地热能-海洋能-可燃冰课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,宋长华,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,宋长华,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,宋长华,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,宋长华,*,单击此处编辑母版标题样式,*,宋长华,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,宋长华,*,第,8,章 地热能 海洋能 可燃冰,羊八井景观,9/9/2024,2,宋长华,9/9/2024,3,宋长华,9/9/2024,4,宋长华,9/9/2024,5,宋长华,羊八井地热电站,9/9/2024,6,宋长华,9/9/2024,7,宋长华,1,地热能基本知识,什么叫地热能,?,地热有多大,?,地球的构造是怎样的,?,地热温度有多高,?,地热从何而来,?,形成地热资源的要素,?,地热资源有哪些形式,?,各种地热资源的开发技术概况,.,9/9/2024,8,宋长华,什么叫地热能,?,地热有多大？,所谓地热能，简单地说就是来自地下的热能，即地球内部的热能。,据计算，地球陆地以下五公里内，,15,摄氏度以上岩石和地下水总含热量达,1.05E25,焦尔，相当于,9950,万亿吨标准煤。,按世界年耗,100,亿吨标准煤计算，可满足人类几万年能源之需要,.,如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为标准来计算、那么，石油的贮存量约为煤炭的,3,，目前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭的,15,，,而地热能的总贮存量则为煤炭的,1.7,亿倍。,9/9/2024,9,宋长华,地球的内部构造,地球是一个巨大的实心椭球体，它的表面积约为,5,11x10,8,km,2,，体积约为,1.0833x10,12,km,2,，赤道半径为,6378km,，极半径为,6357km,。地球的构造好像是一只半熟的鸡蛋，主要分为,3,层。,温度分布图,1),地壳,:,地球的员外面一层，即地球外表相当于鸡蛋壳的部分，地壳由土层和坚硬的岩石组成，它的厚度各处不一，介于,1070km,之间，,2),地幔,:,地球的中间部分，即地壳下面相当于鸡蛋白的部分，也叫做“中间层”，它大部分是熔融状态的岩浆地幅的厚度约为,2900km,它内硅镁物质组成，温度在,1000,以上,.,3),地核,:,地球的中心，即地球内部相当于鸡蛋黄的部分地核的温度在,20005000 ,之间，外核深,29005100km,，内核深,5100M,以下至地心，一般认为是由铁、镍等重金属组成的,9/9/2024,10,宋长华,地热从何而来,?,关于地球的起源问题，目前有许多不同的假说，因此，关于地热的来源问题，也有许多不同的解释。但是，这些解释都一致承认，,地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源,。,放射性元素有铀,238,、铀,235,、针,232,和钾,40,等，这些放射性元素的衰变是原子核能的释放过程。,放射性物质的原子核无需外力的作用，就能自发地放出电子、氦核和光子等高速粒子并形成射线。在地球内部，这些粒子和射线的动能和辐射能，在同地球物质的碰撞过程中便转变成了热能。,9/9/2024,11,宋长华,形成地热资源的要素,?,地热资源有哪些形式,?,形成地热资源有,热储层、热储体盖层、热流体通道和热源,4,个要素,。,通常我们把地热资源根据其在地下热储中存在的个同形式，分为,蒸汽型,、,热水型,、,地压型,、,干热岩型,资源和,岩浆型,资源等几类。,9/9/2024,12,宋长华,各种地热资源的开发技术概况,在上述,5,类地热资源中，目前能为人类开发利用的主要是,地热蒸汽和地热水两大类,资源，人类对这两类资源已有较多的应用；,干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段，开发利用很少。,不过，仅仅是蒸汽型资源和热水型资源所包括的热能，其储量也是极为可观的。仅按目前可供开采的地下,3km,范围内的地热资源来计算，就相当于,2.9,10,12,t,煤炭燃烧所发出的热量。,9/9/2024,13,宋长华,2.,地热资源,一、概述,1,地热资源定义,地热资源是指在当的技术经济和地质外境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和热流体中的热能量及其有用的伴生成分,。,目前地热资源勘探的深度可达地表以下,5000m,，其中,2000m,以下为,经济型地热资源,，,20005000m,为,亚经济型地热资源,。,9/9/2024,14,宋长华,地热资源类型介绍,(1),蒸汽型资源,蒸汽型资源是指地下热储中以蒸汽为主的对流水热系统，它以产生温度较高的过热蒸汽为主，掺杂有少量其他气体，所含水分很少或没有。,这种干蒸汽可以直接进入汽轮机，对汽轮机腐蚀较轻，能取得满意的工作效果。,但这类构造需要独特的地质条件，因而资源少、地区局限性大。,9/9/2024,15,宋长华,（,2,）热水型资源,热水型资源是指地下热储中以水为主的对流水热系统，它包括喷出地面时呈现的热水以及水汽混合的湿蒸汽。,这类资源分布广、储量丰富，根据其温度可分为,高温,(150),、中温,(90150),和低温,(90 ,以下,),。,9/9/2024,16,宋长华,(3),地压型资源,地压型资源是一种目前尚未被人们充分认识的、但可能是一种十分重要的地热资源,.,它以高压水的形式储存于地表以下,23Km,的深部沉积盆地中，并被不透水的盖层所封闭，形成长,1000km,、宽数百千米的巨大热水体。,地压水除了高压、高温的特点外，还溶有大量的碳氢化合物,(,如甲烷等,),。