海洋溫差發電主要采用開式和閉式兩種循環係統。在開式循環中，表層溫海水在閃蒸蒸發器中由於閃蒸而產生蒸汽，蒸汽進入汽輪機做功後流入凝汽器，由來自海洋深層的冷海水將其冷卻。在閉式循環中，來自海洋表層的溫海水先在熱交換器內將熱量傳給丙烷、氨等低沸點工質，使之蒸發，產生的蒸汽推動汽輪機做功後再由冷海水冷卻。利用海洋溫差發電的概念最早於1881年提出。但是世界上大部分科技發達的國家都處於緯度較高的溫、寒帶地區，或者是內陸國，沒有發展海洋溫差發電的基本條件。直到1979年在美國夏威夷建成世界上第一座海洋溫差發電裝置後，各國才開始重視這一新方法。目前日本在海洋能開發利用方麵十分活躍，專門成立了海洋溫差發電研究所，並在海洋熱能發電係統和熱交換器技術領域領先美國。1999年11月，日本和印度聯合進行的1000千瓦海洋溫差發電實驗成功，推動了該技術的實用化。
溫差能利用的最大困難是溫差太小，能量密度太低。溫差能轉換的關鍵是強化傳熱傳質技術。同時溫差能係統的綜合利用，還是一個多學科交叉的係統工程問題。我國南海海域遼闊，水深大於800m的海域約140～150萬km2，位於北回歸線以南，太陽輻射強烈，是典型的熱帶海洋，表層水溫均在25℃以上。500～800m以下的深層水溫在5℃以下，表深層水溫差在20～24℃，蘊藏著豐富的溫差能資源。據初步計算，南海溫差能資源理論蘊藏量約為（1.19～1.33）×1019kJ，技術上可開發利用的能量（熱效率取7％）約為（8.33～9.31）×1017kJ，實際可供利用的資源潛力（工作時間取50％，利用資源10％）裝機容量達13.21～14.76億千瓦。我國台灣島以東海域表層水溫全年在24～28℃，500～800m以下的深層水溫在5℃以下，全年水溫差20～24℃。據中國台灣電力專家估計，該區域溫差能資源蘊藏量約為2.16×1014kJ。
我國溫差能資源蘊藏量大，在各類海洋能資源中占居首位，這些資源主要分布在南海和中國台灣以東海域，尤其是南海中部的西沙群島海域和中國台灣以東海區，具有日照強烈、溫差大且穩定、全年可開發利用、冷水層離岸距離小等優點，開發利用條件良好，可作為我國溫差能資源的先期開發區。
第七節 海水潮汐能發電嗎
在地球旋轉過程中，圍繞地球旋轉的月球對地球上的海洋產生一定的引力，使海洋表麵每12小時25分鍾形成一次周期性循環，一個周期內海水分別漲落一次。在此過程中，海水沿著海床來回流動，這就形成了潮汐。這種真實月球引力和平均引力的差值被稱為幹擾力，幹擾力的水平分量迫使海水移向地球、月球連線並產生水峰。對應於高潮的水峰，每隔24小時50分鍾（即月球繞地球一周所需時間）發生兩次，亦即月球每隔2小時25分鍾即導致海水漲潮一次，此種漲潮稱為半天潮。潮汐導致海水平麵的升高與降低呈周期性。每一月份滿月和新月的時候，太陽、地球和月球三者排列成一直線。此時由於太陽和月球累加的引力作用，使得產生的潮汐較平時高，此種潮汐稱為春潮。當地球、月球和地球、太陽成一直角，則引力相互抵消，因此而產生的潮汐較低，是為小潮。各地的平均潮距不同，如某些地區的海岸線會導致共振作用而增強潮距，而其他地區海岸線卻會降低潮距。影響潮距的另一因素科氏力，其源自流體流動的角動量守恒。若洋流在北半球往北流，其移動接近地球轉軸，故角速度增大，因此洋流會偏向東方流，即東部海岸的海水較高；同樣若北半球洋流流向南方，則西部海岸的海水較高。潮汐是由月球的引潮力可使海麵升高0.246m，在兩者的共同作用下，潮汐的最大潮差為8.9m，北美芬迪灣蒙克頓港最大潮差竟達19.6m。
