全球海洋能源发展史

1 海洋能利用历史
        最早被人们认识并利用的是潮汐能，一千多年前的唐朝，我国沿海居民就利用潮力碾谷子，在山东地区就发现早期的潮汐磨。11世纪的欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路，并把它带到美洲新大陆。1600年法国人在加拿大东海岸建起美洲第一个潮汐磨。在英国萨福尔克至今还保留着一个12世纪的潮汐磨，还在碾谷子供游客参观。20世纪50年代中期，在我国沿海出现潮汐能利用高潮，群众自力更生、土法上马兴建了40多座小型潮汐电站和一些水轮泵站。由于发电与灌溉、交通的矛盾，加上水库淤积、设备简陋等原因，保留下来的只有浙江省沙山40kW潮汐电站。 人们对波浪能感受最深，全世界利用波浪能的设想数以千计，见于有文字的波能装置专利可追述到1799年，仅英国，从1856年至1973年就有350项，是发明家的乐园。一位日本海军士官益田先生，于1965年率先将他发明的微型航标灯用波力发电装置商品化。
        利用海洋温差发电的概念，一百多年以前已被人们所知。1881年，法国物理学家阿松瓦尔在报纸上发表《太阳海洋能》的论文，提出海洋吸收并储存太阳能，利用表面温海水与下面冷海水的温差使热机做功。1930年，另一位法国科学家克劳德在古巴建了一座岸式开式循环发电装置，功率22kW，可是发出的电小于运行所消耗的电。尽管如此，这项尝试证明海洋温差有发电的可能。 在海上航行的水手们都懂得借助海流和潮流行船，现代人想的是利用海流和潮流发电。人们形象地把海流和潮流发电装置比喻成水下风车。我国舟山群岛的潮流速度一般为3~4节，最大可达7节（3.6 m/s），为世人瞩目。农民企业家何世钧先生，从小感受发生在自己家门口的潮流所蕴藏的能量，1987年他将自制的螺旋桨安装在小船上，在潮流推动下，通过液压传动装置带动发电机发电，最大输出功率达5.6 kW。

2 海洋能发电技术

2.1 潮汐能发电站
        在潮差较大的海湾或江河的入海口建拦海大坝，利用坝内外水位差推动水轮机发电，厂房和水轮发电机与水电站类似，属低水头电站。就水轮机的布置和结构有三种型式：立轴流式、灯泡式和全贯流式，如图1所示。立轴式结构简单，比较传统，早期小型潮汐电站都采用这种方式。灯泡式，或称半贯流式，发电机安装在灯泡状的机室内，水力损失少，比同直径的立式机组功率增大20%~35%，厂房造价也可低10%~15%，是目前低水头水电站的主要机型。全贯流式发电机的转子就安装在水轮机转轮的外缘上，结构紧凑，水力性能更好，还可以降低厂房造价，是比较理想的低水头水轮机发电组，但是转子密封的技术难度大，还没在特大型的水电站运用。

        世界上有不少港湾和河口的平均潮差在4.6 m以上，北美芬地湾最大潮差有18m，法国圣马洛港附近最大潮差有13.5m，我国钱塘江大潮时最大潮差有8.9m。第二次世界大战后，世界上许多国家计划建大型潮汐电站，联合国《开发论坛》曾估计，到2000年全世界潮汐发电可达300至600亿度电。但实际上动工兴建的并不多。目前世界上已建成的较大的潮汐电站如表1所示。它们代表当今世界的最高水平。中国是世界上建潮汐电站最多的国家，
        世界各国计划兴建100MW级以上的潮汐电站有十余座，例如英国塞文河口大坝装机7200MW，加拿大芬地湾坎伯兰潮汐电站装机3800MW，韩国仁川湾潮汐电站装机400MW，印度卡奇湾潮汐电站装机7360MW，苏联图古尔潮汐电站装机10.3GW，等等。中国对潮汐能资源进行过多次勘察，拟建长江口北支潮汐电站装机700MW，浙江和福建沿海潮差最大，潮汐能最丰富，1984年福建省提出开发大官坂先期装机14MW，浙江省规划分别在乐清湾、象山港、健跳港建550MW、50MW、30MW的潮汐电站。 世界较大的潮汐电站至今运行正常，证明潮汐发电在技术上是可行的，可是从20世纪80年代至今，近20年来几乎没有建新的潮汐电站，100MW级的潮汐电站没有一个上马。分析没建新的潮汐电站的原因主要是考虑电站的经济性和潮汐大坝对环境的影响。 法国朗斯潮汐电站建成于1966年，总装机容量为240MW，单机功率为10MW，共24台水轮机，年发电5.4亿度，是世界上最大的海洋能发电工程。其技术创新是采用了与常规水电站不同的，具有正反向发电、泄水和抽水的灯泡式贯流水轮发电机组，不但提高了潮汐能的利用效率，同时降低了电站的造价。正当人们为这项成就欢呼的时候，法国就有人担心这个电站是“空前绝后的一个” 。
        因为它耗资太大，总的基建费用为5.7亿法郎（约1亿美元）, 若按1973年的实际发电量计算，每度电的成本大概是水力发电的2倍。由于潮汐发电是波动和间歇的，输出功率变化大，全年平均输出的电量仅为额定装机能力的25%，有待改进。 加拿大安纳波利斯潮汐试验电站建成于1984年，位于芬地湾的一个小河口处，见图2和图3，该电站研建的目的是为将来在芬地湾建大型潮汐电站做准备。该电站的创新点是采用全贯流水轮发电机组，单台机组，工作水头为1.4~7.1m，设计水头5.5m，额定功率17.8MW，最大出力20MW，转轮直径7.6m，是目前世界上单机最大的潮汐发电机组，也是技术上最先进的全贯流式水轮发电机组。电站运行为单库，单向发电，每个潮期工作6~6.5小时，全年发电约45GWh（据估计若采用双向发电的方案，发电成本增加20%，而发电只增加10%）。经过多年运行证明这种全贯流水轮机运行正常，效果很好。为什么没有继续在芬地湾建大型潮流发电站，除经济原因外，据预测，加拿大芬地湾潮汐电站项目会使几百公里内的沿海潮差受影响，由于共振原因，美国波士顿地区的水面将上升15cm，海岸线内退6~8m，这是美国反对建潮汐电站的原因之一。此外还有泥沙淤积问题以及对沿海各国动植物、鱼类和鸟类栖息地等特殊生态环境的影响问题。在沿海筑坝建大型潮汐电站所导致的环境与生态问题可能比在河川筑坝还要严重。