,所以，地压型资源中的能量，实际上是,由机械能,(,压力,),、热能,(,温度,),和化学能,(,天然气,)3,个部分组成的。,9/9/2024,17,宋长华,(4),干热岩型资源,干热岩型资源是比上述各种资源规模更为巨大的地热资源。,它是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。,从现阶段来说，干热岩型资源专指埋深较浅、温度较高的有开发经济价值的热岩石。,提取干热岩中的热量，需要有特殊的办法，技术难度大。,9/9/2024,18,宋长华,(5),岩浆型资源,岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状岩浆中的巨大能量，它的温度高达,6001500,左右。,在一些多火山地区，这类资源可以在地表以下较浅的地层中找到，但多数则是埋在目前钻探还比较困难的地层中。,目前能为人类开发利用的主要是地热蒸汽和地热水两大类资源，人类对这两类资源已有较多的应用；干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段，开发利用少。,9/9/2024,19,宋长华,3,地下热水形成,地下热水的形成一般可分为,深循环型,和,持殊热源型,两种形成类型,.,(1),深循环型。,一边冷水下降，一边热水上升，这就构成,地下热水的循环运动,。,形成过程图,深循环型地下热水的形成、运动和储存，与地质构造密切相关。,(2),特殊热源型。,数十亿年来地壳岩层一直在经历着断裂、挤压、折曲及破碎等变化。每当岩层破裂时，地球深部的岩浆就会通过裂缝向地表涌来。如果涌出地表，即成为,火山爆发,。如果停驻在地表下一定的深度，则成为,岩浆侵入体,。,形成过程图,9/9/2024,20,宋长华,4,地热田类型,地热田分为,热水田,和,蒸汽田,两大类型。,(1),热水田。,这种地热田开采出的介质主要是液态水，温度在,60120,之间，多属于深循环型热水，但有时也可能是特殊热源型热水。,热水田是地热田中一种较普遍的类型既可直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压扩容法地热发电系统。,9/9/2024,21,宋长华,4,地热田类型,(2),蒸汽田。,当储水层的上方有一透水性很差的覆盖岩层时，由于覆盖层的隔水、隔热作用，覆盖层下面的储水层在长期受热的条件下，就成为聚集大量具有一定压力和温度的蒸汽和热水的热储，即构成为蒸汽田。,蒸汽田模型图,.,蒸汽田还可以按井口喷出介质的状态分为干蒸汽田和湿蒸汽田。,蒸汽田特别适合于发电，是十分有开采价值的地热田。,9/9/2024,22,宋长华,5,地热水和天然蒸汽杂质,通常热水中合有较多的,硫酸和铵、铁、铝等硫酸盐,;,有时还有,盐酸、硅酸、偏硼酸,等。,在地热水和蒸汽中的,气体成分,，则有,二氧化碳、硫化氢、甲烷、氨、氮、氢、乙烷,等；,在有的热水中还台有,二氧化琉,、盐酸气和氢氖酸气等。,除此之外，无沦热水或蒸汽，都还常常挟带有,泥砂等,固体异物。,地热水和天然蒸汽中的各种杂质，都会对地热发电产生影响,.,9/9/2024,23,宋长华,世界地热资源分布,根据板块学说，在各大板块的交接处形成了有丰富地热资源的地热带。从世界范围来说，,主要有如下,4,个地热带：,1,环太平详地热带,2,大西洋洋中脊型地热带,3,红海,亚丁湾,东非裂谷型地热带,4,地中海一喜马拉雅缝合线型地热带,9/9/2024,24,宋长华,中国地热资源,通过对中国,30,个省、市、自治区的地热资源普查、勘探表明，中国地热资源丰富，分布广泛。,其中盆地型地热资源潜力在,2000,亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点,3200,多处，打成的地热井,2000,多眼，其中具有高温地热发电潜力有,255,处，预计可获发电装机,5800MW,，现已利用的只有近,30MW,。,9/9/2024,25,宋长华,中国地热资源,1,高温地热资源,中国的高温地热资源丰富，可用于地热发电的合,255,处，,总发电潜力为,5800Mw,。主要分布在西藏、滇西和中国台湾地区。,预计到,20l0,年，还可开发利用,10,余处新的高温地热资源，发电潜力约为,300MW,。,9/9/2024,26,宋长华,中国地热资源,2,中、低温地热资源,中国的中、低温地热资源中可用于非电直接利用的有,2900,多处，,其中盆地型潜在地热资源埋藏量约相当于,2000,亿,t,标准煤。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地等众多的山问盆地以及东南沿海的福建、广东、赣南、湘南等地。,目前的开发利用量还不到资源保有量的,1,。,9/9/2024,27,宋长华,中国地热资源,3,、中国地热资源的分类（按地热资源成因）,(1),现代火火山型：在台湾和云南,(2),岩浆型：在西藏,(3),断裂型：如辽宁、山东、山西、陕西以及福建、广东等地。,(4),断陷、凹陷盆地型：如华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等。,9/9/2024,28,宋长华,地热资源温度分级,国际上的一般划分方法为：,150,以上为高温；,90150 ,为中温；如,90 ,以下为低温。,中国地热勘查国家标准,(GBll6151989),规定，地热资源按温度分为,高温、中温、低温,3,级,，按地热田规模分为大、中、小,3,类。,9/9/2024,29,宋长华,地球内部温度分布示意图,9/9/2024,30,宋长华,深循环水图,9/9/2024,31,宋长华,特殊热源型地下热水形成过程,9/9/2024,32,宋长华,蒸汽田图,9/9/2024,33,宋长华,地热发电原理和技术,地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大方面,.,一、地热发电原理及分类,(,示意图,2),原理,:,地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电工程等多种现代科学技术。