一、定義與綜述

　　海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。
　　海洋能(ocean energy)是海水運動過程中產生的可再生能，主要包括溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、鹽差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太陽和其他星球引力，其他海洋能均源自太陽輻射。
　　海水溫差能是一種熱能。低緯度的海面水溫較高，與深層水形成溫度差，可產生熱交換。其能量與溫差的大小和熱交換水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是機械能。潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。波浪的能量與波高的平方和波動水域面積成正比。在河口水域還存在海水鹽差能（又稱海水化學能），入海徑流的淡水與海洋鹽水間有鹽度差,若隔以半透膜,淡水向海水一側滲透，可產生滲透壓力，其能量與壓力差和滲透能量成正比。
　　地球表面積約為5.1×10^8km^2，其中陸地表面積為1.49×10^8km^2占29%；海洋面積達3.61×10^8km^2，以海平面計，全部陸地的平均海拔約為840m，而海洋的平均深度卻為380m，整個海水的容積多達1.37×10^9km^3。一望無際的大海，不僅為人類提供航運、水源和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量，它將太陽能以及派生的風能等以熱能、機械能等形式蓄在海水里，不像在陸地和空中那樣容易散失。
　　海洋能有三個顯著特點，1.蘊藏量大，并且可以再生不絕。2.能流的分布不均、密度低。3.能量多變、不穩定。
　　具體地說，
　　海洋能具有如下特點：1.海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。
　　2.海洋能具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。
　　3.海洋能有較穩定與不穩定能源之分。較穩定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩定能源分為變化有規律與變化無規律兩種。屬于不穩定但變化有規律的有潮汐能與潮流能。人們根據潮汐潮流變化規律，編制出各地逐日逐時的潮汐與潮流預報，預測未來各個時間的潮汐大小與潮流強弱。潮汐電站與潮流電站可根據預報表安排發電運行。既不穩定又無規律的是波浪能。
　　4.海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開發后，其本身對環境污染影響很小。

 

二、海洋能的主要能量形式概述

　　1、潮汐能
　　因月球引力的變化引起潮汐現象，潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產生的能量成為潮汐能。
　　
　　潮汐與潮流能來源于月球、太陽引力，其它海洋能均來源于太陽輻射，海洋面積占地球總面積的71%，太陽到達地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分轉化成各種形式的海洋能。
　　潮汐能的主要利用方式為發電，目前世界上最大的潮汐電站是法國的朗斯潮汐電站，我國的江夏潮汐實驗電站為國內最大。
　　2、波浪能
　　波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是一種在風的作用下產生的，并以位能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪的能量與 波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面 的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。
　　波浪發電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。
　　3、海水溫差能
　　海水溫差能是指涵養表層海水和深層海水之間水溫差的熱能，是海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在溫度差，而儲存著溫差熱能，其能量與溫差的大小和水量成正比。
　　溫差能的主要利用方式為發電，首次提出利用海水溫差發電設想的是法國物理學家阿松瓦爾，1926年，阿松瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站，獲得了10kW的功率。
　　溫差能利用的最大困難是溫差大小，能量密度低，其效率僅有3%左右，而且換熱面積大，建設費用高，目前各國仍在積極探索中。
　　4、鹽差能
　　鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能，是以化學能形態出現的海洋能。主要存在與河海交接處。同時，淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。
　　據估計，世界各河口區的鹽差能達30TW，可能利用的有2.6TW。我國的鹽差能估計為1.1×10^8kw，主要集中在各大江河的出海處，同時，我國青海省等地還有不少內陸鹽湖可以利用。鹽差能的研究以美國、以色列的研究為先，中國、瑞典和日本等也開展了一些研究。但總體上，對鹽差能這種新能源的研究還處于實驗室實驗水平，離示范應用還有較長的距離。
　　5、海流能
　　海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由于潮汐導致的有規律的海水流動所產生的能量，是另一種以動能形態出現的海洋能。
　　海流能的利用方式主要是發電，其原理和風力發電相似。全世界海流能的理論估算值約為10^8kW量級。利用中國沿海130個水道、航門的各種觀測及分析資料， 計算統計獲得中國沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X10^7kW。屬于世界上功率密度最大的地區之一，其中遼寧、山東、浙江、福建和臺灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為15～30kW／m^2，具有良好的開發值。特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度在20kW／m2以上，開發環境和條件很好。

