物理学与人类文明
海洋能源的开发与利用
学院：自动化
专业：自动化
姓名：魏新超
学号：20081065
海洋能源的开发与利用
（一）能源的分类
人类的生存离不开能源，阳光空气，水等等这些都是能源，只不过是以不同的形式存在着。科学家把能源大致分成两类，他们是一次能源与二次能源。下面是对于两种能源的介绍。 一次能源：自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源。又称天然能源。包括化石燃料（如原煤、原油、天然气等）、核燃料、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。一次能源又分为可再生能源和不可再生能源，前者指能够重复产生的天然能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生；后者用一点少一点，主要是各类化石燃料、核燃料。20世纪70年代出现能源危机以来，各国都重视非再生能源的节约，并加速对再生能源的研究与开发。
二次能源：二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，包括电能、汽油、柴油、液化石油气，氢能等。二次能源又可以分为“过程性能源”和“合能体能源”，电能就是应用最广的过程性能源，而汽油和柴油是目前应用最广的合能体能源。二次能源亦可解释为自一次能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸气能推动发电机，所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为二次能源，二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。
当然不同的人对任何事物的分类也是不尽相同。对于能源，从新旧的角度，也可以分成新型能源与常规能源。
新型能源 ：按照各种能源在当代人类社会经济生活中的地位，人们把能源分为常规能源和新型能源两大类。新型能源为目前尚未被人类大规模利用，还有待进一步研究试验与开发利用的能源。例如太阳能、风能、地热能、海洋能及核聚变能等。
常规能源为技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。
所谓新型能源，是相对而言的。现在的常规能源在过去也曾是新能源，今天的新型能源将来也会成为常规能源。
（二）海洋能源的介绍
海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。地球表面积约为
5.1×10^8km^2，其中陆地表面积为1.49×10^8km^2占29%；海洋面积达3.61×10^8km^2，以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m，整个海水的容积多达1.37×10^9km^3。一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪引
起的机械能和热能。海洋能同时也涉及一个更广的范畴，包括海面上空的风能、海水表面的太阳能和海里的生物质能。中国拥有18,000公里的海岸线和总面积达6,700平方公里的6,960座岛屿。这些岛屿大多远离陆地，因而缺少能源供应。因此要实现我国海岸和海岛经济的可持续发展，必须大力发展我国的海洋能资源。其中包括：
潮汐能
潮汐能指在涨潮和落潮过程中产生的势能。潮汐能的强度和潮头数量和落差有关。通常潮头落差大于3m的潮汐就具有产能利用价值。潮汐能主要用于发电。中国对潮汐能的开发利用开始于40年前。从80年代开始，相当数量的前期工作就已经开始。这些工作包括浙江、福建等地大中型潮汐电站建设地勘查、调研、规划、设计和可行性研究。从50年代到70年代，已经建成了50座潮汐电站。然而到80年代，只有其中地8座仍在使用。当时，中国地潮汐电站总装机容量是5.64MW。
现在，小型潮汐电站技术已经日趋成熟，中型电站的建设能力也已经逐步提高。但是，现在的潮汐电站的规模和单位容量仍然很小，单位发电成本比传统水电站要高。水利工程设施的建设被几度延迟。水轮机的设计没有完成，也没有实现标准化。
浪能
