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海洋能发电 一、海洋能的简介 在福岛核电厂事故之后，各国纷纷检讨核电政策。日前德国宣布将于2022年关闭所有核电厂，以其它电力来源替代，未来再生能源发电势必扮演更重要的角色。 在各种再生能源技术当中，海洋能是发展较为迟缓的技术之一，目前各国对于海洋能的利用，仍处于相当初始的阶段。不过地球有百分之七十一的面积是海洋，海洋能蕴藏量亦相当丰沛，在技术发展日益成熟的情况下，未来海洋能发电可望逐步成为人类重要的能源来源。本篇将介绍海洋能的技术种类、目前的发展现况、以及未来的展望。 二、海洋能发电的现状与趋势 2.1现状 海洋能的利用以发电为主，技术种类繁多，现阶段发展较多的四种技术，分别为：（1）利用海洋中的洋流推动水轮机发电之海流发电(Marine Current Power)；(2)利用每天潮流涨落的位能差产生电力之潮汐发电(Tidal Power)；(3)利用波浪运动的位能差、往复力或浮力产生动力之波浪发电(Wave Power)；(4)利用深层海水与表层海水之温差汽化工作流体带动涡轮机发电之海洋温差发电(Ocean Thermal Energy Conversion；OTEC)。以下分别介绍各种发电技术。 (1) 海流发电 海流发电系利用海洋中海流的流动动力推动水轮机发电，一般乃于海流流经处设置截流涵洞之沉箱，并于其内设置水轮发电机，并可视发电需要增加多个机组，来进行发电；惟于机组间需预留适当之间隔，以避免紊流互相干扰。目前国外已经有小规模试运转的案例，然而要达到大规模商用化仍需要一段日。 (2) 潮汐发电 潮汐发电便是利用海潮满潮、退潮所形成的水位落差，来从事发电，在海湾围建堤防和水路，在涨潮时引水入储水池，退潮时将储水放出，每日可发电四次，但当潮汐满潮与退潮高度相差较小，则发电效益较低。理想具经济效益的潮差至少需要5公尺。潮汐发电为商用化进展较快的技术，目前已有商用化运转的发电站。 (3) 波浪发电 波浪发电是将海浪动能转换成电能，其运转型式完全依据波浪之上下振动特性而设计，利用稳定运动机制撷取波浪动能，然后再加以利用来发电。现阶段较常见的设计为在海边建造中空的结构，利用波浪起伏的落差，推动结构体内的空气，形成强大的气流来推动涡轮发电，目前欧盟正积极发展可商转的系统，能源转换效率可达10%以上，但目前波浪发电设备尚十分分歧，采用的技术也有一些差异。 (4) 温差发电 海洋温差发电之原理与火力、核能发电原理相类似，首先利用表层海水蒸发低蒸发温度之流体，如氨、丙烷或氟利昂，使其汽化推动涡轮发电机发电，然后利用深层冷海水冷却工作流体成液态，再予反复使用。当表层与底层海水温差超过20℃以上，即可产生电力。因受限于大口径冷水管技术，此发电方法难以大型化，转换效率仍有待于提升，目前转换效率约3~5%。 2.2趋势 从目前技术发展来看, 潮汐能发电技术最为成熟, 已经达到了商业开发阶段, 已建成的法国朗斯电站、加拿大安纳波利斯电站、中国的江厦电站均已运行多年; 波浪能和潮流能还处在技术攻关阶段, 英国、丹麦、挪威、意大利、澳大利亚、美国、中国建造了多种波浪能和潮流能装置, 试图改进技术, 逐渐将技术推向实用; 温差能还处于研究初期, 只有美国建造了一座温差能电站, 进行技术探索。 从能流密度来看, 波浪能、海流能的能流密度最大, 因此这2 种能量转换装置的几何尺度较小, 其最大尺度通常在10 m 左右, 可达到百千瓦级装机容量; 温差能利用需要连通表层海水与深部海水, 因此其最大尺度通常在几百米量级, 可达到百千瓦级净输出功率; 潮汐能能流密度较小, 需要建立大坝控制流量, 以增大坝两侧的位差, 从而在局部增大能流密度, 计入大坝尺度, 潮汐能的最大尺度在千米量级,装机容量可达到兆瓦级。 尺度小带来许多便利之处: 一是应用灵活, 建造方便, 一旦需要可以在短时间内完成, 因此具有军用前景; 二是规模可大可小, 大规模可以通过适当装机容量的若干装置并联而成; 三是对环境的影响较小。因此, 人们普遍认为波浪能和潮流能对环境的影响不大, 而潮汐能对环境的影响较大。基于以上理由,目前国外发展最快的是波浪能和海流能。而波浪能由于比海流能的分布更广, 因而更加受到人们的关注。 从能量形式来看, 温差能属于热能, 潮汐能、海流能、波浪能都是机械能。对于发电来说, 机械能的品位高于热能, 因此在转换效率和发电设备成本等方面具有一定优势。温差能在发电的同时还可以产出淡水, 这一点也值得注意。 三、技术方案 3.1 波浪能发电系统 （1） OWC技术 OWC 波能装置利用空气作为转换的介质。图1 所示为OWC 波能转换系统的示意图。该系统的一级能量转换机构