三、海洋能的利用現狀與前景展望

　　上述不同形式的能量有的已被人類利用，有的已列入開發利用計劃，但人們對海洋能的開發利用程度至今仍十分低。盡管這些海洋能資源之間存在著各種差異，但是也有著一些相同的特征。每種海洋能資源都具有相當大的能量通量：潮汐能和鹽度梯度能大約為2TW；波浪能也在此量級上；而海洋熱能至少要比此大兩個數量級。但是這些能量分散在廣闊的地理區域，因此實際上它們的能流密度相當低，而且這些資源中的大部分均蘊藏在遠離用電中心區的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發利用。
　　全球海洋能的可再生量很大。根據聯合國教科文組織1981年出版物的估計數字，五種海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦。其中溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦，潮汐和波浪能各為30億千瓦，海流能為6億千瓦。但如上所述是難以實現把上述全部能量取出，設想只能利用較強的海流、潮汐和波浪；利用大降雨量地域的鹽度差，而溫差利用則受熱機卡諾效率的限制。因此，估計技術上允許利用功率為64億千瓦，其中鹽差能30億千瓦，溫差能20億千瓦，波浪能10億千瓦，海流能3億千瓦，潮汐能1億千瓦（估計數字）。
　　海洋能的強度較常規能源為低。海水溫差小，海面與500～1000米深層水之間的較大溫差僅為20℃左右；潮汐、波浪水位差小，較大潮差僅7—10米，較大波高僅3米；潮流、海流速度小，較大流速僅4～7節。即使這樣，在可再生能源中，海洋能仍具有可觀的能流密度。以波浪能為例， 每米海岸線平均波功率在最豐富的海域是50千瓦，一般的有5～6千瓦；后者相當于太陽能流密度1千瓦／米2）。又如潮流能，最高流速為3米／秒的舟山群島潮流，在一個潮流周期的平均潮流功率達4.5千瓦／米2。 海洋能作為自然能源是隨時變化著的。但海洋是個龐大的蓄能庫，將太陽能以及派生的風能等以熱能、機械能等形式蓄在海水里，不象在陸地和空中那樣容易散失。海水溫差、鹽度差和海流都是較穩定的，24小時不間斷，晝夜波動小，只稍有季節性的變化。潮汐、潮流則作恒定的周期性變化，對大潮、小潮、漲潮、落潮、潮位、潮速、方向都可以準確預測。海浪是海洋中最不穩定的，有季節性、周期性，而且相鄰周期也是變化的。但海浪是風浪和涌浪的總和，而涌浪源自遼闊海域持續時日的風能，不象當地太陽和風那樣容易驟起驟止和受局部氣象的影響。
　　海洋能的利用目前還很昂貴，以法國的朗斯潮汐電站為例，其單位千瓦裝機投資合1500美元（1980年價格），高出常規火電站。但在目前嚴重缺乏能源的沿海地區（包括島嶼），把海洋能作為一種補充能源加以利用還是可取的。