,示意图,1,分类,:,按照载热体类型、温度、压力和其他特性的不同，可把,地热发电的方式划分为,地热蒸汽发电,和,地下热水发电,两大类,.,（外景图）,示意图,3,9/9/2024,34,宋长华,1,、地热蒸汽发电,1,地热蒸汽发电,(1),背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电，是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统,(,如图,),工作原理：,首先把干蒸汽从,蒸汽井,中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过程。,应用：,这种系统大多用于地热,蒸汽中不凝结气体含量很高,的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合,.,9/9/2024,35,宋长华,1,、地热蒸汽发电,(2),凝汽式汽轮机发电系统,为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统,(,如图,),。,在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。,在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。,9/9/2024,36,宋长华,2,地下热水发电,两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地热发电系统,（,1,）闪蒸地热发电系统：,直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机工作。,也叫做减压扩容法地热发电系统。,类型：,可以分为：,1,）单级闪蒸地热发电系统,(,又包括,湿蒸汽型,和,热水型两种,),；,2,）两级闪蒸地热发电系统；,3,）全流法地热发电系统；,9/9/2024,37,宋长华,2,地下热水发电,（,2,）双循环地热发电系统：,利用地下热水来加热某种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作。,（图）,双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。,在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体；,一种是,采用地热流体作热源；,另一种是,采用低沸点工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热能转变为机械能。所谓双循环地热发电系统即是由此而得名。,常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟利昂,11,、氟利昂,12,等。,9/9/2024,38,宋长华,双循环地热发电系统的优缺点,优点：,利用低温位热能的热效率较高：设备紧凑，汽轮机的尺寸小；易于适应化学成分比较复杂的地下热水。,缺点：,不像扩容法那样可以方便地使用混合式蒸发器和冷凝器；大部分低沸点工质传热性都比水差，采用此方式需有相当大的金属换热面积；低沸点工质价格较高，来源欠广，有些低沸点工质还有易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。,9/9/2024,39,宋长华,双循环地热发电系统的分类,单级双循环地热发电系统,(,如图,),；,两级双循环地热发电系统,(,如图,),；,闪蒸与双循环两级串联发电系统,(,如图,),。,经济性是考察地热发电站设计和建设的最重要的综合性指标。,衡量地热发电站经济性的指标，主要有两个：,1,）一个是,发电量,(kWh,t,热水,),，它表示地热发电站发电效率的高低；,2,）一个是地热发电站的,投资费用,(,元,/,kw,),，它表示电站建设费用的大小。,9/9/2024,40,宋长华,地热发电资源勘探与开采,1,地热勘探,（,1,）勘探内容主要有,：,载热流体的类型,，如蒸汽、热水或汽水混合物等；,地热田的热力参数,，包括地热田的热储量、地热水和冷水的稳定流量、温度及其昼夜、季节、年度变化数据等；,地热水输出计算参数,，包括钻井井口的静水压力,(,水头高度,),、动水压力、密封压力等；,地热发电防腐蚀有关数据,如地热水的化学成分等；,地热发电工程施工的有关数据,，如地热水开采区的工程地质条件,(,包括工程基础砌置深度内土层岩性、厚度、土壤的物理和力学性质,),反地下水的水温、水位、水量等。,9/9/2024,41,宋长华,1,地热勘探,（,2,）地热资源的普查勘探方法,地球物理方法：,地球物理方法包括地表温度测量、热流测量以及电法、重力、磁力和地震勘探等方法。,地球化学方法：,它主要是分析热泉或沸泉的化学成分，为确定是否勘探提供指导。从勘探到地热田开发，化学勘探都是了解地热田的重要方法。,9/9/2024,42,宋长华,2,地热开采,概念：,地热资源经查明后，为确定地热田的开发方案、必须进行钻探。通过钻探打成,地热井,，取出地热，就叫做,地热开采,。地热并的结构包括,钻孔直径,和,套管,两大方面。,(1),自流井。,图,(2),非自流并。,(3),中、高温地热井。,图,9/9/2024,43,宋长华,地热发电系统设计与建设,地热发电系统的设计与建设，涉及到地热资源的勘探与开采、冷却水源的选择、地热流体的输送以及地热发电没备的选型与安装及调试等一整套综合工程技术。,1,、地热发电设备,汽轮发电机发电功率的计算。,机组容量选择。单机容量不宜过大。因为？,汽轮机进口初压。,凝汽器,抽气器。,9/9/2024,44,宋长华,2,、冷却水源及冷却水塔选择,地热电站与火力发电厂一样，通常以地表水作为冷却水源来对汽轮机的排汽进行冷凝。为了维持较低的冷凝温度，提高电站的出力，冷凝器冷却水的温升一般取得比较小。,1,）开式供水冷却系统。水源充足的地方用,2,）循环供水冷却系统。