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海洋能资源不仅储量大,且使用安全、无环境污染,更为重要的是海洋能资源属可再生资源,是人类取之不竭的“能源宝库”,成为21世纪地球能源开发的重要领域。许多国家都有开发利用海洋能的规划,但由于海洋能开发对技术要求高,前期设备投资大,加之海洋环境复杂、海洋能资源分布存在着密度低等不利方面,因此,目前世界海洋能资源开发仅限于对潮汐能和波浪能的其他海洋能的开发则是处在提出方案与试验阶段。
(二) 海洋潮汐能开发局部开发。尽管象美国、日本等国已开始对温差能进行开发,但均属小规模、尝试性的。
潮汐能是人类最早开发利用的海洋能资源。它是蕴藏在涨落的潮水中的海洋动能,潮差越大,其蕴藏的能量越高。我们知道,潮汐是海水在月亮和太阳等天体的引力作用下发生的周期性涨落。通常情况下,大洋中的潮差仅为50cm,最大也只有90cm。但海洋中的潮差常因地形因素(如变浅变窄、海底摩擦等)以及海水同河水拥挤交汇等原因而大大加强,最大者可达18~19m左右,出现在北美的芬地湾。我国的钱塘大潮在澉浦附近最大潮差达8.9m。尽管潮汐现象是普遍存在的,但在目前的技术条件下,只有潮差超过3m的地方才具有开发意义。全世界潮差超过3m的地方约有23处,主要分布在浅海港湾与河口处。由于潮汐能集中分布于近岸地带,较之其他海洋能资源更便于开发利用。
早在19世纪末,欧洲就有人试验用修建蓄水池的办法进行潮汐发电。1912年,德国在胡苏姆地方兴建了一座小型潮汐电站,开始把潮汐发电的理想变为现实。目前,潮汐发电工程正向中型、大型化发展。20世纪90年代末,英国、加拿大、韩国等也都在过去规划、勘探、设计和论证的基础上,建设了几座百万千瓦级以上的大型潮汐发电站。据第十届世界动力会议估计,到2020年全世界潮汐发电量将达到1 000~3 000亿kw.h。
(三) 海洋波能开发
20世纪初,在法国西海岸航行的人,常能看到一种在海面上沉浮漂动、像尖塔状的水上建筑。每当海面上掀起波浪,它就能吹起警笛,声音有高有低,且同波浪具有同样的周期。这就是“警笛浮标”——海洋波能最早的利用方式。在人类探索海洋波能的种种用途中,最早进行开发研究的就是利用波浪能发电。目前世界上有许多国家,包括日本、英国、美国、加拿大、芬兰、法国、德国、挪威、中国等都在研究波能发电,并提出了300多种不同的发电方案。1978年日本海洋科技中心建成了一艘海浪发电船“海明号”,1988年又建成发电功率为30kw的固定式波浪发电站。1985年,挪威建成世界上装机容量最大的波能发电站,年发电量1 200万kW.h,它的发电成本每度仅为 4~5美分,低于海岛上用柴油发电的成本。目前,这种波能发电技术已进入国际市场,印尼、美国、葡萄牙等国都同挪威签订了建造波能发电站合同。
(一) 海洋水资源及其开发
海洋是水世界,海洋水约占全球总水量的93.7%,可谓是巨大的水资源宝库。但海水的高浓度盐分及高度的腐蚀性,在大多数情况下难以被直接利用。然而,面对日益增加的城市生活用水与工农业生产用水,在世界范围内已敲响地球水资源危机警钟的形势下,开发海水资源已成为大势所趋。作为一种资源,海水一是可以被直接利用,二是可以进行海水淡化利用。
1.水的直接利用
海水直接利用是指用海水代替淡水作工业用水(主要包括冷却、水淬、洗涤、净化、除尘)、农业用水(主要包括海水养殖和海水灌溉)、商业和城市生活用水(主要包括冲厕、洗刷、消防、浴池、游泳等),缓解沿海地区淡水资源的短缺矛盾。目前,工业用水主要是冷却用水,其利用的社会效益和经济效益已为人们所普遍认同。许多沿海国家工业用水中的40%~50%是海水,而且其规模和用途还在不断扩大。如美国早在20世纪70年代初,工业用水的20%要靠海水,现阶段已发展到60%;日本工业用水的40%~50%直接使用海水,到1995年,日本仅电力工业直接利用海水就达1200亿m3;西欧六国预计到21世纪初海水年用量将达到2 500亿m3;俄罗斯沿海地区电站总用水量的50%也是海水。
在农业利用方面,利用海水直接养殖水产比较广泛,而海水直接灌溉则依然是当今国际上一个前沿的研究领域。科学家们一方面在寻找既适于海水灌溉,又有经济意义的天然作物,另一方面又在利用耐盐植物的基因,培育一些经济和生态效益好的耐盐农作物。这些耐盐的农作物的推广不仅使在沿海耕作业省去兴修水利之苦,并且也不再因淡水短缺而影响农业生产,更可喜的是,地球上荒废着的大量盐碱地可以得到利用,为人类提供新的土地资源。
海水直接利用的另一个有潜力的领域就是用作城市厕所冲洗用水。统计显示,冲厕用水一般占城市生活用水的40%左右,而城市生活用水通常是整个城市用水的20%,因此差不10%的城市用水是用来冲厕的。如果能在滨海城市中充分利用海水冲厕,则节约的淡水量将会是十分可观的。
2.海水的淡化利用
海水淡化是20世纪50年代后期才迅速发展起来的,现在已成为具有相当规模的重要工业部门。到1994年底,全世界共有日产淡水100t以上的脱盐装置10 300台,日产淡水1 920万m3。世界海水淡化能力的55%分布在中东;其次是美国,占14.6%;欧洲和亚洲其他地区分别占11.4%和7.9%。海水淡化已经成为中东地区和许多海岛的淡水供应的主要来源,其中科威特每天的海水淡化产量达140万m3,我国香港地区海水淡化日产量为18万m3。
全世界已建成的大型海水淡化厂主要有三种类型:第一类是在沿海干旱地区建厂,如中东目前干旱缺水的科威特、沙特阿拉伯等,那里的降雨量极少、沿岸有大面积的海域,他们利用当地廉价的石油燃料蒸馏海水,以解决缺水问题;第二类是在淡水供应困难的岛屿和矿区建厂,如美国佛罗里达州南部海面上的基韦斯特,北距大陆200km,即使通过管道输水,水费也很高昂,故采用淡化的方法就地解决;第三类是在沿海城市建厂,那里人口聚集、工厂集中,耗水量大,如美国加利福尼亚的圣迭戈。