藍色能源

海洋貯存了140億億噸海水，太陽輻射來的熱能給它加溫，地球內部散發的熱也在對它烘烤，真可謂“天地為爐兮造化為工”。

在大海中，真正最有力量的，並不是那些看起來氣勢洶洶的波濤，而是默默無聲地蘊藏在海水中的熱能。

同樣面積的海洋要比陸地多吸收10%～20%的熱量，海水的熱容量比土層大兩倍，比花崗岩大五倍，比空氣大3100多倍，因此海洋成了地球上吸收太陽能的最大熱庫。

經過科學家們的多年研究，1926年11月15日，在實驗室里首次研究成功海洋的溫差發電。海洋溫差發電的基本原理是利用太陽輻射的熱量進入海面以下1米處，就有60%～68%被海水吸收掉了，而幾米以下的熱量已所剩無幾了，即使海面上有波浪攪動，水溫有所調節，但水深200米處，幾乎沒有熱量傳到。海洋溫差發電就是將海洋表面的溫水引進真空鍋爐，這時因壓力突然大幅度下降，溫度不高的溫水也立即變成蒸汽。例如，在壓力為0.031兆帕時，24℃的水也會沸騰。利用這種溫度不高的蒸汽可以推動汽輪發電機發電，然後用深層的冷海水冷凝乏氣，繼續使用。

從理論上說，冷、熱水的溫差在16.6℃即可發電，但實際應用中一般都在20℃以上。凡南北緯度在20度以內的熱帶海洋都適合溫差發電。例如，我國西沙群島海域，在5月份測得水深30米以內的水溫為30℃，而1000米深處便只有5℃，完全適合溫差發電。

大海里蘊藏著巨大的熱能，據估計只要把南北緯20度以內的熱帶海洋充分利用起來發電，水溫降低1℃放出的熱量就有600億千瓦發電容量，全世界人口按60億計算，每人也能分得10千瓦，前景是十分誘人的。

早在19世紀就有人提出過海水溫差發電的設想，但世界上第一座試驗性海水溫差發電廠直到1979年8月才在美國夏威夷問世。這座電廠的發電能力為50千瓦，它設在一艘駁船上。同年8～12月作了試發電。這次發電成功表明，海水溫差發電將很快具備商業價值。

海洋是全世界最大的太陽能收集器，6000萬平方公里的熱帶海洋一天吸收的太陽輻射能，相當於2500億桶石油的熱能。如果將這些儲熱的1%轉化成電力，也將相當於有140億千瓦裝機容量，為美國現今發電能力的20倍以上。

海洋熱能發電有兩種方式：第一種是將低沸點工質加熱成蒸氣；第二種是將溫水直接送入真空室使之沸騰變成蒸汽。蒸汽用來推動汽輪發電機發電，最後從600～1000米深處抽冷水使蒸汽冷凝。第一種採取閉式循環，第二種採取開式循環。

海水溫差發電，1930年在法國首次試驗成功，只是當時發出的電能不如耗去的電力多，因而未能付諸實施。現在，許多國家都在進行海水溫差發電研究。

實踐證明，開式循環比閉式循環有更多的優點：①以溫海水作工質，可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物質對海洋的污染；②開式循環系直接接觸熱交換器，價廉且效率高；③直接接觸熱交換器可採用塑料製造，在溫海水中的抗腐蝕性高；④能產生副產品——蒸餾水。

開式循環也有缺點：產生的蒸汽密度低，汽輪機體積大；變成蒸汽的海水排回海洋后，會影響附近生物的生存環境。

日本的月光計劃擬在2000年前後，使利用海洋溫差發電達到實用化和向國內提供大型電源，並以佔地很少的海上安裝為目標。這項計劃是從1974年開始實施的。

日本一些民間電力公司，為了驗證海島電源在陸地安裝的可能性，1981年在赤道線上的諾魯島研製100千瓦級的閉式循環試驗工廠，實際發電功率達到了10千瓦；1982年又在德文島開發了50千瓦級混合式試驗工廠，實際發電功率也達到10千瓦。

1979年美國在夏威夷島上，研製成功50千瓦級電站，實際發電功率達10千瓦，1980年到1981年又進行了相當1000千瓦的熱環試驗，同時還研究了40000千瓦的總體設計。