水源不足的地方用,9/9/2024,45,宋长华,3,地热流体输送,设计地热流体输送系统，要事先了解地热流体的,化学性质、井口压力变化,对流量和气水比的影响以及,闭井时的最大井口压力,等。,地热流体输送系统一般由一条或几条大口径的主干管道和接自井口装置的小口径分支管道所组成。,设计地热流体输送系统要考虑的主要问题之一，是,管径,的选择，以使井口到管道交付端之间的压降不至过大，避免过大的压降使井口产量过低。,9/9/2024,46,宋长华,4,低沸点工质选择,在中间介质法地热发电系统中，是由蒸汽或低沸点工质蒸汽向地下水吸热、对汽轮机作功、向冷却水放热等过程实现热能转换的。,（,1,）工质概念：,水和低沸点物质在设备系统中起着传送和转换热能的作用，把这些物质称,工质,。,（,2,）选择工质时应注意考虑以下基本要求：,发电性能好，,即在相同条件下每吨热水的实际发电量较大；,传热性能好，,即在相同条件下放热系数较大；,压力水平适中，,即在地下热水温度下相应的饱和压力不很高，在冷源温度下不山现高度真空；,来源丰富，价格较低；,化学稳定性好，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃易爆。,9/9/2024,47,宋长华,5,、地热电站防腐蚀,（,1,）危害：,（,2,）地热流体腐蚀的主要物质有,：氧,(0,2,),、氢离子,(H,+,),、氯离子,(,Cl,-,),、硫化氢,(H,2,S),、二氧化碳,(C0,2,),、氨,(NH,3,),和硫酸盐,(sO,4,2-,),等。,（,3,）防腐措施：,整个系统采用耐腐蚀的金属和非金属材料。,使系统尽量密封，以隔绝外界空气的进入。也可在系统中加亚硫酸盐等除氧剂除氧。,在系统中安装热交换器，使地热水不直接进入利用系统。,对非传热的金属表面涂敷防腐涂料。,针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐蚀措施。,9/9/2024,48,宋长华,6,地热电站防结垢,（,1,）垢的类型：,按化学成分，可将垢分为,碳酸钙垢,、,硫酸钙垢,、,硅酸盐垢,和,氧化铁垢,等种类，其物性指标是,硬度,和,孔隙度,。,（,2,）防结垢方法：,机械除垢：,化学方法处理：,在地热利用系统前部增加阀门：,物理方法除垢：,根据热力学原理计算与控制井口压力。,9/9/2024,49,宋长华,7,地热电站回灌技术,（,1,）意义：,地热田的大量开采，必将会造成热储寿命缩短，地下水位下降，并导致地面沉降。如把地热发电后的地热弃水回灌地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地热弃水对于环境的污染。,（,2,）方法：,不同的地热田采用的回灌方式会有所不同。问灌方式的选择取决于地质、环境和经济等综合因素，但一般来说边对边的、深一些的回灌井布局在多数情况下可较好地避免热干扰。,9/9/2024,50,宋长华,8,地热电站尾水综合利用,地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在,60,70,左右或更高适合于工农业生产以及生活上利用，或从中提取有用的化学元素等。,如：,广东丰顺邓屋地热试验电站,将排出的热水与冷水混合，每小时约有,300t,水供给农田灌溉；,湖南灰汤地热试验电站,将排出的热水供当地疗养院和温室利用；,江西温汤地热试验电站,将发电后排出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关节炎等。,9/9/2024,51,宋长华,9,、地热电站对环境的影响,地热能开发利用对环境的有害影响很小。地热能作为新能源，无论是用来发电，还是用于非电直接用热，都能大幅度削减温室气体排放量，减轻环境污染。,但地热能的开发利用仍有少量有害物质排放，造成大气、地面和水泥的一定污染，必须加以重视。,例如地下热水和地热蒸汽中含有,二氧化碳、甲烷、氢、氮、氨、硫化氢等不凝结气体,可能造的空气污染：,废水中硼、砷,等有害物质可能造成地表和水源的化学污染；地热电站,排出大量度热水可能造成的热污染,；大量开采地下热水可能引起的,地变形、地面沉降和诱发地震,等危害。,9/9/2024,52,宋长华,10,、地热电站运行,(1),启动和停机：快；操作方便,(2),运行中应注意的主要事项：,1),背压的异常变化。,2),最佳蒸发工况。,3),系统的密封性。,4),腐蚀和结垢。,9/9/2024,53,宋长华,地热发电示意图,9/9/2024,54,宋长华,地热发电示意图,2,9/9/2024,55,宋长华,背压式汽轮机地热蒸汽发电系统,9/9/2024,56,宋长华,凝气式汽轮机地热蒸汽发电系统,9/9/2024,57,宋长华,单级双循环地热发电系统,9/9/2024,58,宋长华,两级双循环地热发电系统,9/9/2024,59,宋长华,闪蒸与双循环两级串联发电系统,9/9/2024,60,宋长华,地热自流井井口装置,9/9/2024,61,宋长华,高温地热井图,9/9/2024,62,宋长华,地热电站外景图,9/9/2024,63,宋长华,地热发电示意图,3,9/9/2024,64,宋长华,海洋能,9/9/2024,65,宋长华,中国规模最大的潮汐电站。位于浙江省温岭西部，乐清湾东北角。设计装机容量为,3000,千瓦，年发电量,1071,万千瓦时。第一台,500,千瓦机组于,1980,年,5,月投入运行。到,1987,年装,机容量达,3200,千瓦，居世界第,3,位。,9/9/2024,66,宋长华,从,2003,起，江厦潮汐试验电站划归中国国电集团公司，由其子公司龙源电力集团公司领,导。,9/9/2024,67,宋长华,江厦潮汐电站设计装机容量,3900kW,现装机,3200kW,年发电量约,1000,万,kWh,以,35kV,电,压向温州电网供电。库区围垦土地,5600,亩，其中可耕地,4500,亩，种植水稻、柑橘等已初,获成功，并已试养牡蛎等海产。,9/9/2024,68,宋长华,加拿大安纳波利斯潮汐电站（,Annapolis Experimental Tidal Power Station,）座落在芬,地湾口安纳波利斯,-,罗亚尔。该地潮差为,4.2,8.5,米。