浪能指蕴藏在海面波浪中的动能和势能。在中国沿海的大部分海域，平均浪能密度达到2-7kW/m2。浪能主要用于发电，同时也可用于输送和抽运水、供暖、海水脱盐和制造氢气。 我国对浪能技术的研究开始于70年代，在80年代获得巨大的进展。为导航浮标灯塔供电的小型潮汐发电系统即将实现商业化，数百套系统已经应用于沿海的航标和大型灯塔。由中国和日本联合开发的回弯型浮标发电设备的技术水平已经达到国际标准，并已经实现出口。一种岸基固定式浪能发电站已经在珠江口Dawanshan建成。我国的浪能发电技术发展非常迅速。小型浪能发电技术已经成熟，小型岸基浪能发电技术也在国际舞台上显示出较强的竞争力。根据我国“九五”计划的规定和国家科技部研究发展计划的支持，由广州能源研究所承担的100kW岸基浪能发电站项目已经在广东省汕尾启动。1999年9月，青岛100kW摇摆型潮汐电站由天津海洋技术研究所研制成功，并投入使用。
海洋热能
海洋热能指由于海洋表层水体和深层水体温度差引起的热能。除了发电，海洋热能还可以用于海水脱盐、空调、和深海矿藏开发。我国的海洋热能资源主要分布在南中国海海域和台湾省东部。
（三）海洋能源的开发与利用
据美国生活科学网报道，海洋具有丰富的能量资源，如风能、海浪能和太阳能资源，而这些资源可以通过能量岛来全部利用。能量岛就是分布式电、热、冷三联供系统，是国际上近年
发展起来的一种新的能源供应概念和方式。而这种海上漂浮的能量岛全部利用再生能源而不是石油来运营。海上漂浮能量岛是由发明家多米尼克•迈克利斯构想出来的，他原本是对当前发展缓慢的海洋热量转换（OTEC）技术不满意，该技术是从深海抽取冷水来发电。迈克利斯说：“海洋热能转换技术一起没有新进展，那么我们为何不采用其它海洋能技术呢？” 由迈克利斯和他儿子共同设计的海上漂浮能量岛将在其中心位置设立一个海洋热能转换发电站，另设一个600米跨度的平台来安装风力涡轮机和太阳能收集器。此外，海浪能转换器和海流涡轮机能够收集流经此建筑的海水能量。迈克利斯称，这样的六边形能量岛可发电250兆瓦特的电量，足以供给一座小城市的用电需求。如果将几个这样的能量岛联成群岛，不仅可以发电更多，还可以修建温室来种植食物，修建小港口供船只停泊或者建造宾馆供游客使用。
为了吸引更多的投资者，此能量岛设计小组于本周在中国上海召开的“中美绿色科技峰会”（U.S. China GreenTech Summit）上发布这一设计理念。其工作原理其实就是采用海洋热量转换技术。迈克利斯说：“海洋热量转换技术胜过其他能量技术的优势就在于它具有持续性，能够全年每天24小时连续供能供电。”这是因为海洋热量转换技术并不是单靠太阳能、风能或海浪能，而是利用深海冷水与海面受太阳光加热的温水之间的温差来工作的。
科学家在热带海洋中曾发现有最大的海水温差，热带海洋的海面温度可达近25摄氏度。如此温暖的海水被能量岛抽来用于蒸发工作流体，如海水或氨水。由此所产生的蒸汽用来推动涡轮机发电。为了浓缩这些蒸汽使其还原成液体，还得从海下近1公里的深海处抽取只有5摄氏度的冷水来冷却蒸汽。冷凝过程形成的压力下降可帮助通过涡轮叶片抽吸更多的蒸汽。与此同时，这种浓缩过程所产生的压力下降将帮助更多的蒸汽吸入涡轮叶片中。基本相同的工序还出现在火力发电站和核电站，只是开水锅炉和冷却塔之间的温差要远远高于海洋热量转换系统。
首个海洋热量转换系统于1930年建在古巴的海岸线上，可发电22千瓦电量。从那以后，全球仅建有少量的其它海洋热量转换发电站，包括海面漂浮的和陆地生根的。而最大的海洋热量转换发电站则是夏威夷的250千瓦的试验电站。可惜的是，其它的海洋热量转换发电站目前没有一家在运行当中。其主要的障碍是温差相对较小导致能量转换效率不行，根本不能发电，事实上，早期开发的海洋热量转换系统所消耗的能源胜过它们所生产的能量。的确，一个海洋热量转换系统需要大量的能量来循环大量的水，比如此能量岛每秒需要抽取10万多加仑的冷海水才行。这就是为何迈克利斯结合了其他海洋能生产技术来帮助“灌足”此海洋热量转换系统的原因。
由此能量岛生成的清洁能量将通过海底电缆传输至海岸，或用于分解水来制造氢气，这样所生产的氢燃料可通过船只运输到大陆，用于生产氢燃料电池。迈克利斯估计，此能量岛每生产一度电所需成本为9-13美分，成本变动因该项目的投资规模而定。他预计单个能量岛的建造费用为6亿美元。
然而，能量岛并不仅仅发电，如果利用海水作为其工作液体的话，它将通过蒸发和冷凝循环来淡化海水。迈克利斯指出，每生产一兆瓦特电量，此电站将每天供应30万加仑淡水。
此外，从海底抽取的冷水含有丰富的营养物质，可供应给养鱼场和其它的水产业。
当今世界，环境破坏问题日益加剧，温室效应导致的气候多变，矿石过度开采导致的能源短缺，让我的生活环境愈发受到威胁。所谓治国应居安思危。当我们使用着能源的同时我们应该意识到它有一天会枯竭，有一天会让我们的地球不再是蓝色。高效环保的新型能源的研发是地球寿命的重要保证。海洋能源在新型能源中占有着举足轻重的位置，所以海洋能源是我们的未来，我们的依靠。
