3.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。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收,使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多,其海域的表层温度可达25~28℃,波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围,其海面水温可达35℃。而在海洋深处50O~1000m处海水温度却只有3~6℃。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。在大部分热带和亚热带海区,表层水温和1000m深处的水温相差20℃以上,这是热能转换所需的最小温差。据估计,如果利用这一温差发电,其功率可达2TW。世界上蕴藏海洋热能资源的海域面积达6000万m2,发电能力可达几万亿瓦。由于海洋热能资源丰富的海区都很遥远,而且根据热动力学定律,海洋热能提取技术的效率很低,因此可资利用的能源量是非常小的。但是即使这样,海洋热能的潜力仍相当可观。另外,许多具有最大温度梯度的海区都位于发展中国家的海域,可为这些国家就地提供能源。而在中国,根据中国海洋水温测量资料计算得到的中国海域的温差能约为1.5X108kW,其中99%在南中国海。南海的表层水温年均在26℃以上,深层水温(800m深处)常年保持在5℃,温差为21℃,属于温差能丰富区域。
4.盐差能
盐差能是以化学能形态出现的海洋能。
地球上的水分为两大类:淡水和咸水。全世界水的总储量为1.4X109km3,其中97.2%为分布在大洋和浅海中的咸水。在陆地水中,2.15%为位于两极的冰盖和高山的冰川中的储水,余下的0.65%才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐,1km3的海水里即含有3600万t食盐。
在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差(相当于240m的水头)。从理论上讲,如果这个压力差能利用起来,从河流流入海中的每立方英尺的淡水可发0.65kw·h的电。一条流量为1m3/s的河流的发电输出功率可达2340kw。从原理上来说,可通过让淡水流经一个半渗透膜后再进入一 个盐水水池的方法来开发这种理论上的水头。如果在这一过程中盐度不降低的话,产生的渗透压力足可以将水池水面提高240m,然后再把水池水泄放,让它流经水轮机,从而提取能量。从理论上来说,如果用很有效的装置来提取世界上所有河流的这种能量,那么可以获得约2.6TW的电力。更引人注目的是盐矿藏的潜力。在死海,淡水与咸水间的渗透压力相当于5000m的水头,而大洋海水只有240m的水头。盐穹中的大量干盐拥有更密集的能量。
利用大海与陆地河口交界水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直是科学家的理想。在本世纪70年代,各国开展了许多调查研究,以寻求提取盐差能的方法。实际上开发利用盐度差能资源的难度很大,上面引用的简单例子中的淡水是会冲淡盐水的,因此,为了保持盐度梯度,还需要不断地向水池中加入盐水。如果这个过程连续不断地进行,水池的水面会高出海平面240m。对于这样的水头,就需要很大的功率来泵取咸海水。目前已研究出来的最好的盐差能实用开发系统非常昂贵。这种系统利用反电解工艺(事实上是盐电池)来从咸水中提取能量。根据1978年的一篇报告测算,投资成本约为50000美元/kw。也可利用反渗透方法使水位升高,然后让水流经涡轮机,这种方法的发电成本可高达10~14美元/kw·h。 还有一种技术可行的方法是根据淡水和咸水具有不同蒸气压力
的原理研究出来的:使水蒸发并在盐水中冷凝,利用蒸气气流使涡轮机转动。这种过程会使涡轮机的工作状态类似于开式海洋热能转换电站。这种方法所需要的机械装置的成本也与开式海洋热能转换电站几乎相等。但是,这种方法在战略上不可取,因为它消耗淡水,而海洋热能转换电站却生产淡水。盐差能的研究结果表明,其他形式的海洋能比盐差能更值得研究开发。
据估计世界各河口区的盐差能达30TW,可能利用的有2.6TW。我国的盐差能估计为1.1X108kW,主要集中在各大江河的出海处。同时,我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。
5.海流能
海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流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。其中一种是海水环流,是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。这种海水环流通常由两种因素引起:首先海面上常年吹着方向不变的风,如赤道南侧常年吹着不变的东南风,而其北侧则是不变
的东北风。风吹动海水,使水表面运动起来,而水的动性又将这种运动传到海水深处。
随着深度增加,海水流动速度降低;有时流动方向也会随着深度增加而逐渐改变,甚至出现下层海水流动方向与表层海水流动方向相反的情况。在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南半部,占主导地位的风系造成了一个广阔的,也是按反时钟方向旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域,风是形成海流的主要动力。其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同,它们会影响海水的密度。海水温度越高,含盐量越低,海水密度就越小。这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。海水流动会产生巨大能量。据估计全球海流能高达5TW。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。一般来说,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。
全世界海流能的理论估算值约为108kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料, 计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4X107kW。其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿 海的海流能较为丰富,不少水道的能量密度为15~30kW/m2,具有良好的开发值。值得指出的是,中国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一,特别是浙江的舟山群岛的金塘、龟山和西候门水道,平均功率密度在20kW/m2以上,开发环境和条件很好。