一 海洋潮汐发电 这里所说的海洋能，土要是指依附于海水中的可再生能源，它包括潮汐能、海浪能、海流能。海水温差能、海水盐差能等，一般不包括海底石油和天然气等化石能源在内。
海洋占地球表面积的71％，它接受来自太阳的辐射能比陆地上要太得多，因此全球海洋能的可再生量非常之大，其开发利用的潜力很大。根据联合国教科文组织提供的资料，全世界海洋能的可再生量，从理论上说近800亿千瓦。如此巨大的海洋可再生能源资源，正等待着人类运用现代科学技术去进行开发利用。
海洋潮汐是由于月球和太阳引力的作用而引起的海水周期性涨落现象。人通常把海水在白天的涨落叫做“潮”，把海水在夜间的涨落叫做“汐”，合起来称为“潮汐”。潮汐天天发生，永不停息。月球虽然比太阳小得多，但它离地球比太阳近得多，月球对地球上海水的引潮力大约是太阳的2.17倍。
海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能。在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能大都转化为动能。海水在潮涨潮落运动中所包含的大量动能和势能，称为潮汐能。
海水的潮汐能大得惊人。在我国浙江省肖山县新湾海塘上，有两块钢筋混凝土块，每块的重量有12吨左右，在1968年的一次潮头过后发现，这两块巨大的钢筋混凝土块竟被海潮推移了30多米的距离。可见海潮的力量之大!
潮汐涨落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差比较小，通常只有几十厘米至1米左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，潮差就比较大。例如，加拿大的芬迪湾、法国的塞纳河口、我国的钱塘江口、英国的泰晤士河口、巴西的亚马逊河口、印度和孟加拉国的恒河口等，都是世界上潮差较大的地区。其中芬迪湾的潮差最高达18米，是世界上潮差最大的地区。
海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大则潮汐能也越大。比如，在1平方千米的海面上，当潮差为5米时，其潮汐能的最大发电能力约为5500千瓦；而当潮差为10米时，其潮汐能的最大发电能力可达22000千瓦。据专家们估计，全世界海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿千瓦，其每年的发电量可达33480万亿度。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为“蓝色的煤海”!
潮汐发电的原理与一般的水力发电相似，是在海湾或有潮汐的河口上建造一座拦水堤坝，将入海河口或海湾同海洋隔开，形成一个天然水库，并在堤坝中或坝旁安装水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，以此来推动水轮发电机组进行发电。
潮汐能取之不尽用之不竭，是一种开发潜力极大的天然能源。潮汐发电的主要优点是：①潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；②它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站：③潮汐电站的堤坝较低，容易建造，其投资也相对较少。
我国的海岸线长达2万千米，潮汐能的蕴藏量至少在2亿千瓦以上，约占世界潮汐能总蕴藏的8％。其中，渤海3000万千瓦，黄河5500万千瓦，东海7400万千瓦，南海4000万千瓦：而钱塘江的潮汐能大约是700万千瓦。随着科学技术的发展，人们已不满足于利用潮汐能来推动水车和水磨了，而是要利用潮汐来发电。建国以后。在我国的广东、上海、福建、浙江、山东和江苏等地，先后建造了数十座小型潮汐发电站。1980年我国建成的浙江温岭县江厦潮汐电站，其装机总容量为3000千瓦，有几台500～700千瓦的机组已相继正式并网发电。这座潮汐电站的规模仅次于法国的朗斯潮汐电站，居世界第二位。
法国、英国、美国、加拿大、阿根廷和独联体各国都很重视潮汐电站的发展，其中法国一马当先。
二 海浪的巨大能量
文学家把潮汐比喻为海洋在不停地进行着“呼吸”，把海浪比喻为海洋不断地跳动着的“脉膊”。这些比喻，形象而贴切，并且富有诗意。大海从来就不曾平静过，无风时微波荡漾，有风时巨浪翻滚，这正是海洋的“习性”所在。那奔腾咆哮的海浪猛烈拍打着岸边的岩石，发出响雷般的轰鸣声，激溅起高高的浪花，这正是海浪在显示它那无穷的力量!
尽管海浪的高度一般超不过20来米，可是当它冲击海岸时，却能激起六七米高的浪花。这浪花犹如利剑，它曾经将斯里兰卡海岸上一座屹立在60米高处的灯塔一举击碎!