电站采用全贯流水轮 加拿大安纳波,利斯潮汐电站发电机组。全贯流式水轮机安装在水平的水流通道中，发电机转子固定在水,轮机桨叶周边组成旋转体，定子安装在水轮机转轮外边，构成没有传动轴的直接耦合机组。,9/9/2024,69,宋长华,法国朗斯潮汐电站建于法国朗斯河口，该站址潮差最大,13.4,米，平均,8,米。单库面积最高,海平面时为,22,平方公里，平均海平面时为,12,平方公里。大坝高,12,米，宽,25,米。总长度,750,米。坝上有公路沟通朗斯河两岸。,1966,年投入运行，是第一个商业化电站。 该电站,装机,24,台，每合,1,万千瓦，共,24,万千瓦。,9/9/2024,70,宋长华,海洋能的利用,概述,特点,分类,存在问题,经济效益,9/9/2024,71,宋长华,（,1,） 海洋能资源开发利用的规模与我国丰富的海洋能资源及经济发展的要求极不适应,（,2,）海洋能资源勘查和科技研究力量不够,（,3,）没有把海洋能资源的综合开发利用放到应有地位,（,4,）国家对海洋能资源开发利用的投入少、政策措施不力,我国海洋能资源开发利用中存在的问题,9/9/2024,72,宋长华,蘇格蘭海浪發電裝置,-,陸上型海潮能源轉換器,海浪發電裝置,-,陸上型,9/9/2024,73,宋长华,海浪發電裝置,-,海上型,退潮,漲潮,9/9/2024,74,宋长华,海洋能有什么特点,1.,海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、,单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得,从大量的海水中获得。,2.,海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万,有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，,就会取之不尽，用之不竭。,3.,海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度,差能和海流能。不稳定能源分为 变化有规律与变化无规律两种。属,于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变,化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个,时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安,排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。,4.,海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污,染影响很小。,9/9/2024,75,宋长华,海浪能,海洋溫差能,海流能,盐,差能,目前正在研究中,潮汐能,9/9/2024,76,宋长华,月亮的礼物,潮汐能,1.,定义：月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。世界上潮汐能最大的地方是加拿大的芬地湾，那里的海潮最高时达到,18,米，相于,6,层楼房的高度。,“,声驱千骑疾，气卷万山来,”,的我国钱塘江潮，最大潮差达,8.9,米，可称为天下一绝。,9/9/2024,77,宋长华,2.,特点,：,潮水来去有规律，不受洪水或枯水的影响；以河口或海湾为天然水库，不会淹没大量土地；不污染环境；不消耗燃料等。但潮汐电站也有工程艰巨、造价高、海水对水下设备有腐蚀作用等缺点。但综合经济比较结果，潮汐发电成本低于火电。,3.,主要分布,：,据初步估计，全世界潮汐能约有,10,亿多千瓦，每年可发电,2,3,万亿千瓦时。,我国的潮汐能量也相当可观，蕴藏量为,1.1,亿千瓦，可开发利用量约,2100,万千瓦，每年可发电,580,亿度。浙江、福建两省岸线曲折，潮差较大，那里的潮汐能占全国沿海的,80%,。浙江省的潮汐能蕴藏量尤其丰富，约有,1000,万千瓦，钱塘江口潮差达,8.9,米，是建设潮汐电站最理想的河口。,9/9/2024,78,宋长华,4.,应用现状,：,潮汐作为一种自然现象，不但为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，,它还可以转变成电能,，是巨大的能源。,国际上,：自,1967,年法国建成,24,万千瓦的,朗斯潮汐电站,后，许多沿海国家都提出了开发潮汐电站的各种方案。截止,20,世纪,90,年代初，世界上完成规划或设计论证以及建议的潮汐电站坝址已达,139,处。有专家预言，,21,世纪初世界上将有,100,万千瓦级的大型潮汐电站建成。,国内,：,中国海洋科技工作者对潮汐发电研究、试验起步甚早。在,1958,年全民大办电力之时，我国就曾出现过利用潮汐能办电站的高潮，沿海诸省市兴建了,42,个小型的潮汐电站 。,70,年代初再度出现潮汐办电热潮，,10,年间又建成潮汐电站十几座，其中最大的两座是,江厦潮汐试验电站,和白沙口潮汐电站。 到目前为止，仍在使用的潮汐电站共有,8,座，：浙江乐清湾的江厦潮汐试验电站、海山潮汐电站、沙山潮汐电站，山东乳山县的白沙口潮汐电站，浙江象山县岳浦潮汐电站，江苏太仓县浏河潮汐电站，广西饮州湾果子山潮汐电站，福建平潭县幸福洋潮汐电站等。,9/9/2024,79,宋长华,法国郎斯电站,江厦潮汐试验电站,9/9/2024,80,宋长华,全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有,27,亿,kW,，可供开发的约占,2,，即约,5400,万,kW,全球电力市场到,2000,年已达,8000,亿美元并继续呈上升趋势。但是，仍有,2,亿人的用电需求得不到满足，发展中国家的用电量以每,8,年翻一番的速度在增长。在满足用电需求的同时，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，开发新型环保电站迫在眉睫。潮汐能是一种不会给地球上未来人类带来污染和灾难的能源。