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        來(lái)自海洋的饋贈(zèng)

        2015-09-10 07:22:44王傳崑
        知識(shí)就是力量 2015年3期
        關(guān)鍵詞:潮差海流鹽濃度

        王傳崑

        潮差能

        潮起潮落帶來(lái)的能量

        住在海邊的人都知道,有時(shí)海水洶涌奔騰而來(lái),卷起層層浪花;有時(shí)海水又遠(yuǎn)遠(yuǎn)流去,露出一片沙灘。海水的這種漲落現(xiàn)象叫作潮汐。

        這種漲落潮現(xiàn)象是月亮和太陽(yáng)對(duì)地球上海水的引力產(chǎn)生的。因?yàn)樵铝晾@地球旋轉(zhuǎn),月亮和地球又一起繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),都是十分有規(guī)律、有固定周期的,所以海邊的潮汐漲落也是按照固定周期,嚴(yán)守規(guī)律的變化。

        在沿岸某些喇叭口形的海灣、海峽和河口地區(qū),由于地形等因素的影響,潮汐往往十分發(fā)達(dá),潮差(漲潮的最高海面與相鄰的落潮的最低海面之差)可達(dá)7~8米甚至十幾米。我國(guó)著名的錢塘江大潮的杭州灣沿岸,最大潮差達(dá)8.9米,加拿大東海岸的蒙克頓港,最大潮差達(dá)19米。在這些地方,每逢漲潮,潮峰前面壁立如山,潮水以萬(wàn)馬奔騰之勢(shì),溯流上涌,呼嘯聲聞數(shù)十里,形成“滔天濁浪排空來(lái),翻江倒海山為摧”的壯觀景象,所以潮汐漲落運(yùn)動(dòng)蘊(yùn)藏著巨大的能量——潮汐能(包括潮差能和潮流能)。 據(jù)科學(xué)家估算,全世界海洋的潮汐能總儲(chǔ)量約30億千瓦,技術(shù)上可利用的儲(chǔ)量約為1億千瓦。

        潮差能是最早被人類開發(fā)利用的海洋能資源。早在1000多年的唐朝,我國(guó)沿海居民就利用潮力碾磨五谷,歐洲也有類似的利用。世界上科學(xué)發(fā)達(dá)的國(guó)家,從上世紀(jì)初已經(jīng)開始了現(xiàn)代利用潮差能發(fā)電的研究。

        潮差能發(fā)電,俗稱潮汐發(fā)電的原理,是利用潮差能建設(shè)潮汐電站,一般是在口小肚子大的海灣口或河口建筑一座攔海大壩,將海灣或河口上游與外海隔開,并在大壩的一側(cè)建水閘和發(fā)電廠房,廠房?jī)?nèi)安裝有水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等設(shè)備,廠房?jī)?nèi)的水輪機(jī)流道通過(guò)渠道分別與水庫(kù)和外海連通。漲潮時(shí),水庫(kù)外因海水不斷涌來(lái),庫(kù)外水位高于庫(kù)內(nèi)水位,落潮時(shí),水庫(kù)外因海水不斷落去,庫(kù)內(nèi)水位高于庫(kù)外水位,電站就是利用這個(gè)水位差—?jiǎng)菽芡苿?dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn),并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。潮汐電站國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)60年代已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化生產(chǎn),是迄今唯一實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電的海洋能。

        潮流能

        海潮的另外一種用法

        潮流發(fā)電的原理與風(fēng)力發(fā)電類似。如有一種叫“水下風(fēng)車”的潮流發(fā)電裝置,利用潮流推動(dòng)葉輪,進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。葉輪有水平軸螺旋槳式,也有垂直軸轉(zhuǎn)輪式。但是,潮流發(fā)電裝置的葉片比風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片小很多,因?yàn)楹K芏缺瓤諝饷芏却蠛芏唷?/p>

        國(guó)內(nèi)外從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行潮流發(fā)電的研究,90年代中期出現(xiàn)研究熱潮。當(dāng)前研究潮流發(fā)電的國(guó)家有很多,以英國(guó)最先進(jìn),我國(guó)也屬先進(jìn)行列。現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)外潮流發(fā)電裝置的研究已進(jìn)入發(fā)電裝置示范試驗(yàn)階段,就目前的情況來(lái)看,投入實(shí)用已經(jīng)指日可待。

        波浪能

        大海給予的雙刃劍

        到過(guò)海邊的人都會(huì)對(duì)大海驚心動(dòng)魄的波濤留下深刻的印象,大風(fēng)一起,滾滾巨浪就像不馴服的野馬,在海面上跳躍奔騰。海浪是許多海難的肇事者,但也是一種寶貴的能源。據(jù)科學(xué)家估算,全世界海洋的波浪能總儲(chǔ)量約30億千瓦,技術(shù)上可利用的儲(chǔ)量約為10億千瓦。

