海洋能的资源储量与分布

2024年2月20日发(作者：眉眼如画)

海洋能的资源储量与分布

国际能源网2006-11-2212:33:01

在我国大陆沿岸和海岛附近蕴藏着较丰富的海洋能资源，至今却尚未得到应有的开发。据调查统计，我国沿岸和海岛附近的可开发潮汐能资源理论装机容量达2179万kW，理论年发电量约624亿kWH，波浪能理论平均功率约1285万kW，潮流能理论平均功率1394万kW，这些资源的90以上分布在常规能源严重缺乏的华东沪浙闽沿岸。特别浙闽沿岸在距电力负荷中心较近就有不少具有较好的自然环境条件和较大开发价值的大中型潮汐电站站址，不少已经做过大量的前期工作，已具备近期开发的条件。

一、潮汐能

潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理和水力发电相似。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13—15m，我国的最大值（杭州湾澉浦）为8.9m。一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。

潮汐能利用的主要方式是发电。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐电站的功率和落差及水的流量成正比。但由于潮汐电站在发电时贮水库的水位和海洋的水位都是变化的（海水由贮水库流出，水位下降，同时，海洋水位也因潮汐的作用而变化）。因此，潮汐电站是在变功况下工作的，水轮发电机组和电站系统的设计要考虑变功况，低水头、大流量以及防海水腐蚀等因素，远比常规的水电站复杂，效率也低于常规水电站。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种。

根据我国潮汐能资源调查统计，对可开发装机容量大于500kW的坝址和可开发装机容量200-1000kW的坝址共有424处港湾、河口，可开发装机容量200kW以上的潮汐资源，总装机容量为2179万kW，年发电量约624亿kWh。这些资源在沿海的分布是不均匀的，以福建和浙江为最多，站址分别为88处和73处，装机容量分别是1033万kW和891万kW，两省合计装机容量占全国总量的88.3。其次是长江口北支（属上海和江苏）和辽宁、广东装机容量分别为70.4万kW和59.4万kW和57.3万kW，其它省区则较少，江苏沿海（长江口除外）最少，装机容量仅0.11万kW。

浙江、福建和长江口北支的潮汐能资源年发量为573.7亿kWH，如能将其全部开发，

相当每年为这一地区提供2000多万吨标准煤。

在我国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4-5米，最大潮差7-8米，且自然环境条件优越的站址。其中已做过大量调查勘测，规划设计和可行性研究工作，具有近期开发价值和条件的中型潮汐电站站址，有福建的大官坂（1.4万kW，0.45亿kWh）、八尺门（3.3万kW，1.8亿kWh）和浙江的健跳港（1.5万kW，0.48万kWh）、黄墩港（5.9万kW，1.8亿kWh）已做过规划设计，有较好的工作基础，还需要进行前期综合研究论证的大型潮汐电站站址的有长江口北支（70.4万kW，22.8亿kWh）、杭州湾（316万kW，87亿kWh）和乐清湾（55万kW、23.4亿kWh）等。

二、波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。台风导致的巨浪，其功率密度可达每米迎波面数千千瓦，而波浪能丰富的欧洲北海地区，其年平均波浪功率也仅为20-40kW/m。中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2-7kW/m2。

波浪发电是波浪能利用的主要方式。此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置大都源于几种基本原理，即：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究，波浪发电技术已逐步接近实用化水平，研究的重点也集中于3种被认为是有商品化价值的装置，包括振荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。

根据调查和利用波浪观测资料计算统计，我国沿岸波浪能资源理论平均功率为1285.22万kW，这些资源在沿岸的分布很不均匀。以台湾省沿岸为最多，为429万kW，占全国总量的三分之一。其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也较多，在160-205万kW之间，约为706万kW，约占全国总量的55，其它省市沿岸则很少，仅在143-56万kW之间。广西沿岸最少，仅8.1万kW。

全国沿岸波浪能源密度（波浪在单位时间通过单位波峰的能量。单位kW/W）分布，以浙江中部、台湾、福建省海坛岛以北，渤海海峡为最高，达5.11-7.73kW/M这些海区平均波高大于1米，周期多大于5秒，是我国沿岸波浪能能流密度较高，资源蕴藏量最丰富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南部，福建南部和山东半岛南岸等能源密度也较高，资源也较丰富，其它地区波浪能能流密度较低，资源蕴藏也较少。

根据波浪能能流密度及其变化和开发利用的自然环境条件，首选浙江、福建沿岸应用为重点开发利用地区，其次是广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。也可以选择条件较好的地区，如嵊山岛、南麂岛、大戢山、云澳、表角、遮浪等处，这些地区具有能量密度高、季节变化小、平均潮差小、近岸水较深、均为基岩海岸；具有岸滩较窄，坡度较大等优越条件，是波浪能源开发利用的理想地点，应做为优先开发的地区。

三、海流能

海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。一般说来，最大流速在2m/s以上的水道，其海流能均有实际开发的价值。

海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍，且装置必须放于水下。故海流发电存在一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。此外，海流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。海流装置可以安装固定于海底，也可以安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。海流中的透平设计也是一项关键技术。

