海洋可再生能源【組圖】zt

海洋可再生能源

海浪發電站

技 術 大 綱 1) 潮 汐 能 2) 海 浪 能 3) 其 他 海 洋 能 技 術 地球 表 麵 70% 以 上 的 地 方 被 海 洋 覆 蓋 。 海 洋 中 的 潮 汐 和 海 浪 都 蘊 藏 著 大 量 的 能 量 。 潮汐 的 出 現 主 要 是 由 於 月 亮 的 引 力 ， 而 波 浪 則 主 要 是 由 風 引 起 的 。 潮 汐 和 海 浪 都 是 間歇 性 的 ， 通 過 機 械 設 備 可 以 將 其 中 的 能 量 轉 化 為 電 能 。 另 外 ， 海 洋 流 也 可 以 用 來 發電 。 大 部 分 海 洋 可 再 生 能 源 技 術 仍 然 處 在 開 發 階 段 ， 隻 有 少 數 進 入 商 業 應 用 階 段 。 1) 潮 汐 能 潮汐 指 的 是 海 平 麵 周 期 性 的 漲 退 。 潮 汐 現 象 產 生 自 太 陽 和 月 亮 對 海 水 的 引 力 作 用 。 潮汐 是 最 可 預 計 的 自 然 力 量 之 一 。 海 平 麵 在 漲 潮 的 時 候 上 升 ， 退 潮 的 時 候 下 降 。 每 天（ 更 精 確 的 說 法 是 月 亮 繞 地 球 旋 轉 一 周 所 需 的 24.84 小 時 ） 有 兩 次 潮 漲 和 潮 退 。 在接 連 的 潮 漲 和 潮 退 之 間 ， 海 水 平 麵 的 落 差 被 稱 為 " 潮 差 " 。 由於 地 球 和 月 亮 都 繞 著 太 陽 轉 動 ， 月 亮 和 太 陽 的 相 對 位 置 也 會 影 響 潮 汐 現 象 。 當 兩 者排 列 成 一 直 線 時 ， 引 力 作 用 非 常 強 大 ， 所 引 發 的 潮 差 也 很 大 。 這 種 現 象 稱 為 " 大 潮" 。 而 當 兩 者 並 不 排 列 成 一 直 線 的 時 候 ， 潮 差 會 小 一 點 。 當 月 亮 和 太 陽 相 對 地 球 排列 成 直 角 時 ， ， 所 引 發 的 潮 差 最 小 ， 這 種 現 象 稱 為 " 小 潮 " 。 通過 蓄 水 灣 可 以 將 潮 汐 能 儲 存 ， 隨 後 可 以 　 放 海 水 以 推 動 水 輪 發 電 。 蓄 水 塘 越 大 ， 在潮 汐 過 程 中 能 夠 儲 存 的 能 量 就 越 大 。 假 設 一 個 蓄 水 灣 的 截 麵 積 固 定 ， 而 落 差 為 H 米， 那 麽 這 個 蓄 水 灣 單 位 麵 積 蓄 能 將 為 每 平 方 米 4.91 H2 千 焦 。 當 然 ， 這 隻 是 潮 汐 能潛 力 值 的 最 大 理 論 值 。 潮 汐 發 電 設 備 的 工 作 原 理 潮汐 能 可 以 通 過 在 河 口 建 立 堤 壩 形 成 蓄 水 灣 來 截 取 。 在 漲 潮 過 程 中 ， 通 過 一 些 水 閘 可以 將 海 水 注 入 蓄 水 灣 ， 隨 後 在 落 潮 時 關 閉 這 些 水 閘 。 當 海 水 落 潮 以 後 ， " 水 頭 " 就會 增 加 。 蓄 留 的 海 水 排 出 時 可 以 推 動 傳 統 的 水 輪 ， 從 而 帶 動 發 電 機 發 電 。 上 圖 ： 潮 汐 堤 堰 潮汐 能 發 電 可 以 通 過 在 漲 潮 時 直 接 推 動 堤 堰 上 安 裝 的 水 輪 發 電 （ 漲 潮 發 電 ） ， 或 者 在漲 潮 時 讓 海 潮 通 過 水 閘 進 入 蓄 水 塘 之 後 關 閘 ， 再 在 退 潮 時 讓 海 水 通 過 水 輪 發 電 （ 退潮 發 電 ） 。 在 簡 單 的 退 潮 發 電 和 漲 潮 發 電 設 施 ， 每 個 潮 汐 周 期 裏 設 備 使 用 時 間 比 較短 （ 3 到 6 小 時 ） ， 期 間 產 生 相 對 短 時 間 的 電 功 率 。 另 外 一 種 方 法 是 雙 向 發 電 ， 此 方 法 可 以 從 漲 潮 和 退 潮 過 程 中 都 提 取 能 量 。 不 過 ， 由 於 電 力 輸 出 更 加 均 勻 分 布 ， 電 功 率 值 會 降 低 。 2) 海 浪 能 〔 波 浪 能 〕 風和 海 麵 之 間 的 互 動 ， 產 生 海 浪 。 海 浪 中 既 有 動 能 （ 海 水 前 移 運 動 ） 也 有 位 能 （ 部 分海 水 水 位 升 高 ） 。 海 浪 能 最 密 集 的 地 方 在 南 北 半 球 的 緯 度 40 度 到 60 度 之 間 。 而 主要 原 因 是 這 個 地 帶 的 信 風 的 緣 故 。 