海浪是位无与伦比的“大力士”，它创造的记录令人叹为观止：拍打岸边的激浪，曾把法国契波格海港的一块重3吨半的重物一举抛过高60米的墙壁；在苏格兰的威克地方，巨大的海浪将一件1350吨重的庞然大物移动10米远；在荷兰的阿姆斯特丹，一块20吨重的混凝土在被海浪举起7米多高以后，又被海浪抛射到距海面1.5米的防波堤上；1952年，一艘美国轮船在意大利西部的海面上被浪头劈成了两半――其中一半被抛上了海岸，另一半则被冲到老远的海洋中。
据测试，海浪对海岸的冲击力可达每平方米20～30吨，在个别情况下甚至达到60吨。所以，科学家们早在几十年之前就开始了对海浪能的研究，以便让海洋更多地造福于人类。
我国的黄海和东海的年平均波高为1.5米，南海的年平均波高为1米左右，而它们的年平均波周期大约是6秒。据估算，我国领海的海浪能总量达1.7亿千瓦；全世界的海浪能总量高达25亿千瓦，这个数目与潮汐能旗鼓相当。
1964年，日本造出了世界上第一个-海浪发电装置――航标灯。虽然这台发电机的发电能力只有60瓦，只够一盏航标灯使用，然而它却开创了人类利用海浪来进行发电的新纪元。
利用海浪进行发电，既不消耗任何燃料和资源，又不生产任何的污染。是一种极其“干净”的发电技术。并且它无需占用任何土地，只要是有海浪的地方就能发电。对于那些无法架设电线的沿海小岛，海浪发电是最适用不过的。
目前利用海浪发电的方法主要有三种：①利用海浪的上下运动所产生的空气流或水流，使气(水)轮机转动，以带动发电机进行发电；②利用海浪装置的前后摆动或转动以产生空气流和水流，使气(水)轮机转动，带动发电机进行发电；③将低压大波浪变为小体积的高压水，然后再把高压水引入某一高位水池积蓄起来，使其产生高压水头，以冲动水轮发电机组进行发电。
所谓浮标式波浪发电装置，就是利用海浪的上下运动所产生的空气流来进行发电的装置。这种发电装置有一根空气管，管内的水面(相当于一个活塞)是相对静止的，而管外的水面可以上下运动。海浪的起伏波动，使得浮标 做上下运动，于是浮标体内的空气活塞室里的空气就被水面这个“活塞”所压缩和扩张，使空气从空气活塞室里冲了出来，以推动气轮发电机组进行发电。
日本还研制成了一种锥形浮体式海浪发电装置，它也是属于浮标式发电装置，但它不像上面所介绍的浮标式发电装置那样是利用海浪的上下运动所产生的空气流来发电，而是利用共振原理来发电。这种发电装置的浮体，其固有频率与海浪上下运动的频率相等，因而出现共振，并且利用这种共振来进行发电。浮体的下端是锥体，锥体的顶端有一个能作正向和逆向转动的螺旋浆。当浮体与海水作相对运动时，便驱使螺旋浆转动，并带动发电机组进行发电。
此外还有一种固定式海浪发电装置，其构造及工作原理类似于浮标式，所不同的是将空气活塞固定于海岸上，通过中央管道内水面的上下升降来代替浮标的上下运动，以实现空气活塞室内空气的压缩和扩张，推动气轮发电机组进行发电。
另外值得一提的是，在日本，上世纪70年代末造出了一艘海浪发电兼消波的“海明”号大型海浪发电船，它能发出100～150千瓦的电能，并具有远离海岸的电力传输装置。这艘海浪发电船长80米，宽12米，总重500吨，船内安装了几台(空)气轮机式海浪发电装置。它经常锚泊在距离海岸3000米的海上，其锚泊海域的水深为40米左右。
英国于上世纪90年代初在苏格兰的艾莱岛上建造了一座发电能力为75千瓦的海浪发电站，它是继挪威、日本之后利用海浪进行发电的第三个国家。此外英国爱丁堡大学目前正在研制发电能力为5万千瓦的海浪发电装置，并且英国人还计划在海岸以外的海面上建造新的海浪发电站。挪威科学家提出了一个大胆的设想：要人为地制造大的波浪来进行海浪发电。这一大胆的设想，将使海浪发电的研究试验工作进入一个新的阶段。
