能的發展是解決世界能源緊缺、環境污染等問題的必由之路，是海洋戰略的重要部分，發展海洋能源具有重要的現實意義。
參考文獻
［１］李文華.新時期國家能源發展戰略問題研究[D].南開大學,2013.
［2］王傳昆.海洋能資源分析方法及儲量評估[M].2009,北京:海洋出版社.
［3］C.阿波奈,席嘉瑨.法國朗斯潮汐電站的運行管理經驗[J].水利水電快報.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］海洋可再生能源發展綱要(2013-2016年）[Z].
［責任編輯：劉展］
（1.威海市海洋環境監測中心，山東 威海 264200；2.中國人民解放軍空軍濟南航空四站裝備修理廠，山東 濟南 250000；
3.國網山東乳山市供電公司，山東 威海 264200；4.山東大學〈威海〉，山東 威海 264200）
【摘 要】隨著能源緊缺和環境污染問題對人們生活的影響日益嚴重，世界各國都在加大對海洋能的開發和利用。本文針對海洋能源的總體狀況進行了分析，然後對潮汐能、潮流能、溫差能、鹽差能和波浪能進行了具體分析，闡述了其各自發展現狀及存在問題，最後提出了波浪能發展的方向和亟待解決的問題。
關鍵詞 海洋能；能源；環境
社會的高速發展使得能源需求量越來越大，勢必造成嚴重的能源危機。同時，傳統能源的過度開採和利用造成嚴重的空氣污染（如霧霾）和生態環境破壞，影響人們的正常生活和工作。在新的時期，積極發展清潔可再生能源已成為國際社會的共識。以太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和水電、核電的發展研究最為迅速。在未來二三十年內,新能源和可再生能源將成為世界發展最快的新型產業之一[1]。
１ 海洋能發展現狀
海洋能是可再生能源的重要成員。約占全球面積70%的海洋蘊藏豐富的可再生能源，主要以波浪、海流、潮汐、溫差和鹽差等形式存在於海洋。根據聯合國教科文組織出版的《海洋能開發》顯示，海洋能總的理論可再生功率為7.66×10■kW,其中溫差能和鹽差能能量最大，其次為波浪能。這些能量並不能全部被開發利用，按實際可開發量計，波浪能開發量最大，約為3×10■kW[2]。
世界各國非常重視對海洋能的開發和利用，以日本、英國、美國、德國、加拿大、瑞典、丹麥、挪威等國發展較為迅速，潮汐能、波浪能、海流能、鹽差能以及溫差能均得到一定程度的發展，但發展進程不一，均存在一定問題。
１．１ 潮汐能
全球潮汐能資源量約為270GW，被稱之為「藍色的油田」。潮汐能發電技術始於歐洲，已有上百年的歷史。1921年，德國在北海建立了世界上第一座潮汐發電站。1967年，法國建立了裝機容量為240MW的潮汐發電站，總造價5.7億法郎[3]。潮汐發電技術已趨於成熟，已經基本實現了市場化，法國朗斯電站、加拿大安納波利斯電站、中國的江廈電站均已運行多年。韓國、俄羅斯、加拿大、以及英國正計劃分別建設超大型潮汐電站。預計2030年，世界潮汐電站的年發電總量將達到6×1010千瓦時。但潮汐電站尺寸大，一般會與其他資源利用產生矛盾，還會對海灣的水動力、沖淤平衡、魚類生長等造成影響。
１．２ 潮流能
潮流能理論估算儲量為500GW~1000GW,主要集中在群島地區的海峽、水道以及海灣的狹窄入口處。潮流能開發利用較晚，1973年，美國科學家莫頓教授首先提出了科里奧利系統，標誌著潮流能開發取得實質性進展。到20世紀90年代潮流能逐漸趨於成熟，目前基本處於試驗測試階段。從事潮流能開發的國家主要由美、英、加、德、意、日本和中國。2008年5月,英國Marine Current Turbines(MCT)公司研發的1.2MW的「SeaGen」在北愛爾蘭的斯特朗福德湖實現併網發電[4]，「SeaGen」的水輪機轉子直徑為16m，設計獲能係數為0.45，水輪機轉子額定轉速為14.3r/min，最大適用水深38m，是世界上首台商用潮流能發電裝置。