海洋溫差發電，是以非共沸介質（氟里昂-22與氟里昂-12的混合體）為媒質，輸出功率是以前的1.1～1.2倍。一座75千瓦試驗工廠的試運行證明，由於熱交換器採用平板裝置，所需抽水量很小，傳動功率的消耗很少，其他配件費用也低，再加上用計算機控制，凈電輸出功率可達額定功率的70%。一座3000千瓦級的電站，每千瓦小時的發電成本只有50日元以下，比柴油發電價格還低。人們預計，利用海洋溫差發電，如果能在一個世紀內實現，可成為新能源開發的新的出發點。

年邁的安德森工程師幾十年來一直在完善他的“海洋熱能轉換廠”的設計。他計劃中的海洋熱能發電廠將利用熱帶海洋的熱能，使一種低沸點的液體蒸發，利用產生的蒸氣驅動渦輪發電機發電。為了降低建造費用，安德森縮小了發電“船隻”的外殼，其換熱設備的大部分，甚至連渦輪機，都是吊在“船”體外面，懸浮在海面上的。

該項設計要求把海面的26.67℃的熱水輸送到安裝在水下60米處的鍋爐里去。在那裡，熱水使丙烯蒸發，其沸點只有21.1℃。當熱丙烯蒸氣通過管道上升時，驅動12台渦輪發電機。這些渦輪發電機懸掛在鍋爐上方10米的水中。這些氣體從渦輪機通過一個熱交換器，交換器的水側是裝滿了從900米深處抽上來的4.4℃海水。這些冷水又把丙烯蒸氣冷凝成液體，這些液體又回到鍋爐里去。這種方法的海水溫差發電試驗，早在60年前已做過。而現在，由於經濟條件好，可使之實用化。

安德森已創辦了一家取名為“海上太陽能公司”的小公司，其唯一目的是研究必要的技術。

安德森認為，在印度尼西亞的溫暖海面上，建造這種電廠條件特別優越。印度尼西亞政府首先支持了安德森的設計。據估計，這種電廠的發電成本為 6.5美分/千瓦時，而現在第三世界許多島國的平均電費為15美分/千瓦時。第一座利用海水溫差的10萬千瓦海水溫差發電廠的造價可能為2.5億美元。

在今後幾年裡，安德森式發電廠不僅具有經濟意義，而且由於溫室效應造成的全球氣溫上升，預料將迫使人們限制化石燃料的消耗，而一種有效的無污染的能源顯然是具有吸引力的。

洶湧澎湃的大海，在太陽和月亮的引潮力作用下，時而潮高百丈，時而悄然退去，留下一片沙灘。海洋這樣起伏運動，夜以繼日，年復一年，是那樣有規律，那樣有節奏，好像人在呼吸。海水的這種有規律的漲落現象就是潮汐。

潮汐發電就是利用潮汐能的一種重要方式。據初步估計，全世界潮汐能約有10億多千瓦，每年可發電2～3萬億千瓦時。我國的海岸線長度達18000千米，據1958年普查結果估計，至少有2800萬千瓦潮汐電力資源，年發電量最低不下700億千瓦時。

世界著名的大潮區是英吉利海峽，那裡最高潮差為14.6米，大西洋沿岸的潮差也達4～7.4米。我國的杭州灣的“錢塘潮”的潮差達9米。

據估計，我國僅長江口北支就能建80萬千瓦潮汐電站，年發電量為23億千瓦時，接近新安江和富春江水電站的發電總量；錢塘江口可建500萬千瓦潮汐電站，年發電量約180多億千瓦時，約相當於10個新安江水電站的發電能力。

早在12世紀，人類就開始利用潮汐能。法國沿海布列塔尼省就建起了“潮磨”，利用潮汐能代替人力推磨。隨著科學技術的進步，人們開始築壩攔水，建起潮汐電站。

法國在布列塔尼省建成了世界上第一座大型潮汐發電站，電站規模宏大，大壩全長750米，壩頂是公路。平均潮差8.5米，最大潮差13.5米。每年發電量為5.44億千瓦時。

我國解放后在沿海建過一些小型潮汐電站。例如，廣東省佛山市順德區大良潮汐電站（144千瓦）、福建廈門的華美太古潮汐電站（220千瓦）、浙江溫嶺的沙山潮汐電站（40千瓦）及象山高塘潮汐電站（450千瓦）。