理 論 上 深 海 海 浪 的 功 率 P 為 〔 瓦 / 米 〕 ∶ P = pg2H2T/(32*pi) 瓦 / 米 浪 峰 寬 或 大 約 H2T 千 瓦 / 米 浪 峰 寬 其 中 ， p 是 海 水 密 度 H 是 海 浪 高 度 （ 浪 峰 到 浪 穀 之 間 垂 直 距 離 ） ， 單 位 米 T 是 海 浪 周 期 ， 單 位 秒 海 浪 發 電 設 備 的 工 作 原 理  以 下 為 當 前 主 要 的 海 浪 發 電 技 術 。 (a)振 蕩 水 柱 式 波 浪 發 電 係 統 ， 通 過 波 浪 引 起 豎 井 或 沈 箱 中 的 水 柱 上 下 運 動 來 發 電 。 水柱 的 上 下 振 蕩 可 以 使 到 豎 井 中 水 麵 上 的 空 氣 來 回 進 出 ， 從 而 推 動 渦 輪 旋 轉 而 發 電 。這 類 係 統 也 稱 氣 動 係 統 。   上 圖 ： 振 蕩 水 柱 式 海 浪 能 發 電 設 備 工 作 原 理 ( 來 源 : Wavegen ) (b)收 窄 水 道 式 波 浪 發 電 係 統 （ TAPCHAN ） ， 包 含 一 個 不 斷 變 窄 的 水 道 以 將 波 浪 聚 集 到比 海 平 麵 高 數 米 的 儲 水 湖 中 。 波 浪 進 入 縮 減 水 道 後 越 是 接 近 儲 水 湖 ， 波 浪 高 度 也 就越 高 。 最 終 一 些 水 會 越 過 水 道 的 圍 牆 而 進 入 儲 水 湖 。 通 過 這 個 過 程 ， 波 浪 的 動 能 轉化 為 儲 水 湖 中 的 水 位 能 。 最 後 儲 水 湖 中 的 水 會 被 送 到 水 輪 機 進 行 發 電 。 上 圖 ： 收 窄 水 道 式 波 浪 發 電 係 統 (c)浮 式 波 浪 發 電 設 備 利 用 其 浮 水 部 分 的 諧 波 運 動 發 電 。 浮 水 部 分 的 起 伏 可 以 直 接 發 電， 也 可 以 驅 動 安 裝 於 海 床 的 活 塞 或 者 軟 管 泵 ， 以 推 動 渦 輪 機 從 而 發 電 。 上 圖 ： Ocean Power Technologies 開 發 的 PowerBuoy 波 浪 發 電 裝 置 ( 來 源  ： Ocean Power Technologies ) (d) Pelamis 波 浪 發 電 裝 置 是 一 種 部 分 浸 入 海 水 而 狀 似 海 蛇 的 設 備 。 該 設 備 由 活 動鉸 連 接 在 一 起 的 鋼 管 組 成 ， 每 一 個 活 動 鉸 都 裝 有 一 個 液 壓 泵 。 波 浪 導 致 活 動 鉸 的 運動 ， 牽 引 水 力 錘 不 斷 把 高 壓 油 泵 向 液 壓 馬 達 ， 然 後 馬 達 再 牽 引 發 電 機 進 行 發 電 。 該裝 置 由 纜 繩 係 泊 ， 係 泊 係 統 由 許 多 浮 物 和 重 物 組 成 ， 以 避 免 纜 繩 繃 緊 。 上 圖 ： Pelamis 波 浪 發 電 裝 置 ( 來 源 : Ocean Power Delivery Limited ) 3) 其 他 海 洋 可 再 生 能 源 技 術 海 洋 流 發 電 技 術 利用 類 似 風 力 發 電 機 轉 子 的 海 洋 流 渦 輪 收 集 海 洋 流 能 量 。 與 流 動 空 氣 推 動 風 力 發 電 機不 同 的 是 ， 海 洋 流 渦 輪 處 於 海 麵 子 下 ， 由 潮 汐 流 或 海 洋 流 推 動 。 旋 轉 的 渦 輪 轉 子 經齒 輪 箱 帶 動 發 電 機 發 電 。 轉 子 可 以 安 裝 在 插 入 海 床 的 杆 柱 上 ， 從 而 固 定 於 海 洋 之 中。 (Copyright by Marine Current Turbines TM Ltd) 海洋 流 發 電 技 術 仍 然 處 於 開 發 階 段 。 全 世 界 第 一 個 商 業 規 模 的 海 洋 流 發 電 機 於 2003年 在 英 國 北 德 文 郡 (North Devon) 林 茅 斯 (Lynmouth) 附 近 的 布 裏 斯 托 爾 海 峽(Bristol Channle) 進 行 試 驗 。 渦 輪 由 單 個 葉 片 構 成 ， 葉 片 長 度 為 11 米 。 試 驗 的海 洋 流 發 電 機 發 電 能 力 為 300 千 瓦 ， 作 為 將 來 開 發 潮 汐 流 發 電 機 的 測 試 機 種 。

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