物理学与人类文明
海洋能源的开发与利用
学院：自动化
专业：自动化
姓名：魏新超
学号：20081065
海洋能源的开发与利用
（一）能源的分类
人类的生存离不开能源，阳光空气，水等等这些都是能源，只不过是以不同的形式存在着。科学家把能源大致分成两类，他们是一次能源与二次能源。下面是对于两种能源的介绍。 一次能源：自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源。又称天然能源。包括化石燃料（如原煤、原油、天然气等）、核燃料、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。一次能源又分为可再生能源和不可再生能源，前者指能够重复产生的天然能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生；后者用一点少一点，主要是各类化石燃料、核燃料。20世纪70年代出现能源危机以来，各国都重视非再生能源的节约，并加速对再生能源的研究与开发。
二次能源：二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，包括电能、汽油、柴油、液化石油气，氢能等。二次能源又可以分为“过程性能源”和“合能体能源”，电能就是应用最广的过程性能源，而汽油和柴油是目前应用最广的合能体能源。二次能源亦可解释为自一次能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸气能推动发电机，所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为二次能源，二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。
当然不同的人对任何事物的分类也是不尽相同。对于能源，从新旧的角度，也可以分成新型能源与常规能源。
新型能源 ：按照各种能源在当代人类社会经济生活中的地位，人们把能源分为常规能源和新型能源两大类。新型能源为目前尚未被人类大规模利用，还有待进一步研究试验与开发利用的能源。例如太阳能、风能、地热能、海洋能及核聚变能等。
常规能源为技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。
所谓新型能源，是相对而言的。现在的常规能源在过去也曾是新能源，今天的新型能源将来也会成为常规能源。
（二）海洋能源的介绍
海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。地球表面积约为
5.1×10^8km^2，其中陆地表面积为1.49×10^8km^2占29%；海洋面积达3.61×10^8km^2，以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m，整个海水的容积多达1.37×10^9km^3。一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪引
起的机械能和热能。海洋能同时也涉及一个更广的范畴，包括海面上空的风能、海水表面的太阳能和海里的生物质能。中国拥有18,000公里的海岸线和总面积达6,700平方公里的6,960座岛屿。这些岛屿大多远离陆地，因而缺少能源供应。因此要实现我国海岸和海岛经济的可持续发展，必须大力发展我国的海洋能资源。其中包括：
潮汐能
潮汐能指在涨潮和落潮过程中产生的势能。潮汐能的强度和潮头数量和落差有关。通常潮头落差大于3m的潮汐就具有产能利用价值。潮汐能主要用于发电。中国对潮汐能的开发利用开始于40年前。从80年代开始，相当数量的前期工作就已经开始。这些工作包括浙江、福建等地大中型潮汐电站建设地勘查、调研、规划、设计和可行性研究。从50年代到70年代，已经建成了50座潮汐电站。然而到80年代，只有其中地8座仍在使用。当时，中国地潮汐电站总装机容量是5.64MW。
现在，小型潮汐电站技术已经日趋成熟，中型电站的建设能力也已经逐步提高。但是，现在的潮汐电站的规模和单位容量仍然很小，单位发电成本比传统水电站要高。水利工程设施的建设被几度延迟。水轮机的设计没有完成，也没有实现标准化。
浪能