1980年5月4日，浙江省溫嶺的江廈潮汐電站第一台機組併網發電，揭開了我國較大規模建設潮汐電站的序幕。該電站裝有6台500千瓦水輪發電機組，總裝機容量為3000千瓦，攔潮壩全長670米，水庫有效庫容270萬立方米，是一座規模不小的現代潮汐電站。它不但為解決浙江的能源短缺作出應有的貢獻，而且在經濟上亦有競爭能力。江廈潮汐電站的單位造價為每千瓦2500元，與小水電站的造價相當。浙江沙山的40千瓦小型潮汐電站，從1959年建成至今運行狀況良好，投資4萬元，收入已超過35萬元。海山潮汐電站裝機150千瓦，年發電量29萬千瓦時，收入2萬元，並養殖蚶子、魚蝦及制磚，年收入20萬元。

潮汐發電有三種形式：一種是單庫單向發電。它是在海灣（或河口）築起堤壩、廠房和水閘，將海灣（或河口）與外海隔開，漲潮時開啟水閘，潮水充滿水庫，落潮時利用庫內與庫外的水位差，形成強有力的水龍頭衝擊水輪發電機組發電。這種方式只能在落潮時發電，所以叫單庫單向發電。第二種是單庫雙向發電，它同樣只建一個水庫，採取巧妙的水工設計或採用雙向水輪發電機組，使電站在漲、落潮時都能發電。但這兩種發電方式在平潮時都不能發電。第三種是雙庫雙向發電。它是在有利條件的海灣建起兩個水庫，漲潮和落潮的過程中，兩庫水位始終保持一定的落差，水輪發電機安裝在兩水庫之間，可以連續不斷地發電。

潮汐發電有許多優點。例如，潮水來去有規律，不受洪水或枯水的影響；以河口或海灣為天然水庫，不會淹沒大量土地；不污染環境；不消耗燃料等。但潮汐電站也有工程艱巨、造價高、海水對水下設備有腐蝕作用等缺點。但綜合經濟比較結果，潮汐發電成本低於火電。

在加拿大新斯科舍省和美國緬因州之間的芬地灣，有巨大的潮汐能資源。該處蒙克頓港附近有世界最大的潮差，高約19米。自1910年以來，美、加兩國多次考慮在此建潮汐電站，因投資太大、經濟性不佳而未能動工。70年代後期以來，建立潮汐電站，顯示出經濟上的優越性。1980年加拿大新斯科舍電力公司開始興建試驗潮汐電站。該電站位於加新斯科舍省安納波利斯河芬地灣入海口外，該處最大潮差8.8米，平均潮差6.4米，安裝一台2萬千瓦新型全貫流式潮汐發電機組，並於1984年5月建成發電。電站造價約5500萬美元。該機組是由瑞士埃雪維斯公司設計，由瑞士蘇爾壽公司與加拿大的多米寧和通用電氣公司合作製造。這種全貫流式機組，發電機轉子設在水輪機葉片的外緣，採用瑞士埃雪維斯公司取得專利的新型密封技術，效率較高。

1968年，法國建成裝機容量為24萬千瓦的朗斯潮汐電站，安裝24台單機容量1萬千瓦的雙向可逆型燈泡式機組。1970年前蘇聯建成2台各400千瓦的潮汐試驗電站。加拿大安納波利斯的2萬千瓦全貫流式機組是目前世界上單機容量最大的潮汐發電機組，也是最大的全貫流式機組。這種機組的造價比法國燈泡式機組低15%，維修方便，可有效地冷卻發電機組。

加拿大調查了37處可建大型潮汐電站的地址。在芬地灣中，科比魁德灣的米納斯內灣是興建大型潮汐電站的理想地址。該處平均潮差12米，最大潮差16米。加拿大認為，如果安納波利斯試驗潮汐電站運行成功，可望1995年在米納斯建成特大型潮汐電站，採用單機容量3.8萬千瓦，總裝機容量可達480～500萬千瓦，年發電量約140億千瓦時，可減輕該地區用煤或油發電的負擔。

目前世界上已投入運行的潮汐電站中，以法國朗斯潮汐電站為最大，裝機24萬千瓦，年發電量5.44億千瓦時，1966年底第一台機組發電，1968年初全部竣工。其次就是加拿大1984年5月建成的安納波利斯潮汐試驗電站，裝機2萬千瓦。我國的江廈潮汐試驗電站裝機3100千瓦，居第三位。

最後兩台機組的技術，達到了法國朗斯潮汐電站的水平，它的優點是漲潮時能發電，落潮時也能發電。既可以發電，又可以在需要時由電網輸入電力，把發電機變成電動機，同時水輪機又起著水泵抽水的功能。在不需要發電和抽水時，還可以當作泄水管路用來排水。這種一機多用的潮汐發電機組，不僅使水工建築物大大簡化，而且可以提高電能質量，充分發揮機組的作用。這種機組的研製成功，為加快開發潮汐能創造了條件。