前苏联的伯恩斯坦也指出利用这种昼夜间断断续续、一个月内波动起伏的潮汐能发电可以获得能量。在有条件利用潮汐能的沿海国家和地区，建设潮汐电站不失为缓解能源危机的一种方案。,5.,前景预测,9/9/2024,81,宋长华,漲 潮 時,退 潮 時,潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的。,9/9/2024,82,宋长华,海浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。,“无风三尺浪”是奔腾不息的大海的真实写照。海浪有惊人的力量，,5,米高的海浪，每平方米压力就有,10,吨。大浪能把,13,吨重的岩石抛至,20,米高处，能翻转,1700,吨重的岩石，甚至能把上万吨的巨轮推上岸去。,海浪蕴藏的总能量是大得惊人的。据估计地球上海浪中蕴藏着的能量相当于,90,万亿千瓦时的电能。,海浪能,9/9/2024,83,宋长华,海浪能的利用现状,波浪发电,是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。我国沿岸波浪理论平均功率约,1285,万千瓦。 其中，台湾省沿岸最多，占全国总量的,1/3;,其次是浙江，广东和山东省沿岸，站全国总量的,55%,。广西省沿岸最少。,到目前为止，世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、瑞典、丹麦、印度、美国等国家相继在海上建立了波浪发电装置。,波浪能是可再生能源中最不稳定的能源，波浪不能定期生产，且具有能量强但速度慢和周期变化的特点。现有的有关波浪发电技术的不足在于，采能的效率低，被转换的二次能不稳定，以及对海域环境的适应性差。,9/9/2024,84,宋长华,海浪是由海面上的风引起的，起伏的海浪冲击涡轮机发电。航标的工作原理就是利用波浪上下垂直运动,推动涡轮机发电,目前,各国多数是研制用于航标灯、浮标等电源使用的小型波力发电机,.,9/9/2024,85,宋长华,海流能,定义：海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和,海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水,流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。,海流能的能量与流速的平方和流量成正比。,9/9/2024,86,宋长华,温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效,率仅有,3%,左右，而且换热面积大，建设费用高，目前各,国仍在积极探索中。,我国温差能资源蕴藏量大，在各类海洋能资源中居首位。,主要分布在南海和台湾以东海域。尤其南海中部的西沙群,岛海域和台湾以东海域，具有日照强烈，温差大且稳定，,全年可开发利用，冷水层与岸距离小，近岸海底地形陡峻,等特点，开发利用条件良好，可作为我国温差能资源开发,利用的先期开发区。,9/9/2024,87,宋长华,海洋溫差發電廠,圖片來源：,.tw/cool/hcl123/,海上型發電廠,溫水入口,溫水出口,冷水入口,冷水出口,9/9/2024,88,宋长华,海流能發電原理,170m,110m,2.3m/s,8.3,萬千瓦,美國,-,科裏奧利斯,9/9/2024,89,宋长华,海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。全,世界海流能的理论估算值约为,108kW,量级。利用中国沿海,130,个水道、航门的各种观测及分析资料， 计算统计获得中,国沿海海流能的年平均功率理论值约为,1.4X107kW,，,属于,世界上功率密度最大的地区之一，其中辽宁、山东、浙江、,福建和台湾沿海的海 流能较为丰富，不少水道的能量密度,为,15,30kW,m2,，,具有良好的开发值。特别是浙江的舟,山群岛的金塘、龟山和西候门水道，平均功率密度,在,20kW,m2,以上，开发环境和条件很好。,9/9/2024,90,宋长华,温差能,定义：海水温差能是指涵养表层,海水和深层海水之间水温差的热,能，是海洋能的一种重要形式。,低纬度的海面水温较高，与深层,冷水存在温度差，而储存着温差,热能，其能量与温差的大小和水,量成正比。,中国造出新型水下机器人系统 靠水体温差能驱动,9/9/2024,91,宋长华,台湾红柴海水温差发电站,温差能的主要利用方式为发电。首次提出利用海水,温差发电设想的是法国物理学家阿松瓦尔，,1926,年，,阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。,1930,年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差,发电站，获得了,10kW,的功率。,除了发电之外，海洋温差能利用装置还可以同时获得,淡水，深层海水，进行空调并可以与深海采矿系统中,的厂矿系统相结合。总之，温差能的开发应以综合利,用为主。,9/9/2024,92,宋长华,盐差能,定义：盐差能是指海水和淡水之间或两种,含盐浓度不同海水之间的化学电位差能，,是以化学能形态出现的海洋能。主要存在,与河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐,湖和地下盐矿也可以利用盐差能。,盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可,再生能源。,9/9/2024,93,宋长华,据估计，世界各河口区的盐差能达,30TW,，,可能利用的有,2.6TW,。,我国的盐差能估计为,1.1108kw,，,主要集中,在各大江河的出海处，同时，我国青海省等地还有不少,内陆盐湖可以利用。盐差能的研究以美国、以色列的研,究为先，中国、瑞典 和日本等也开展了一些研究。但总,体上，对盐差能这种新能源的研究还处于实验室实验水,平，离示范应用还有较长的距离。,9/9/2024,94,宋长华,海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。