总的说来，海浪能是人类开发利用海洋能的一个重要方面，是一种开发利用前景非常诱人的新型能源。目前全世界已有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电功率一般都还比较小，有待进一步开发利用。
三 海洋中神秘的“河流”
在浩瀚的海洋中，除了存在湖水的涨落和波浪的上下起伏之外，还有一部分海水经常是朝着一定的方向而不停地运动着的。它犹如人体内流动着的血液，又类似于陆地上奔流不息的河川，长年累月地在海洋中奔流着。人们把海洋中这种神秘的河流叫做“海流”。
海流和陆上的河流差不多，它也有一定的长度、宽度、深度和流速。在一般情况下，海流可长达几千千米，比我国的长江、黄河还要长；而海流的宽度也比一般河流宽得多，它相当于长江宽度的几十倍甚至上百倍；海流的速度通常为每小时1～2海里(1海里=1.852千米)。有的可达每小时4～5海里。通常是在海洋表面上的海流速度较大，随着深度的增加，海流的速度逐渐减小。
海风的吹袭和海水密度的不同，是产生海流的两个主要原因。由定向风持续地吹袭海面所引起的海流，称为“风海流”；而由于海水密度的不同所产生的海流，则叫做“密海流”。归根到底，这两种海流的能量都是来源于太阳的辐射能。
海流也同河流那样蕴藏着巨大的动能，它在流动中具有很大的冲击力和潜能，可以利用它来进行发电。据专家估算，世界各大洋中海流能的总量达50亿千瓦，是海洋能源中蕴藏量最大的一种。
利用海流进行发电，比利用陆地上的河流进行发电要优越得多。海流不受洪水的威胁，也不受枯水季节的影响，它几乎以常年不变的流量不停地运动，完全可以成为一种稳定可靠的能源。
海流发电是依靠海流的冲击力来使水轮机旋转，再通过变速装置变换成高速，然后带动发电机进行发电。目前的海流发电多是浮在海面上进行的。例如有一种花环式海流发电站，它是由一串螺旋桨组成的，其两端固定于浮筒上，发电机装在浮筒里，整个电站迎着海流的方向而漂浮在海面上，看上去就像是一个花环。这种发电站之所以用一串螺旋桨组成，主要是由于海流速度小的缘故。这种海流发电站的发电能力通常是比较小的。一般只能为灯塔和灯船提供电力，充其量也不过为潜艇上的蓄电池充一充电而已。
美国设计了一种驳船式海流发电站，其发电能力比花环式海流发电站大得多。这种发电站实质上就是一艘船，所以还不如称之为发电船更来得确切。其船舷两侧装着巨大的水轮，水轮在海流的推动下不断地旋转，进而带动发电机进行发电。它所发出的电力可通过海底电缆输送到岸上，这种驳船式海流发电站的发电能力可达万千瓦左右。这种建造在船上的海流发电站，一旦遭到狂风巨浪的袭击，便迅速撤离现场，躲进港湾，以确保安全。
在上世纪70年代末，国外出现了一种设计新颖的伞式海流发电站。这种海流发电站也是建造在船上的。它是将50把降落伞串在一根长150余米的绳子上，绳子的两头相连，形成环状，用它来聚集海流的能量。然后，将绳子套在锚泊于海流里的船艉的两个轮子上。降落伞的直径约0.6米。置于海流之中而串连起来的50把降落伞由强大的海流推动着，而处于逆流的伞就像大风把伞吹胀撑开一样，并且顺着海流的方向运动起来。于是，拴着降落伞的绳子带动船上的两个轮子旋转，而连接着轮子的发电机也跟着转动起来，进行发电。它所发出的电力同样是通过海底电缆输送至岸上。
有人做过这样的计算：如果把伞式海流发电站置于流速为3节(1节=1海里／小时，1海里=1.852千米)的海流中，那么只要用40把直径0.9米的降落伞拴在500米长的绳子上，其发电能力就可达3.57万千瓦。美国能源部据此做过估计：如果在佛罗里达海湾的海流中设置海流发电站，那么其发电能力可望达到1000万千瓦的水平。
