中國近海潮流發達,在渤海海峽、山東成山頭附近、蘇北沿海、長江口至舟山群島一帶海域,潮流甚大,蘊藏著豐富的海流運動能量。據估計,中國可開發利用的海流能量約02億千瓦。近年來,中國一些省市開始了海流發電的研究。1978~1979年,浙江舟山地區在西垢門港海域進行了8千瓦海流發電試驗機組的現場試驗。1983年,在該地區馬鞍航道進行了作為航標燈電源的120瓦海流發電試驗。在海流發電基礎研究方麵也有進展,1981年以來,哈爾濱研究試驗彈簧調節角度的直葉片水輪機,有較高的效率。
海流發電目前處於小型試驗階段。由於大多數地區的海流流速較低,加上海流流速不斷變化,發電量很不穩定。另外技術上還有不少問題有待解決。因此,海流發電開發緩慢。富有開拓精神的人類一旦認準了的事情,是會搞出名堂來的。海流,是不會白白流淌的,它定會給人類帶來光明。
熱海水與冷海水孕育電
人們把海洋稱為“熱鍋爐”。當然,為這個龐大無比的“熱鍋爐”加熱煮海的,不是我國民間傳說中的張羽,而是太陽。
太陽光經過15億千米,曆時8分鍾的旅行後,除掉損耗,約將80萬億千瓦的太陽能照射在地球上。海洋占據地球表麵積70%以上,那麼約有60萬億千瓦的太陽能被海洋吸收了。算下來,海洋一晝夜所接受的太陽能相當於1700多億噸優質煤的熱量,而目前人類一年的能源消耗才不過是100億噸標準煤。
海洋所接受的太陽能,除了一小部分直接反射到空氣中以外,大部分被海水吸收。海水吸收了太陽能,水分子運動速度加快,水溫升高。這樣,太陽光的輻射能就被轉化為海水水分子熱運動的動能貯存起來。海水貯存的太陽能,就是人們常說的海洋熱能。海洋熱能的儲量極大,估計不下40萬億千瓦,取其千分之一,即400億千瓦,大概就能滿足2000年全世界全部能源需要。
根據能量守恒定律,自然界所發生的一切過程中的能量,既不會消滅,也不會產生,可以從一種形式轉變為另一種形式。英國物理學家焦耳求得了熱功當量:將1千克水的溫度升高1℃,必須做約4180焦耳的功,反過來也是一樣。根據這個公式,一些海洋工作者設想,要是能使海水溫度在人工控製下降低,把它的內能轉變為有用的功,去驅動機器,然後將機械能轉變為電能那該多好啊!經過簡單計算,結果令人振奮:如果一部機器1秒鍾吸進1噸水,溫度自動降低20℃,它所釋放出的熱量以4%~6%的效率變成電能,就可發出3000千瓦的電力來。
誘人的前景驅使人們對利用海洋熱能發電進行研究。最初,有人提出利用赤道附近暖和的表層海水作為熱源,用極地海水作為冷源,使海水產生溫差進行發電。然而,按照這樣的設想,必然要耗費巨資去敷設上萬千米的管道,抽水的動力也將大得不堪設想,更不用說海水輸送過程中的熱量損失了。看來,這個設想是“遠水冷卻不了近熱”。
那麼,到哪裏去找“冷海水”呢?人們經過觀察測量發現,射到海麵上的太陽能,在海麵上層就被迅速吸收了,陽光射線受到海水的阻擋,越往深水吸收的熱能越少。因而,海洋深層的水溫比起表層的水溫要低得多。例如,在低緯度海域大洋水下500米深處的水溫,基本在5~10℃,而在3000米深處的水溫則終年處在1~2℃。如果把赤道表層海水作為熱源,把2000米底層的海水作冷源,上下溫差可達26℃以上,就可以用作溫差發電。由此可見,用一根水管把底層的冷水抽上來,就可以“近水冷卻熱源”了。
1881年,法國科學家德鬆瓦爾研究了海水表層和深水層存在的溫差之後,大膽提出:海洋熱能是可以轉化為電能的。他還預言海洋所儲存的太陽能遲早有一天會被人類大規模利用。
那麼有了“熱源”,又有了“冷源”之後,是不是就可以把海洋熱能轉換為電能了呢?問題沒有那麼簡單。我們知道,隻有使海水沸騰產生蒸汽才能推動汽輪機轉動發電。可是海水的“熱源”,隻有30℃左右,要把它加熱沸騰,勢必要耗費大量的燃料,這是很不經濟的事情。那麼有沒有一種簡便經濟的辦法使熱能轉換為電能呢?根據水的物理特性,我們知道,在1個大氣壓下,水溫升到100℃,水便沸騰;另一方麵,在水溫度不變的情況下,當壓力降到一定值時,水也會沸騰。這種獲得蒸汽的方法叫“擴容法”。用“擴容法”得到的蒸汽能否推動機器發電?法國科學家克勞德率先進行了試驗。
克勞德是德鬆瓦爾的學生。在德鬆瓦爾提出海洋熱能可以利用以後,為了尋找開發海洋熱能的具體途徑,克勞德作了進一步的探索。1926年11月15日,他和鮑切特合作,進行了一次海水溫差發電的模擬實驗。他倆取來兩隻容積各為25升的燒杯,左邊的一隻裝有小冰塊,右邊的一隻裝著28℃的溫水(與熱帶海域表麵水溫相近),然後用管道將兩隻燒杯連成一個密閉係統,外接一台真空泵。係統內有噴嘴、渦輪、發電機,用引線接出3隻小燈泡。有人稱這是一個“魔術裝置”。
試驗開始了,在法蘭西科學大廳裏,人們的目光都盯著這個“魔術裝置”,看它到底能不能發出電。隻見克勞德用真空泵將燒瓶內的空氣抽出,使燒瓶內隻有大氣壓的1/25時,溫水就變得沸騰起來,接著渦輪機轉動了,3個小燈泡同時發出耀眼的光芒,全場頓時響起一片歡呼聲。
克勞德完成了實驗室試驗後,於1930年,在古巴海岸建起一座22千瓦的海水溫差電站。這個電站是建造在海岸邊上的,所以叫海岸式海水溫差電站。該電站以海邊27℃的表麵溫海水為“熱源”,以離海岸2千米遠650米深處的冷海水為“冷源”,以“開式循環方式”(也叫克勞德循環)發電,發電量可達22千瓦。