,1.,海洋能是什么？,自,20,世纪,70,年代西方发生石油危机以来，世界上掀起了一股寻求替代能源、开发利用可再生能源的热潮。特别是,1992,年联合国世界环境与发展大会以后，为了保护日益恶化的人类生存环境，走可持续发展的道路，调整能源结构，大力开发可再生能源已成为世界各国的共识，并形成国际大气候。,9/9/2024,95,宋长华,4.,发展概况,海洋能利用最早是从利用潮汐能开始的,11,世纪就出现了潮汐磨坊。,1966,年法国建成朗斯潮汐电站装机容量,24,万千瓦，是目前世界上规模最大的潮汐能发电站,.1981,年中国江厦潮汐试验电站第一台,500,千瓦机组正式投产。世界第一个波能转换装置的专利是法国于,1779,年取得的。,1965,年，日本研制用于航标灯的波力发电装置获得成功。现在日本、英 国、挪威和中国等国家正在进行多种波力发电试验研究，其中较大型的是日本等,5,国在日本海试验的“海明号”波力发电船,第一期试验年发电量,19,万度,并初步成功地把电力输送到了岸上。日本还建立了岸式波力发电试验站。中国研制出采 用对称翼型空气涡轮机的新型波力发电装置，装在南海海域航标灯浮上试用。,1881,年法国人首先提出海水温差能利用的原理。,20,世纪,70,年代以来， 美国用在研究海洋热能转换的经费在世界上占居首位。,1979,年，美国在夏威夷岛海域驳船上进行了,50,千瓦装机容量海水温差发电试验。其后，日本在瑙鲁岛建 立岸式试验性海水温差电站，装机容量,100,千瓦。,9/9/2024,96,宋长华,3.,海洋能源资源的利用现状,由于海洋能的开发利用不污染环境、不占用陆地、且取之不尽、用之不竭，从,70,年代石油危机以来受到许多海洋国家的高度重视，纷纷把寻找新能源的希望转向海洋。目前，潮汐能、波浪能开发利用技术趋于成熟，已达到或接近商业化应用阶段，而被国际社会公认为最具开发潜力的海洋热能转换,(OTEC),技术，近,20,年来也取得了实质性进展。预计到,21,世纪初期，海洋能的开发利用可望获得重大发展，并形成新兴的海洋能源产业。在我国，近,30,多年来在海洋能的开发利用方面取得了较大的发展，但由于经济实力和科技投入的不足，与世界先进水平相比，仍有很大差距。,9/9/2024,97,宋长华,世界,海洋能资源蕴藏量：据估算，全世界的海洋能贮量极其巨大，其中潮汐能约,27,亿,kw,，波浪能约,25,亿,kw,，海流能约,50,亿,kw,，温差能约,20,亿,kw,，盐差能约,26,亿,kw,全国海洋能资源蕴藏量：,潮汐能可开发资源量：,2197,万,kw,；年发电量,624,亿,kw,小时。,波浪能理论蕴藏量：全国沿岸波浪能资源理论平均功率为,1285,万,kw,；全国各海域波浪能资源理论总功率为,50*1010,kw,。,海流能（潮流能）理论蕴藏量：理论平均功率为,1399.85,万,kw,。,温差能可开发资源量：,132780.0,万,kw,。,盐差能理论蕴藏量：,1.25,亿,kw,。,2.,海洋能源资源的蕴藏量,9/9/2024,98,宋长华,海洋能利用的经济效益,海洋能的利用目前还很昂贵。以法国的朗斯潮汐电站为例，,其单位千瓦装机投资合,1500,美元（,1980,年价格），高出常,规火电站。但在海 洋能利用的过程中，还能获得其他综合,效益。如潮汐电站的水库能兼顾水产养殖、交通运输；海,洋热能转换装置获得的富含营养盐深层海水，可用于发展,渔业；开路 循环系统能淡化海水和提取含有用元素的卤水；,大型波力发电装置可同时起到消波防浪，保护海港、海岸、,海上建筑物和水产养殖场等的效果。目前在严重缺乏能源,的沿海地区（包括岛屿），把海洋能作为一种补充能源加,以利用还是可取的。,9/9/2024,99,宋长华,天然气水合物,未来洁净的新能源,9/9/2024,100,宋长华,3,2,1,下一页,青海发现可燃冰够全国用,90,年 意义堪比大庆油田,9/9/2024,101,宋长华,什么是可燃冰,可燃冰，是由水和天然气在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精。由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧。迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源,(,煤、石油、天然气、油页岩等,),储量的,2,倍以上。,同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍！并且可燃冰具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点。,刚从液氮罐中取出的含有“可燃冰”的岩芯样品。,9/9/2024,102,宋长华,冰,可以,燃烧吗,?,9/9/2024,103,宋长华,9/9/2024,104,宋长华,偶然的,发现,30,年代，,为了输送天然气，铺设了输气管道,一些输气管道经常奇怪的被冰块堵塞,9/9/2024,105,宋长华,-,可燃冰,!,对这些冰块结构和成份分析后发现，,这,是天然,气,和水的,结合物,，可以,燃烧,!?,9/9/2024,106,宋长华,9/9/2024,107,宋长华,9/9/2024,108,宋长华,9/9/2024,109,宋长华,9/9/2024,110,宋长华,1927,年在克里米亚大地震期间，黑海海面燃起一场熊熊大火。起初人们以为是硫化氢酿成了这场火灾，后来认定，硫化氢在水中的含量太少，不具备那么强的爆炸力。,引起这场火灾的，原来是一种叫做水化甲烷的,天然气水合物,。,-,可燃冰,!,9/9/2024,111,宋长华,何为“天然气水合物,”,？,天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（,100,大气压或,10MPa,）和低温（,0,10,）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中,80%,90%,的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。