世界上已建的較大型潮汐電站和研究中的大型潮汐電站見表2－8。

1979～1983年我國對沿海潮汐能資源進行了第二次普查。我國潮汐能理論蘊藏量為1.1億千瓦，年發電量為2750億千瓦時；可開發的潮汐能裝機容量為2157萬千瓦，年發電量619億千瓦時。可開發裝機和發電量分別占理論蘊藏量的20%和22.5%。

我國可開發潮汐能資源主要在福建和浙江兩省，佔全國的88.6%，各省分佈情況見表2－9。

這次普查中，根據調查研究的深度分為四類：一類指已建、在建和具有初步設計深度的潮汐電站；二類指已進行了一定地質勘探和規劃設計工作的潮汐電站；三類指已進行過現場查勘和初步規劃的站點；四類指未達到一至三類資源或開發條件較差的站點。一到四類資源按裝機容量計算，比重分別為0.18%、2.85%、29.59%和67.54%；按年發電量計算，其比重分別為0.21%、4.2%、31.15%和64.63%。上述統計數字錶明，已做過一定工作的一至三類資源不足三分之一。

在潮汐能利用上，我國與世界各國一樣，尚處在試驗階段。雖然我國從1958年開始利用潮汐建設一些小發電站，但因當時技術條件所限，質量較差，大部分已報廢拆除。我國已建成的最大的潮汐電站是浙江樂清縣的江廈潮汐電站，裝機容量3100千瓦，年發電量1070萬千瓦時，已全部投產發電；其次為山東省乳山市白沙口潮汐電站，設計裝機容量960千瓦，年發電量191萬千瓦時，已有2台機組共160千瓦併網發電。

註：1.表中所列數字系以裝機容量500千瓦為起點，小於500千瓦的未統計在內。

2.本次普查未包括台灣省資源，故表中未列。

3.河北省數字包括天津市；江蘇省數字中包括上海市。

我國潮汐能資源理論蘊藏量佔世界各國的3.7%，而可開發潮汐能資源按年發電量計算佔世界各國的34%～44%。可見我國潮汐能資源的可開發程度很高，開發條件比較好。

展望未來，潮汐發電具有誘人的前景。相信不久的將來咆哮的海潮將會被人類充分利用，從而得到電力和別的好處。

“無風三尺浪”是奔騰不息的大海的真實寫照。海浪有驚人的力量，5米高的海浪，每平方米壓力就有10噸。大浪能把13噸重的岩石拋至20米高處，能翻轉1700噸重的岩石，甚至能把上萬噸的巨輪推上岸去。

海浪蘊藏的總能量是大得驚人的。據估計地球上海浪中蘊藏著的能量相當於90萬億千瓦時的電能。

科學技術的發展，提高了人類駕馭海浪的本領。本世紀60年代初，人們開始研究利用波浪的力量來發電，這便是別具一格的波力發電。

近些年來，世界上一些國家相繼進行了波力發電的研究，而且開始了實際應用的探索。

四面環海的日本具有豐富的波浪資源，為了能有效地開發這些資源，日本海洋科學技術中心，從1974年開始進行波力發電裝置的研製，並建造了大型波力發電船“海明”，船體長80米，寬12米，總重788噸。“海明”的第一次海上試驗於1978～1979年在山形縣鶴岡市由良海域進行，取得了初步成果，為目前世界最大的波力發電出力，年發電量可達19萬千瓦時。存在問題是：閥的破損率約為10%，閥箱大，空氣出力不足，發電出力變化大，發電成本高達340日元每千瓦時等。

為了解決上述問題，於1985年9月3日至1986年3月31日，在山形縣鶴岡市由良海上3公里處進行了第二期海上試驗。第二期試驗以完成經濟的空氣透平為目標，在“海明”船上進行無閥串聯式威爾斯透平試驗，以確認其實用化。另外，以發電成本為50日元/千瓦時為目標，進行最佳船形、空氣流相位控制、出力集約化等各種實用化研究。

日本在千葉縣九十九里町片貝海岸建成一種新式波浪發電裝置，總投資1.46億日元，輸出功率為30千瓦。新式波浪發電裝置由波能吸收器、送氣管、定壓化罐和壓縮空氣發電機等構成。其最大特點是，定壓化罐將壓縮空氣進行定壓化處理後送入壓縮空氣發電機，容易得到穩定的優質電能，並克服了波浪發電成本較高的缺陷。