英国物理学家和化学家法拉第(1791～1867年)曾发现电磁感应现象并总结出电磁感应定律，当时他对如何利用海流来服务于人类也有过一些初步的设想。他认为，利用地磁可以进行海流发电。不过当时由于技术条件所限，无法产生足够强大的磁场，因而法拉第的设想在当时无法成为现实。
1911年，人们首次发现了超导现象，随后又发现了超导体，随着超导技术的发展，如今超导磁体的应刷越来越广泛，通过人工来形成强大磁场已不再是梦想。有的专家设想；只要用一个3.1万高斯的超导磁体放入黑潮海流中，那么海流在通过强磁场时将造成对磁力线的切割，从而可以发电，其发电能力可达1500千瓦。所谓黑潮。它是从我国的台湾省附近向北流去的一股暖海流。由于这股海流的盐分重，水色深蓝，从高处俯视，很像是漂在蔚蓝色大海中的一条黑色绸带，因此科学家们称之为“黑潮”。
我国海域辽阔，既有风海流，也有密海流；既有沿岸海流，也有深海海流。这些海流的流速多在0.5海里／小时左右，流量变化不大，流向也较为稳 定。若以平均流量100立方米／秒计算，那么我网近海和沿岸海流的能量可达1亿千瓦以上，其中以台湾海峡和南海的海流能量最为乍寓，它们必将为发展我同沿海地区的工农业生产提供充是而廉价的电力。
四 硕大无比的天然热库
辽阔的海洋是一个硕大无比的“储热库”，它大量地吸收太阳能；同时它又是一台巨大无比的“调温机”，随时都在调节着海洋的表面和深层的水温。
海水的温度，随着深度的增加而降低。这是因为太阳光无法透射到400米以下的深海。表层海水与深500米处海水的温度，相差可达20℃以上。人们通常把深度每增加100米海水温度之差称为“温度递减率”。通常是在100～200米的深度范围内海水的温度递减率最大；深度超过200米以后其温度递减率显著减小；深度达到1000米以上时其温度递减率已经变得相当微小。
海洋中上下层水温的差异，蕴藏着一定的能量，专家们称之为“海水温差能”，也叫“海洋热能”。而这种海水温差能可以用来进行发电，人们把这种发电方式叫做“海水温差发电”。
早在上世纪20年代，科学家们就开始着手研究试验海水温差发电的方法。1926年，法国物理学家G?克劳德进行了海水温差发电的小型试验，他在实验装置的一个烧瓶(甲)里，加入28℃的温水(这相当于海水表层的水温)；在另一个烧瓶(乙)里放入冰块，并保持0℃(以代替海洋深层的水温)。用真空泵将烧瓶内的空气抽出(抽到雎力低于0.038／cm2)。由于液体的沸点是随着加在液面上压力的减小而降低的，所以在此低压下，足以使得烧瓶(甲)中的水沸腾起来。要是能够使烧瓶内的真空度进一步提高，也就是使烧瓶内的压力变得更低，那么烧瓶(甲)中的温水就会提前沸腾而迅速蒸发。这样，相对于烧瓶(乙)中0℃的冰块，就产生了以蒸汽压差为主的压力差。于是，烧瓶(甲)中蒸发的水蒸气通过一个喷嘴喷出，推动涡轮发电机组进行发电。
克劳德试验成功以后，于1929年在古巴建造了一套专门进行海水温差发电的实验装置。他用一根直径为2米的铜管，在距离海岸2000米处，从650米的深海中汲取冷海水。当温海水的温度为27.5℃而冷海水的温度为13℃时，其发电功率为22千瓦。然而，他用水泵抽取冷海水时所消耗的功率却达80千瓦。这岂不是“得不偿失”吗?实际上不然，克劳德的这套实验装置的发电潜力并没有得到充分发挥，按计算其发电功率可达220千瓦。但不管怎样，克劳德的实验表明：利用海水的温差来进行发电在技术上是可行的。
现在的新型海水温差发电装置，是首先把海水引入太阳能加温池，将海水加温到45～60℃(有时可高达90℃)，然后再将温海水引进保持真空的空间，使其蒸发，由蒸汽推动汽轮发电机组进行发电。
不过通常的做法是，采用氨作为工作物质，用氨来吸收海水表层的热量而蒸发成氨蒸气，以推动汽轮发电机组进行发电。做完工的氨被送进冷凝(由深层的冷海水进行冷凝)，再通过泵把液态氨重新泵入蒸发器，利用表层海水使氨再次蒸发，继续发电。