我国沿岸潮流资源根据对130个水道的计算统计，理论平均功率为13948.52万kW。这些资源在全国沿岸的分布，以浙江为最多，有37个水道，理论平均功率为7090MW，约占全国的二分之一以上。其次是台湾、福建、辽宁等省份的沿岸也较多，约占全国总量的42，其它省区较少。

根据沿海能源密度，理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素，舟山海域诸水道开发前景最好，如金塘水道（25.9kW/m2）、龟山水道（23.9kW/m2）、西侯门水道（19.1kW/m2），其次是渤海海峡和福建的三都澳等，如老铁山水道（17.4kW/m2）、三都澳三都角（15.1kW/m2）。以上海区均有能量密度高，理论蕴藏量大，开发条件较好的优点，应优先开发利用。

四、温差能

温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。另一方面，接近冰点的海水大面积地在不到

1000m的深度从极地缓慢地流向赤道。这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成20℃以上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。

除了发电之外，海洋温差能利用装置还可以同时获得淡水、深层海水、进行空调并可以与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。因此，基于温差能装置可以建立海上独立生存空间并作为海上发电厂、海水淡化厂或海洋采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。总之，温差能的开发应以综合利用为主。

海洋温差能转换主要有开式循环和闭式循环两种方式。开式循环系统主要包括真空泵、温水泵、冷水泵、闪蒸器、冷凝器、透平—发电机组等部分。开式循环的副产品是经冷凝器排出的淡水，这是它的有利之处。

闭式循环系统不以海水而采用一些低沸点的物质（如丙烷、氟利昂、氨等）作为工作介质，在闭合回路内反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点的工作介质，蒸汽的工作压力得到提高。闭式循环系统由于使用低沸点工质，可以大大减小装置，特别是透平机组的尺寸。但使用低沸点工质会对环境产生污染。

温差能利用的最大困难是温差太小，能量密度太低。温差能转换的关键是强化传热传质技术。同时，温差能系统的综合利用，还是一个多学科交叉的系统工程问题。

我国南海海域辽阔，水深大于800米的海域约140-150万平方公里，位于北回归线以南，太阳辐强烈，是典型的热带海洋。表层水温均在25℃以上。500-800米以下的深层水温在5℃以下，表深层水温度在20℃-24℃，蕴藏着丰富的温差能资源，据初步计算，南海温差能资源理论蕴藏量约为1.19-1.33×1019千焦耳，技术上可开发利用的能量（热效率取7）约为8.33-9.31×1017千焦耳，实际可供利用的资源潜力（工作时间取50，利用资源10）装机容量达13.21-14.76亿kW。

我国台湾岛以东海域表层水温全年在24℃-28℃，500-800米以下的深层水温5℃以下，全年水温差20℃-24℃，据台湾电力专家估计，该区域温差能资源蕴藏量约为2.16×1014千焦耳。 我国温差能资源蕴藏量大，在各类海洋能资源中占居首位，这些资源主要分布在南海和台湾以东海域，尤其是南海中部的西沙群岛海域和台湾以东海区，具有日照强烈，温差大且稳定，全年可开发利用，冷水层与岸距离小，近岸海底地形陡峻等优点，开发利用条件良好，可作为我国温差能资源开发的先期开发区。

五、盐差能

盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能

中能量密度最大的一种可再生能源。通常，海水（35‰盐度）和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度。这种位差可以利用半渗透膜（水能通过，盐不能通过）在盐水和淡水交接处实现。利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。

盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机械—化学式等，其中渗透压式方案最受重视。

将一层半透膜放在不同盐度的两种海水之间，通过这个膜会产生一个压力梯度，迫使水从盐度低的一侧通过膜向盐度高的一侧渗透，从而稀释高盐度的水，直到膜两侧水的盐度相等为止。此压力称为渗透压，它与海水的盐浓度及温度有关。目前提出的渗透压式盐差能转换方法主要有水压塔渗压系统和强力渗压系统两种。

我国海域辽阔，海岸线漫长，入海的江河众多，入海的径流量巨大，在沿岸各江河入海口附近蕴藏着丰富的盐差能资源。据统计我国沿岸全部江河多年平均入海径流量约为1.7-1.8×1012立方米，各主要江河的年入海径流量约为1.5-1.6×1012立方米，据计算，我国沿岸盐差能资源蕴藏量约为3.9×1015千焦耳，理论功率约为1.25×108kW。

我国盐差能资源有以下特点：

1．地理分布不均。长江口及其以南的大江河口沿岸的资源量占全国总量的92.5，理论总功率达1.156×108kW，其中东海沿海占69，理论功率为0.86×108kW;

2．沿海大城市附近资源最富集，特别是上海和广东附近的资源量分别占全国的59.2和20；

3．资源量具有明显的季节变化和年际变化。一般汛期4-5个月的资源量占全年的60以上，长江占70以上，珠江占75以上；

4．山东半岛以北的江河冬季均有1-3个月的冰封期，不利于全年开发利用。