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第五节 海洋效应(3)

时间:2010-01-29  归属:水文学

  实际上在海洋温差发电中,根据热力学定律,上述热能转换成有效能量要大打折扣,按卡诺效率计算,在12℃温差时,其效率仅有4%,那么可能转换为电能的海洋热能仅为20亿千瓦。

  我国南海地处热带和亚热带,表层水温在5—8月可达26—28℃,2—11月也仍在20~26℃之间,水深大多在2000米以上。自表层向下500—1000米处,可获得5℃左右的冷却水。在我国南海诸岛搞温度发电,自然条件是具备的。目前海洋温度差发电尚未大型实用化,由此而引起的对环境影响问题尚未暴露出来。

  (五)海洋浓度差能

  在海水与淡水的交界面上,有着显著的盐浓度差,它们混合时所放出的自由能,叫做浓度差能。利用这种能进行发电,称为盐浓度差发电。这种能量的开发利用是最近提出的,新的海洋动力资源研究项目。

  利用浓度差方法很多,目前认为,利用渗透压方法,实用性较高。将一个只让水分子通过而不让盐分通过的半透膜做成的袋子,装上盐水,再放在盛有淡水的槽中,并使盐水面与槽中淡水面相平。过一会,盐水面会升高,表明淡水已通过袋壁进入其中,这就是渗透现象。水槽中的水分子可以进入袋内,袋内的水分子也可以通过袋壁进入水槽。实际上,两种过程同时进行着。开始时,水分子进入袋内的过程占优势,结果袋内水面不断升高,升到一定程度后,当进出袋水分子相等处于动态平衡时,袋内水面便不再升高。此时,海水侧对于淡水侧的压力(盐水面高出淡水面的水柱静压)称渗透压。渗透压随海水的盐度和温度而发生变化。一般海水在20℃时,盐度为35×10-3,已经得知具有24.8大气压的渗透压。相当256.2米的水头,对海水来说是250米。

  浓度差发电原理是海水与淡水的交界面上装一水压塔,以半透膜与淡水隔开。在水压塔的顶端安装一根水平管,只要它的高度低于250米,导管中的海水就会喷射出来。如果导管的出口正好对准水轮机叶片,其喷射出的水流就会推动水轮发电机发出电来。

  由导管出口喷出的水流,其最大输出功率(P)为:

  

  式中,m为出水口流出海水质量;V为出水口的水流速度;g为重力加速度;h为出水口距海面的高度。

  导管流出的水量是通过半透膜渗透过来的淡水加以补充。显然,淡水渗透速度愈快,产生的功率愈大。

  浓度差能源蕴藏量有多大?不同学者有不同估计数字。例如日本学者高野雄三,估计为35亿千瓦;美国威克估计为300亿千瓦,而在日本另一些学者的文章中则更高,达14000亿千瓦。

  浓度差能虽然蕴藏丰富,但由于它的利用需要以半透膜或离子交换的研究为前提(例如每千瓦输出功率需要的膜面积约为几千平方米),所以,此种能源的利用到实用化的规模,尚需时日。

  二、海洋的大气环境效应

  (一)海洋是大气的主要热源

  海洋和陆地向大气供热差异从表4-12可以看出:

  1.除了最北部的纬度带以外,由海洋向大气输送的热通量与陆地相比,都占明显优势。例如,在50°—60°N区域,由海洋输给大气的热通量已占一半以上。随着纬度的减低,海洋对

  

  大气的热量贡献越来越大,在近赤道海区,海洋对大气的热量贡献达到83—85%。平均而论,北半球的大气由海洋得到的热量占海陆总供热量的75%。由此可以得出结论:在海洋-大气系统中,热交换的异常,完全可以影响大气环流,并造成巨大的天气异常。

  2.在赤道区域,进入大气的热通量,几乎完全取决于海洋与大气的相互作用;而在近极地区域,则主要取决于大气与陆地表面的相互作用。

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  • 关键词:大气温度海洋利用发电效应能量海水波浪第五
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