        波浪能利用的形式很多,上下運(yùn)動(dòng)、搖擺、壓力等都可利用,其中比較簡(jiǎn)單常用的一種是利用垂直運(yùn)動(dòng)的倒打氣筒式。

        利用波浪的上下垂直運(yùn)動(dòng),推動(dòng)裝在漂浮裝置中的活塞,好像一個(gè)倒過(guò)來(lái)的打氣筒,活塞與裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓縮空氣推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種最簡(jiǎn)單的發(fā)電裝置早已在為航標(biāo)和燈塔供電。

        當(dāng)前研究波浪發(fā)電的國(guó)家很多,以英國(guó)最先進(jìn),我國(guó)也進(jìn)入先進(jìn)行列。不過(guò)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)波浪發(fā)電裝置的研究,還處于發(fā)電裝置示范試驗(yàn)階段,達(dá)到商業(yè)化實(shí)用尚需時(shí)日。

        海水鹽差能

        太咸也不是缺點(diǎn)

        據(jù)測(cè)量,各大洋海水的平均含鹽濃度為35‰(稱海水鹽度35)。這樣在江河的入海口區(qū),在河水與海水交匯的地方,河水與海水之間便存在著含鹽濃度的不同,也就是含鹽濃度差。由含鹽濃度差而儲(chǔ)存的能量,便是海洋鹽差能,也叫濃度差能。據(jù)科學(xué)家估算,全世界海洋的鹽差能總儲(chǔ)量約300億千瓦,技術(shù)上可利用的儲(chǔ)量約為30億千瓦,其能量密度超過(guò)其他形式的海洋能。

        鹽差能的表現(xiàn)形式很多,當(dāng)前最受關(guān)注的開發(fā)利用方法是滲透壓法。當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)水池中間隔一片半透膜(只允許溶劑通過(guò)),兩側(cè)分別加入同量海水和淡水,開始兩側(cè)的水位相同。過(guò)一段時(shí)間我們會(huì)發(fā)現(xiàn):因?yàn)榈ㄟ^(guò)半透膜漸漸向海水一側(cè)滲透,淡水一側(cè)的水位會(huì)漸漸下降,海水一側(cè)水位會(huì)漸漸升高。當(dāng)鹽度為35的海水與淡水分別放入水池兩側(cè)時(shí),通過(guò)半透膜形成的滲透壓,可產(chǎn)生248米水位差,相當(dāng)24個(gè)大氣壓。

        我們可以利用這個(gè)水位差——?jiǎng)菽芡苿?dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。只要繼續(xù)向海水一側(cè)加入高鹽濃度海水,使海水一側(cè)保持高含鹽濃度,淡水就會(huì)繼續(xù)向海水一側(cè)滲透,兩側(cè)就會(huì)繼續(xù)保持水位差,發(fā)電就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。但由于鹽差能對(duì)于技術(shù)的要求比較高,難度較大,費(fèi)用很高,多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為近期較難解決,所以目前在世界范圍內(nèi)對(duì)鹽差能的研究也較少。據(jù)國(guó)外報(bào)道,近幾年,挪威、美國(guó)和荷蘭等開展了鹽差能發(fā)電的研究。

        海水溫差能

        海水間的熱量傳遞

        在世界大洋赤道兩側(cè)的熱帶海域,表層和深層海水的溫度差為20~24攝氏度,儲(chǔ)藏著巨大的溫差能資源。據(jù)科學(xué)家估算,全世界海洋的溫差能總儲(chǔ)量約400億千瓦,技術(shù)上可利用的儲(chǔ)量約為20億千瓦。

        海水的這種溫差可以幫助人們發(fā)電,其基本原理是:利用能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的工作介質(zhì)吸收海洋中的熱能產(chǎn)生蒸汽,推動(dòng)渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

        經(jīng)過(guò)100年的研究,美國(guó)科學(xué)家終于在1979年在夏威夷島海域建成了一個(gè)溫差電發(fā)電試驗(yàn)電站,這是世界上第一次從海洋溫差能獲得有實(shí)用意義電能的溫差電站。在此之前,科學(xué)家在試驗(yàn)研究中,獲得的電力還少于為抽取深層冷水和表層溫水付出的電力。

        海流能

        海水的遷徙運(yùn)動(dòng)

        在世界大洋中,有一股大規(guī)模的海水流動(dòng),所形成的“海中之河”叫海流。

        海流是由海面上風(fēng)的作用,或海水溫度、鹽度不同產(chǎn)生的密度分布不均而引起的。海流沿著各自不同的路線不停地流動(dòng),方向和流速相對(duì)穩(wěn)定。它們的長(zhǎng)短不一,或數(shù)百千米,或數(shù)千乃至上萬(wàn)千米,其寬度、厚度也不同。海流的流速一般是0.5~1.0米/秒,高的可達(dá)2.0米/秒。據(jù)科學(xué)家估算,全世界海洋的海洋能總儲(chǔ)量約6億千瓦,技術(shù)上可利用的儲(chǔ)量約為3億千瓦。因?yàn)楹A髂芎统绷髂芏际橇魉賱?dòng)能,所以海流發(fā)電與潮流發(fā)電的原理基本相同。但由于一般海流都在距離大陸較遠(yuǎn)的大洋中,開發(fā)利用難度較大,研究的國(guó)家較少。

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