1.３ 溫差能
溫差能是由於深部海水與表面海水溫度差而產生的能量，其能量來源於蘊藏在海洋中的太陽輻射能。溫差能存量巨大，按現有技術水平預估，可以轉換為電力的溫差能約有10000TWh/a。溫差能隨時間變化相對比較穩定，有望獲取大規模且穩定的電能。日本於1982年在鹿島縣的德之島建成一座混合型溫差能電站，投資10億日元，裝機容量50Kw。美國夏威夷自然能源研究所分別於1979年和1992年建成了閉式和開式循環海洋能溫差轉換系統。
1.4 鹽差能
鹽差能主要存在於河海交界處，由於交界處兩側鹽濃度不同而產生化學電位差能。荷蘭可持續水利中心於2006年對海水反電滲析發電進行研究[6]，通過多種不同濃度的溶液分別進行了試驗。美國Wader公司研製的Hydrocratic鹽差發電系統不使用膜。發電機為海底的水管，水管上有海水流入的孔。水輪機垂直安裝在管內，淡水注入管道底部，淡水和海水混合產生比最初注入淡水是更大的向上的微鹹水流，從而驅動水輪機發電。
1.5 波浪能
波浪能作為被研究最為廣泛的一種海洋能，早在1799年已經由法國人吉拉德父子提出了波能裝置專利。在20世紀60年代前，主要由美國、加拿大、澳大利亞、法國以及日本等國家對波能裝置進行研究並實施。70年代，英國、美國、日本和挪威等國家研究成果較為顯著，挑選出具有發展前途的波能轉換裝置。到80年代中期，日本聯合美、英、挪威、加拿大等國家將波能轉換裝置安裝於漂浮式載體上進行聯合實驗。近30年來，波能裝置發展迅速，裝置形式多樣，經歷了實驗室試驗及海況試驗研究，可靠性及發電效率都有了顯著提高，並研建了一批波浪能電站。
２ 各海洋能利用亟待解決的問題
針對各海洋能技術開發存在的問題，需對以下問題進行研究。
（1）潮汐能技術：突破潮汐能電站工程建設和新型發電機組研製等關鍵技術、關鍵工藝，解決電站建設過程中產生的環境問題，研究新型潮汐能利用技術裝置。
（2）波浪能技術：針對各地區海域特點，開展與之適應的、具有高系統轉換效率、和較低的維護成本，易於安裝布放和回收的波浪能利用技術的研究。
（3）潮流能技術：針對海域潮流流速特點，開展適合潮流能資源特點，具有高系統轉換效率，適應近海海域開發的潮流能利用技術的研究。
（4）溫差能技術：開展溫差能技術試驗樣機研究，突破關鍵技術、關鍵工藝，在提高能量轉換效率、提高運行可靠性方面有所突破。
（5）鹽差能技術：開展溫差能技術原理試驗研究，通過提高鹽差轉化效率，降低過程能量損耗，突破鹽差能利用關鍵技術，為鹽差能綜合開發利用奠定技術基礎[7]。
3 總結
經過世界各國數十年的研究，海洋能技術已經得到了長足的發展，雖然面臨了技術、成本等問題，但海洋能的發展是解決世界能源緊缺、環境污染等問題的必由之路，是海洋戰略的重要部分，發展海洋能源具有重要的現實意義。
參考文獻
［１］李文華.新時期國家能源發展戰略問題研究[D].南開大學,2013.
［2］王傳昆.海洋能資源分析方法及儲量評估[M].2009,北京:海洋出版社.
［3］C.阿波奈,席嘉瑨.法國朗斯潮汐電站的運行管理經驗[J].水利水電快報.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］海洋可再生能源發展綱要(2013-2016年）[Z].
［責任編輯：劉展］
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