四、我國的海洋能

　　我國海洋能開發已有近40年的歷史，迄今建成的潮汐電站8座，80年代以來浙江、福建等地對若干個大中型潮汐電站，進行了考察、勘測和規化設計、可行性研究等大量的前期準備工作。總之，我國的海洋發電技術已有較好的基礎和豐富的經驗，小型潮汐發電技術基本成熟，已具備開發中型潮汐電站的技術條件。但是現有潮汐電站整體規模和單位容量還很小，單位千瓦造價高于常規水電站，水工建筑物的施工還比較落后，水輪發電機組尚未定型標準化。這些均是我國潮汐能開發現存的問題。其中關鍵問題是中型潮汐電站水輪發電機組技術問題沒有完全解決，電站造價亟待降低。
　　我國波力發電技術研究始于70年代，80年代以來獲得較快發展，航標燈浮用微型潮汐發電裝置已趨商品化，現已生產數百臺，在沿海海域航標和大型燈船上推廣應用。與日本合作研制的后彎管型浮標發電裝置，已向國外出口，該技術屬國際領先水平。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一臺裝機容量3kW的裝置，1990年已試發電成功。“八五”科技攻關項目總裝機容量20kW的岸式波力試驗電站和8kW擺式波力試驗電站，均已試建成功。總之，我國波力發電雖起步較晚，但發展很快。微型波力發電技術已經成熟，小型岸式波力發電技術已進入世界先進行列。但我國波浪能開發的規模遠小于挪威和英國，小型波浪發電距實用化尚有一定的距離。
　　潮流發電研究國際上開始于70年代中期，主要有美國、日本和英國等進行潮流發電試驗研究，至今尚未見有關發電實體裝置的報導。我國潮流發電研究始于70年代末，首先在舟山海域進行了8kW潮流發電機組原理性試驗。80年代一直進行立軸自調直葉水輪機潮流發電裝置試驗研究，目前正在采用此原理進行70kW潮流試驗電站的研究工作。在舟山海域的站址已經選定。我國已經開始研建實體電站，在國際上居領先地位，但尚有一系列技術問題有待解決。
　　近20多年來，受化石燃料能源危機和環境變化壓力的驅動，作為主要可再生能源之一的海洋能事業取得了很大發展，在相關高技術后援的支持下，海洋能應用技術日趨成熟，為人類在下個世紀充分利用海洋能展示了美好的前景。我國有大陸海岸線長達18000多公里，有大小島嶼6960多個，海島總面積6700平方公里，有人居住的島嶼有430多個，總人口450多萬人。沿海和海島既是外向型經濟的基地，又是海洋運輸和開發海洋的前哨，并且在鞏固國防，維護祖國權益上占有重要地位。改革開放以來，隨著沿海經濟的發展，海島開發迫在眉睫，能源短缺嚴重地制約著經濟的發展和人民生活水平的提高。外商和華僑因海島能源缺乏，不愿投資；駐島部隊用電困難，不利于國防建設；特別是西沙、南沙等遠離大陸的島嶼，依靠大陸供應能源，因供應線過長，諸多不便，非常艱苦。為了保證沿海與海島經濟持久快速地發展及人民生活水平的不斷提高，尋求解決能源供應緊張的途徑已刻不容緩。
　　我國洋能的利用技術現狀
　　資料顯示，我國從20世紀80年代開始，在沿海各地區陸續興建了一批中小型潮汐發電站并投入運行發電。其中最大的潮汐電站是1980年5月建成的浙江省溫嶺市江廈潮汐試驗電站，它也是世界已建成的較大雙向潮汐電站之一。總庫容490萬立方米，發電有效庫容270萬立方米。這里的最大潮差8.39米，平均潮差5.08米；電站功率3200千瓦。據了解，江廈電站每晝夜可發電14～15小時，比單向潮汐電站增加發電量30%～40%。江廈電站每年可為溫嶺、黃巖電力網提供100億瓦/小時的電能。
　　除潮汐能外，重點開發波浪能和海水熱能。統計顯示，海浪每秒鐘在1平方千米海面上產生20萬千瓦的能量，全世界海洋中可開發利用的波浪約為27—30億千瓦，而我國近海域波浪的蘊藏量約為1.5億千瓦，可開發利用量約3000—3500萬千瓦，目前，一些發達國家已經開始建造小型的波浪發電站。
　　而海水熱能是海面上的海水被太陽曬熱后，在真空泵中減壓，使海水變為蒸汽，然后推動蒸汽輪機而發電。同時，蒸汽又被引上來，冷卻后回收為淡水。這兩項技術我國正在研究和開發中。
　　

海洋能的優缺點

　　海洋能概述：開發利用潮汐、海流、海岸線和近海波浪的能量。
　　海洋能缺點：獲取能量的最佳手段尚無共識，大型項目可能會破壞自然水流、潮汐和生態系統。
　　海洋能優點：取之不竭的可再生資源，潮汐能源有規律可循，開發規模大小均可。