據計算，世界海洋潮汐能蘊藏量約為27億千瓦，若全部轉換成電能，每年發電量大約為1.2萬億千瓦時。潮汐發電嚴格地講應稱為“潮汐能發電”，它是海洋能利用中發展最早、規模最大、技術較成熟的一種，在一千多年前的唐朝，我國沿海居民就利用潮力碾穀子，在山東地區就發現早期的潮汐磨。11世紀的歐洲西海岸的潮汐磨房使早期工業國家走上發財致富的道路，並把它帶到美洲新大陸。1600年，法國人在加拿大東海岸建起美洲第一個潮汐磨。在英國薩福爾克至今還保留著一個12世紀的潮汐磨，還在碾穀子供遊客參觀。現代海洋能源開發主要就是指利用海洋能發電。利用海洋能發電的方式很多，其中包括波力發電、潮汐發電、潮流發電、海水溫差發電和海水含鹽濃度差發電等，而國內外已開發利用海洋能發電主要是潮汐發電。由於潮汐發電的開發成本較高和技術上的原因，所以發展不快。潮汐發電與水力發電的原理相似，它是利用潮水漲、落產生的水位差所具有勢能來發電的，也就是把海水漲、落潮的能量變為機械能，再把機械能轉變為電能（發電）的過程。具體地說，潮汐發電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構成水庫，再在壩內或壩房安裝水輪發電機組，然後利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水通過輪機轉動水輪發電機組發電。
潮汐發電的實際應用首推1912年在德國的胡蘇姆興建的一座小型潮汐電站，由此開始把潮汐發電的理想變為現實。世界上第一座具有經濟價值，而且也是目前世界上最大的潮汐發電站，是1966年在法國西部沿海建造的朗斯洛潮汐電站，它使潮汐電站進入了實用階段，其裝機容量為24千瓦，年均發電量為5.44億千瓦時。1968年蘇聯巴倫支海建成的基斯洛潮汐電站，其總裝機容量為800千瓦，年發電量為230萬千瓦時。中國沿海已建成9座小型潮汐電站，1980年建成的江廈潮汐電站是我國第一座雙向潮汐電站，也是目前世界上較大的一座雙向潮汐電站，其總機容量為3200千瓦，年發電量為1070萬千瓦時。
據《德國之聲》報道，歐洲科學家最近開發出一種利用海水潮汐能發電的新技術，將一個開放式的“風車”放置海底，利用海水的流動來轉動葉片使之發電。科研人員已開發出第一台試驗樣機，並於近日，在英國西海岸試運行。這項耗資600萬歐元的研究項目由德國、英國和歐盟提供資助，數家歐洲研究機構參與。首台被命名為“海流”的試驗樣機安置在英國西海岸布裏斯托爾灣海麵下20m深處。機組形狀宛如一個倒立的風車，其葉片直徑為11m，以15r/min的速度隨海水水流旋轉。考慮到海水漲落變化，風車上端固定豎塔有5～10m露在水麵以上。科學家介紹說，迄今為止普遍使用的水力發電設備，其渦輪機組一般都安裝在封閉的管道內，但海下“風車”的葉片轉動裝置卻是開放式的，因此不用建造水壩。此外，由於海水水流中的能量密度在同比情況下比空氣大許多，因此發電設備尺寸相對較小。比如，同為1MW的普通發電機組，風力發電機風車的葉片直徑需達到55m左右，但海下“風車”的葉片直徑隻需20m左右。這項新技術主要適用於英國這樣擁有較長海岸線的國家。據英國運營首台試驗機組的MCT公司估算，利用這項技術將可滿足英國20％～30％的電力需求。試驗樣機的發電功率約為300千瓦，但今後科學家將製造出兆瓦級功率的海下發電機組。據目前的勘測，歐洲共有100多個地方適合安裝這種新型發電裝置，理論發電功率可達1.25萬MW，約相當於12個普通核電站的發電功率。參與研究的德國卡塞爾太陽能供應技術研究所科學家巴爾德說，這項新技術是太陽能和風能發電的最佳補充，其優勢在於不受天氣影響。他說，隻要地球自轉，月球圍繞地球旋轉，潮汐能就會一直存在。盡管海下“風車”發電成本約為每千瓦小時5～10歐分，略高於常規發電成本，但它具有無汙染、可持續使用等顯著優點。不過也有科學家提出，海下“風車”葉片轉動時力量很大，會對周邊海水流動產生較大影響，也容易對一些海洋生物造成傷害。
第八節 什麼是波浪能
波浪能是以動能形態出現的海洋能之一。海浪是由海麵上的風吹動海水形成的。海浪的大小取決於海麵上風力的強弱、速度、持續時間的長短和風區的麵積。洶湧澎湃的海浪，蘊藏著極大的能量，這種能量使表麵海水分子獲得一定的能量，同時包含著動能和勢能。
據計算，在每一平方千米的海麵上運動著的海浪，大約蘊藏著30萬千瓦的能量。海浪對海岸的衝擊力，每平方米可以達到20～30噸。巨大的海浪可以把一塊13噸重的岩石一下子拋上20米的高處，也能把1.7萬噸的巨輪推到岸上來。
