Ocean Energy
海洋能源主要指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源,主要為潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能和海水鹽差能。究其成因,潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力變化,其他均源于太陽輻射。海洋能具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力,只要太陽、月球等天體與地球共存,這種能源就會再生,就會取之不盡,用之不竭。
海洋能總蘊(yùn)藏量高達(dá)天文數(shù)字,但單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說,要想得到大能量,就得從大量的海水中獲得。
潮汐能
潮汐現(xiàn)象是海水在月球和太陽引力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動,由于月亮離地球較近,月球與太陽引潮力之比為11:5,引起海洋潮汐主要是月亮。月球的引力使地球向月面和背月面的水位升高。通常,將白天海水上漲叫“潮”,晚上海水上漲叫“汐”,合稱“潮汐”。
由于太陽的引潮力也不小,月亮與太陽在不同位置引起潮汐也不同,圖1與圖2是月亮與太陽在不同位置引起潮汐的示意圖,圖中地球周圍的藍(lán)色代表潮汐,為能看清夸張的進(jìn)行表現(xiàn)。
圖1 潮汐形成的示意圖(一)
在農(nóng)歷每月的初一太陽和月球在地球的一側(cè),兩者引潮力相加,會引起較高的潮差,稱之為“大潮”; 在農(nóng)歷的初八太陽與月亮相對地球的位置垂直,太陽的引潮力在垂直方向吸引海水,削弱了月亮引起的潮汐,使潮差減至最小,稱之為“小潮”。
圖2 潮汐形成的示意圖(二)
在農(nóng)歷每月的十五或十六附近,太陽和月亮在地球的兩側(cè),太陽和月球的引潮力你推我拉也會引起較高的潮差,也稱之為“大潮”。在農(nóng)歷每月的二十三太陽與月亮相對地球的位置垂直,太陽的引潮力削弱了月亮的引潮力,引起的潮差也最小,也稱之為“小潮”。在其他日子潮差在大潮與小潮之間。
在漲潮的過程中,洶涌而來的海水具有很大的動能,隨著海水水位的升高,就把大量海水的動能轉(zhuǎn)化為勢能;在退潮過程中,海水又奔騰而去,水位逐漸降低,大量的勢能又轉(zhuǎn)化為動能,海水的往復(fù)流動又稱為潮流。海水在漲潮、退潮的運(yùn)動中所包含的大量動能和勢能,稱統(tǒng)為潮汐能,一般平均潮差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價值。
我國有漫長曲折的海岸線,蘊(yùn)藏著十分豐富的潮汐能資源。理論蘊(yùn)藏量達(dá)1.1億千瓦,可開發(fā)利用量約2100萬千瓦,其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大,相當(dāng)可觀。
波浪能
太陽照射在不同地區(qū)的產(chǎn)生的溫度不平衡產(chǎn)生了風(fēng),海洋占地球表面的70%,是最大的風(fēng)能吸收器。風(fēng)吹過海面時,把一部分能量傳給了海水,形成了起伏運(yùn)動的波浪,波浪具有一定的動能和勢能。動能以海水粒子的運(yùn)動速度描述,勢能是偏離于平均海平面的海水質(zhì)量的函數(shù)。當(dāng)風(fēng)速大、與海水作用的流程長傳給海水的能量就大,波浪的波長越長,波浪運(yùn)動越快。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能儲量巨大,但波浪能也是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。
海流能
海流也稱為洋流。如同空氣一樣,海水也不是固定的,它受地球轉(zhuǎn)動、太陽月亮運(yùn)動使海水流動、固定風(fēng)向持續(xù)吹過海面使海水流動,另外海水溫度、鹽度及所含懸浮物的差異也會形成海水流動。海水總是在流動著,就像江河的水流一樣,攜帶著巨大的能量。在海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的海水流動與由于潮汐引起的有規(guī)律的海水流動是最有利于價值的海流能。海流能主要是指海水流動的動能,海流能的能量與流速的平方和流量成正比。
古代的水手們都懂得借助海流行船,現(xiàn)代人則要利用海流發(fā)電。人們形象地把海流發(fā)電裝置比喻成水下風(fēng)車。幾乎任何一個風(fēng)力發(fā)電方式都可以用于海流發(fā)電。
海流的動能非常大,著名的佛羅里達(dá)洋流所具有的動能,約為全球所有河流具有的總能量的50倍。
海水溫差能
海洋的表面把太陽的輻射能的大部分轉(zhuǎn)化成為熱水并儲存在海洋的上層。另一方面,接近冰點(diǎn)的海水大面積地在不到1000m的深度從極地緩慢地流向赤道。這樣,就在許多熱帶或亞熱帶海域終年形成20℃以上的垂直海水溫差。海水溫差能就是因深部海水與表面海水的溫度差而產(chǎn)生能量,利用這一溫差可以實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)并發(fā)電。
鹽度差能
海水中含有大量的礦物鹽,海水含鹽濃度遠(yuǎn)大于江河水,形成了鹽度差。當(dāng)兩種不同濃度的溶液混合在一起時,淡的溶液就會向濃的方向滲透,直至濃度平衡為止,這種滲透就帶有壓差。 利用化學(xué)滲透膜隔開濃、淡水,構(gòu)成鹽度差能電站,目前鹽度差能發(fā)電還處于試驗(yàn)階段,預(yù)計(jì)21世紀(jì)將取得實(shí)質(zhì)性的突破。