實驗表明，如果把定壓化罐和高效大容量空氣壓縮發電機聯用，則發電效率更高。

挪威石油能源部計劃建設發電10兆瓦的新波力發電站。該電站1990年開始運行。這個波力電站計劃由Kvaerner公司建設，以現在正運行的“振動水柱方式”（OWC）波力發電為基礎。OWC是將進入高20米鋼管的波變為水柱，利用活塞的作用，使內部空氣運動，驅動500千瓦威爾斯透平旋轉的裝置。

新的10兆瓦波力發電站預定建於卑爾根附近，用這種方式發電，在過大的波衝擊時，會發生空氣透平失速問題，Kvaerner公司考慮安裝圓形控制閥控制，皇后大學的研究小組考慮採用兩個威爾斯透平同軸組合方式，即使前段失速，後段仍可產生動力。新的10兆瓦機組發電成本預計低於2.5便士/千瓦時。

瑞典製造了一種漂浮的三角狀裝置，它們用鋁製成，有許多靈巧的葉輪緊緊“咬住”浪峰，像曲軸那樣轉動。這種海浪發電站的發電成本為每千瓦時12芬尼，比其他發電站便宜得多。

70年代初爆發的石油危機，第一次大力推動波浪發電技術的研究。那時美國洛克希德公司開始進行了波浪發電實驗。

英國撥出100萬英鎊發展海洋動力技術。發明氣墊船的克里斯托弗·科克萊爾設計一種活動減搖裝置，將它們放在波浪上，各種活動關節都能轉動起來。

特赫姆大學科學家的測算表明，僅2500公里長的挪威岩石窄灣線上，一年就有6億兆瓦潛在的電力。

在各類海浪發電技術中，“振動桿”更有前途。這座試驗電站很像排管，安裝在卑爾根以西的岩坑中，按水力活塞原理工作。但現在這種裝置運轉時也有麻煩。最初實驗時，螺旋槳一轉動就發出極其悲慘的吼叫聲。參觀過發電站的專家們說：“雜訊很像空襲警報汽笛，而且很遠就能聽到。”1989年初大風暴期間，16米高塔經受不住而倒入大海。

該計劃領導人打算使渦輪機在改進結構的新型混凝土基礎上重新投產。

與挪威人的笨重設施完全不同，瑞典人的轉子結構特別輕巧。它幾乎不用鋁，便於運輸，而且沒有沉重的機械零件，瑞典人寄希望於小島國的訂貨。

英國試製了一台波力發電裝置，並裝在一艘浮動式駁船上做試驗。它在3米高的浪頭時，發電能力為110千瓦；在5米浪頭時，最大發電能力為220千瓦。這種裝置的發電原理是，將空氣輪機驅動的發電機裝在一個搖擺式的水塔上，隨著波浪的升降，水塔上方氣室內的空氣壓力就有所增減。單向調節閥控制著氣流朝一個方向流動，這時空氣輪機就驅動發電機旋轉發電。

我國也在積極開發波力發電技術，中國科學院廣州能源研究所研製成功的BD102型波力發電裝置，於1986年1月在香港舉辦的廣東省經濟貿易展覽會上，受到外商的好評。香港中華船舶公司提出代理該產品的出口，並為此簽訂了有關意向書。5月份，在1986年春季廣州出口商品交易會上展出，有些外國公司要求訂貨。這是我國第一台波力自動發電裝置的對外展出，將使這一科研新成果打入國標市場。

BD102型波力自動發電裝置是一種以可再生的海洋能為能源的新型波力發電裝置。它是在1985年3月通過鑒定的BD101型的改進型。將其安裝在帶中心管的浮標上，利用浮標的上下升降運動，使中心管氣室吸入和排出空氣，將波浪能轉換成空氣動能，從而驅動透平帶動發電機發電。所發電能既可作海洋航標燈用電源，亦可作海洋水文、氣象自動遙測浮標的長效電源。

該產品外型尺寸僅為342×500毫米，重量16.5公斤。尺寸小，重量輕，材質耐腐蝕。

其發電量為航標燈所耗電量的5～7倍，燈光射程達五海里以上，和我國目前航標使用的電池相比，可節省費用57%，航標的大修期可延長一年。

同時，在發電機功率，電特性和結構上優於當時世界上較先進的日本商品化產品TG103型波力發電裝置，而價格比其便宜四分之三。