浪能指蕴藏在海面波浪中的动能和势能。在中国沿海的大部分海域，平均浪能密度达到2-7kW/m2。浪能主要用于发电，同时也可用于输送和抽运水、供暖、海水脱盐和制造氢气。 我国对浪能技术的研究开始于70年代，在80年代获得巨大的进展。为导航浮标灯塔供电的小型潮汐发电系统即将实现商业化，数百套系统已经应用于沿海的航标和大型灯塔。由中国和日本联合开发的回弯型浮标发电设备的技术水平已经达到国际标准，并已经实现出口。一种岸基固定式浪能发电站已经在珠江口Dawanshan建成。我国的浪能发电技术发展非常迅速。小型浪能发电技术已经成熟，小型岸基浪能发电技术也在国际舞台上显示出较强的竞争力。根据我国“九五”计划的规定和国家科技部研究发展计划的支持，由广州能源研究所承担的100kW岸基浪能发电站项目已经在广东省汕尾启动。1999年9月，青岛100kW摇摆型潮汐电站由天津海洋技术研究所研制成功，并投入使用。
海洋热能
海洋热能指由于海洋表层水体和深层水体温度差引起的热能。除了发电，海洋热能还可以用于海水脱盐、空调、和深海矿藏开发。我国的海洋热能资源主要分布在南中国海海域和台湾省东部。
（三）海洋能源的开发与利用
据美国生活科学网报道，海洋具有丰富的能量资源，如风能、海浪能和太阳能资源，而这些资源可以通过能量岛来全部利用。能量岛就是分布式电、热、冷三联供系统，是国际上近年
发展起来的一种新的能源供应概念和方式。而这种海上漂浮的能量岛全部利用再生能源而不是石油来运营。海上漂浮能量岛是由发明家多米尼克•迈克利斯构想出来的，他原本是对当前发展缓慢的海洋热量转换（OTEC）技术不满意，该技术是从深海抽取冷水来发电。迈克利斯说：“海洋热能转换技术一起没有新进展，那么我们为何不采用其它海洋能技术呢？” 由迈克利斯和他儿子共同设计的海上漂浮能量岛将在其中心位置设立一个海洋热能转换发电站，另设一个600米跨度的平台来安装风力涡轮机和太阳能收集器。此外，海浪能转换器和海流涡轮机能够收集流经此建筑的海水能量。迈克利斯称，这样的六边形能量岛可发电250兆瓦特的电量，足以供给一座小城市的用电需求。如果将几个这样的能量岛联成群岛，不仅可以发电更多，还可以修建温室来种植食物，修建小港口供船只停泊或者建造宾馆供游客使用。
为了吸引更多的投资者，此能量岛设计小组于本周在中国上海召开的“中美绿色科技峰会”（U.S. China GreenTech Summit）上发布这一设计理念。其工作原理其实就是采用海洋热量转换技术。迈克利斯说：“海洋热量转换技术胜过其他能量技术的优势就在于它具有持续性，能够全年每天24小时连续供能供电。”这是因为海洋热量转换技术并不是单靠太阳能、风能或海浪能，而是利用深海冷水与海面受太阳光加热的温水之间的温差来工作的。
科学家在热带海洋中曾发现有最大的海水温差，热带海洋的海面温度可达近25摄氏度。如此温暖的海水被能量岛抽来用于蒸发工作流体，如海水或氨水。由此所产生的蒸汽用来推动涡轮机发电。为了浓缩这些蒸汽使其还原成液体，还得从海下近1公里的深海处抽取只有5摄氏度的冷水来冷却蒸汽。冷凝过程形成的压力下降可帮助通过涡轮叶片抽吸更多的蒸汽。与此同时，这种浓缩过程所产生的压力下降将帮助更多的蒸汽吸入涡轮叶片中。基本相同的工序还出现在火力发电站和核电站，只是开水锅炉和冷却塔之间的温差要远远高于海洋热量转换系统。
首个海洋热量转换系统于1930年建在古巴的海岸线上，可发电22千瓦电量。从那以后，全球仅建有少量的其它海洋热量转换发电站，包括海面漂浮的和陆地生根的。而最大的海洋热量转换发电站则是夏威夷的250千瓦的试验电站。可惜的是，其它的海洋热量转换发电站目前没有一家在运行当中。其主要的障碍是温差相对较小导致能量转换效率不行，根本不能发电，事实上，早期开发的海洋热量转换系统所消耗的能源胜过它们所生产的能量。的确，一个海洋热量转换系统需要大量的能量来循环大量的水，比如此能量岛每秒需要抽取10万多加仑的冷海水才行。这就是为何迈克利斯结合了其他海洋能生产技术来帮助“灌足”此海洋热量转换系统的原因。
由此能量岛生成的清洁能量将通过海底电缆传输至海岸，或用于分解水来制造氢气，这样所生产的氢燃料可通过船只运输到大陆，用于生产氢燃料电池。迈克利斯估计，此能量岛每生产一度电所需成本为9-13美分，成本变动因该项目的投资规模而定。他预计单个能量岛的建造费用为6亿美元。
然而，能量岛并不仅仅发电，如果利用海水作为其工作液体的话，它将通过蒸发和冷凝循环来淡化海水。迈克利斯指出，每生产一兆瓦特电量，此电站将每天供应30万加仑淡水。
此外，从海底抽取的冷水含有丰富的营养物质，可供应给养鱼场和其它的水产业。
当今世界，环境破坏问题日益加剧，温室效应导致的气候多变，矿石过度开采导致的能源短缺，让我的生活环境愈发受到威胁。所谓治国应居安思危。当我们使用着能源的同时我们应该意识到它有一天会枯竭，有一天会让我们的地球不再是蓝色。高效环保的新型能源的研发是地球寿命的重要保证。海洋能源在新型能源中占有着举足轻重的位置，所以海洋能源是我们的未来，我们的依靠。