目前，科學家對全球蘊藏的波浪能的具體數量還沒有一個公認的量化數字。1977年有人以世界各大洋平均波高1米、周期1秒的波浪推算，斷定全球波浪能功率為700億千瓦。其中可開發利用的約為20億～30億千瓦。另外，日本專家僅以擁有海岸線1.3萬千米的日本推算，其波浪能就有14億千瓦。
波浪中無疑蘊藏著巨大的能源，各國都十分重視利用這種能源作為發電的動力。波力發電已有100多年的曆史了。早在1955年就出現了第一台波力發電機，以後各國先後提出了大約340多種不同的方案設想，也出現了許多巧妙而有趣的波力發電實驗裝置。
第九節 如何應用波浪能發電
目前，已陸續使用的波力發電裝置，就其原理來說大致可分為三種：一種是利用海麵波浪的上下運動，產生空氣流或水流而使渦輪機轉動；一種是利用波浪裝置隨波前後擺動或轉動，產生空氣流或水流而使渦輪機轉動；還有一種是把低壓的大波浪變成小體積的高壓水，然後把水潮入高位水池積蓄起來，使它形成一個水頭，再來衝動水輪機轉動。
波力發電裝置按使用安裝的位置不同，分為“海洋式波力發電裝置”和“海岸式波力發電裝置”兩類。海洋式波力發電裝置中最普遍的是漂浮在海麵上的浮標式波力發電裝置。它隨著海洋裏的波浪起伏衝擊渦輪機發電。它的工作原理就是利用波浪上下垂直運動，推動一個類似倒立的打氣筒似的浮筒內的活塞，來推動渦輪機發電。當這個“浮標”處於浪穀時，空氣活塞室的體積增大，裏麵氣壓低於外界氣壓，於是外界空氣就衝開空氣活門，通過導向葉片推動空氣渦輪機發電；而當它處於浪峰時，空氣活塞室的體積變小，裏麵的氣壓高於外界氣壓，於是室內的空氣就衝開空氣活門，通過導向葉片推動空氣渦輪機發電。這種浮標式波力機結構簡單，效率比較高，所以目前的波力發電裝置基本上都是按此原理設計製造的。同時，也可按此原理在海岸建立海岸式大型固定波力發電站。
波浪能是自然界中存在的巨大能量，發展波力發電技術投資少、見效快、無汙染、不需原料投入，因此引起各國的關注，一致認為合理開發利用波浪能具有重大的實用價值。目前，各國多數是研製用於航標燈、浮標等電源使用的小型波力發電裝置，僅日本就有1500多座在使用中，據統計，全世界約有近萬座在運轉。有些國家已開始向中、大型波力發電裝置方向發展。
第十節 如何利用海流能發電
海流發電係統利用海洋中海流的流動動力推動水輪機發電，一般在海流流經處設置截流涵洞的沉箱，並於其內設一座水輪發電機，這可視為一個機組的發電係統，並可根據發電需要增加多個機組，機組間需預留適當的間隔，以避免紊流互相幹擾。
我國台灣地區可供開發海流發電應用的海流，以黑潮最具開發潛力。根據以往對黑潮所進行的調查研究，黑潮流經中國台灣東側海岸最近處，以北緯23°附近為最貼近，平均流心距中國台灣僅60～66km，流心流速在1.6～0.3m/s、平均流速0.9m/s，依據所測得流速及斷麵推估其流量約為每秒1700萬～2000萬m3。黑潮發電構想是利用水深約在200m左右之中層海流，預計於海中鋪設直徑40m、長度為200m的沉箱，並於其內設置一座水輪發電機，成為一個模塊式海流發電係統，出力約為1.5～2萬千瓦，未來更可視發電需要增加多個機組，且機組之間的間隔需維持於200～250m間，以避免紊流的幹擾。利用黑潮發電理論上是可行的，目前開發應用的水輪發電機種類甚多，但針對深海用的水輪發電機，則尚屬研究開發階段。中國舟山70千瓦潮流實驗電站采用直葉片擺線式雙轉子潮流水輪機。研究工作從1982年開始，經過60瓦、100瓦、1千瓦3個樣機研製以及10千瓦潮流能實驗電站方案設計之後，終於在2000年建成70千瓦潮流實驗電站，並在舟山群島的岱山港水道進行海上發電試驗。隨後由於受台風襲擊，錨泊係統及機械發生故障，試驗一度被迫中斷，直到2002年恢複發電試驗。加拿大在1980年就提出用垂直葉片的水輪機來獲取潮流能，並在河流中進行過試驗，隨後英國IT公司和意大利那不勒斯大學及阿基米德公司設想的潮流發電機都采用類似的垂直葉片的水輪機，適應潮流正反向流的變化。