利用海水的温差来进行发电，还可以得到一种副产品――淡水，所以说海水温差发电还具有海水淡化的功能。一座发电能力为10万千瓦的海水温差发电站，每天可分馏出378立方米(约合10万加仑)的淡水，以解决工业用水及饮用之需。另外，由于电站抽取的深层冷海水中富含营养盐类，因而在海水温差发电站的周围，正是浮游生物和鱼类栖息的理想场所，这将有利于提高鱼类的近海捕捞量。
利用海水温差进行发电，通常要选择海水温差在20℃以上的海域。古巴、巴西、安哥拉、印度尼西亚以及我国南部沿海等低纬海域，是进行海水温差发电的理想场所。据专家们估计，仅北纬20度至南纬20度之间的海域，海水温差的能量就可以发电26亿千瓦。全世界海洋蕴藏的海水温差能量大约有600亿千瓦。在我国的海域内，可供利用的海水温差能量约为11.2亿千瓦。
五 巨大的“海水盐差能”
海水有一种苦咸味，它里面溶化了不少的矿物盐(每100千克的海水中大约含有3.5千克的盐类)，这给在海上生活的人们带来了不少困难。为了解决海上的生活用水问题，必须将海水进行淡化。
不过，海水是一种富含能量的海洋资源，苦咸的海水本身也可以用来进行发电。
在大江大河的入海口，也就是在江河水与海水相交融的地方，江河的淡水与海里的咸水相互扩散，直到两者的含盐浓度相等为止。在海水与淡水相混合的过程中，同时释放出许多能量。含盐浓度高的海水以较大的渗透压力向淡水扩散，同时淡水以较小的渗透压力向海水扩散。这种渗透压力差所产生的能量，称为“海水盐浓度差能”，也叫“海水盐能差”。
实验表明，在许多江河入海口处的海水渗透压力差，大致相当于240米高的水位落差。目前世界上水坝高于240米的大水电站可以说是寥寥无几。可是，有的江河入海口处海水的渗透压力却比这要大得多。例如，在约旦河流入死海的汇合处，海水盐差的能量就大得惊人。由于死海的盐差浓度几乎达到了饱和状态，其渗透压力达到50500千帕(约合500个大气压)，相当于5000米高的水位落差。可见其所含能量之巨大!
海水盐差的能量，是由于太阳辐射热使海水蒸发后而导致海水浓度增大的结果。在水循环过程中，被蒸发出来的大量水蒸气又变成云彩和雨滴而重新返回到海洋中，同时释放出许多的能量，据估算，全世界的海洋一年的蒸发量相当于其水位降低1.3米，即每秒蒸发1.2X 107立方米的水量。如果以2124帕(约合21个大气压)的海水盐差进行计算，那么全世界海洋盐差的能量资源高达30亿千瓦。
如何有效地利用如此丰富的海水盐差能量呢?科学家们想到了利用“浓差电池”的化学原理，就是通过电化学的方法把盐差能转换成电能。
海水浓差电池的工作原理，就是在由多孔质隔膜(离子交换膜)隔开的两个容器中，分别地装入海水和淡水，并分别插入电极，便可在两极之间产生0.1伏左右的电压。只要接通电路，便会产生电流。
根据这种试验装置的原理，只要有大量的淡水与海水相混合，就能够释放出巨大的能量来。试验表明，江河入海口是利用海水盐差能量最理想的场所。这是因为，在江河入海口处，含盐极少的江河水总是源源不断地涌入大海，而海水本身含有较多的盐分，因而海水与江河水之间就形成盐浓度差，我们只要将两个电极分别地插进海水和江河水里，并且把两个电极用导线连接起来，那么电流就会源源不断。
但是，这种发电方法从技术上说还存在不少问题，因此它目前还只是处于试验探索的阶段。
总的说来，海水盐差能的蕴藏最是极其巨大的，目前世界上的许多国家，包括美国、瑞典和我国在内，都在加紧开展对海水盐差能的研究和开发利用。
(编辑／田宗伟)
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