,9/9/2024,112,宋长华,化,学,成份,(CH,4,H,2,O),高度压缩的固态天然气,外表上看它像冰霜,甲烷,占,80,- 99.9,9/9/2024,113,宋长华,1 m,3,水合物,0.8 m,3,水,164 m,3,天然气,9/9/2024,114,宋长华,形成原因,海洋生物和微生物死,后,，,尸,沉海底,海底水,温较,低，,压,力大，,经过细菌分解成为甲烷、乙烷等可燃气体,进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰,。,9/9/2024,115,宋长华,形成的基本,条件,首先温度不能太高,（,海底的温度是,2,至,4,，适合甲烷水合物的形成，高于,20,就分解,）,；,第二压力要足够大，但不需太大（,0,时，,30,个大气压以上就可生成）；,第三，地底要有气源。,9/9/2024,116,宋长华,最有可能形成甲烷水合物的区域是：,（,1,）高纬度的冻土层,如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近,20,年。,（,2,）海底大陆架斜坡,如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也有储藏。,估计全世界甲烷水合物的储量达,1.8710,17,m,3,（按甲烷计），是目前煤、石油和天然气储量的二倍，其中，海底的甲烷水合物储量占,99,。,9/9/2024,117,宋长华,9/9/2024,118,宋长华,天然气水合物,未来的替代能源,估计全球储量：,海域：,1610,千亿吨,(,数百年,),；,冻土地区：,5.3,千亿吨,。,9/9/2024,119,宋长华,9/9/2024,120,宋长华,我国天然气水合物成藏远景区,根据前期勘探和历史勘探资料初步分析，我国天然气水合物成藏远景区：南海海区、青藏高原冻土区、东海部分海域。,据推测，我国南海资源量可达,700,亿吨。,9/9/2024,121,宋长华,天然气水合物开发的利与弊,惊人,容量,！,世界上可燃冰的,总资源量相当于全,球已知煤、石油和天然,气,的,2,倍。,可,满足人类,1000,年的需求。,9/9/2024,122,宋长华,作,为,燃料的好,处,藏量大，足夠,应,付,将来,的需要,甲烷,占,80,-,99.9,可直接,点,燃，不,产,生任何,残渣,不,会产,生硫磺氧化物,-,廿一,世纪,的理想燃料,?,9/9/2024,123,宋长华,“谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执,21,世纪世界能源之牛耳”,天然气水合物作为,21,世纪的替代能源是世界能源发展的大趋势。这不仅具有经济意义，而且具有政治意义。美国伍兹霍尔海洋研究所的一名科学家认为，天然气水合物的开发利用可能改变世界能源结构和对中东石油的重要性产生极大的影响。,日本和印度在其领海中发现大量的天然气水合物的矿藏，具有重大的地缘政治意义。这两个国家已在大张旗鼓地研究开发和利用天然气水合物。,9/9/2024,124,宋长华,开发天然气水合物并不困难，在西伯利亚气田中开采甲烷表明，目前的开发技术是可行的，但是从天然气水合物中开发大量的甲烷将对环境带来什么样的影响，已引起很多国家的政府和科学家的关注，关注的焦点集中在,地质灾害,和对,气候,的影响。,9/9/2024,125,宋长华,地质灾害,海底滑坡,海底滑坡通常认为是由地震、火山喷发、风暴波和沉积物快速堆积等事件或因坡体过度倾斜而引起的。然而，近年来研究者不断发现，因海底天然气水合物分解而导致斜坡稳定性降低是海底滑坡产生的另一个重要原因。天然气水合物以固态胶结物形式赋存于岩石孔隙中，天然气水合物的分解会使,海底岩石强度降低,；另一方面因天然气水合物分解而释放岩石的孔隙空间，会使岩石中孔隙流体（主要是孔隙水）增加和岩石的内摩擦力降低，在地震波、风暴波或人为扰动下,孔隙流体压力急剧增加,，岩石强度降低，以至于在海底天然气水合物稳定带内的岩层中形成统一的破裂面而引起海底滑坡或泥石流。,9/9/2024,126,宋长华,如果在开采过中向海洋排放大量甲烷气体将会破坏海洋中的生态平衡。在海水中甲烷气体常常发生下列化学反应：,CH,4,+ 2O,2,= CO,2,+2H,2,O,CaCO,3,+ CO,2,+ H,2,O = Ca(HCO,3,),2,这些化学反应会使海水中,O,2,含量降低，一些喜氧生物群落会萎缩，甚至出现物种灭绝；另一方面会使海水中的,CO,2,含量增加，造成生物礁退化，海洋生态平衡遭到破坏。,海洋生态环境的破坏,9/9/2024,127,宋长华,地质灾害：,（,1,）自二十世纪,70,年代起在世界各大洋中发现数处由天然气水合物分解造成的海底地质灾害（海底滑塌、滑坡和浊流）。目前较为一致的认识是，这些海底地质灾害可能是由海平面升降、地震和海啸导致的水合物分解而引起的，而水合物分解产生的滑塌、滑坡和浊流则可能进一步引发新的地震和海啸。,（,2,）水合物分解引起的地质灾害还会导致海底生态环境恶化而殃及海洋生物。,（,3,）在里海和巴拿马北部近海还发现水合物分解产生的海底泥火山。,（,4,）全球冻土层退化（如我国的青藏高原冻土层），存在天然气水合物大量释放的危险。,（,5,）在高纬度永冻土带及极地地区，油井、油气管道等生产设施中水合物的形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害。,9/9/2024,128,宋长华,气候,CH,4,的温室效应比,C0,2,要大,21,倍。在自然界，压力和温度的微小变化都会引起天然气水合物分解，并向大气中释放甲烷气体。,据测算，甲烷的全球变暖的潜能在,20,年的期间内是二氧化碳的,56,倍。,在开采天然气水合物过程中，如果向大气中排放大量甲烷气体，这必然会进一步加剧全球的温室效应，极地温度、海水温度和地层温度也将随之升高，这会引起极地永久冻土带之下或海底的天然气水合物自动分解，大气的温室效应会进一步加剧。如加拿大福特斯洛普天然气水合物层正在融化就是一个例证。,9/9/