4.4　海洋能制氢

海洋能，泛指蕴藏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。海洋能是可持续利用的地球内部的一种低品位清洁能源。海洋能包括潮汐能、波浪能、海流及潮流能、海洋温差能和海洋盐度差能和海草燃料等，其中，潮汐能、波浪能、潮流能等是不稳定的，而海水温差能、海洋盐度差能和地热能一样，是稳定的能源。有专家估计，全世界海洋能的蕴藏量为780多亿千瓦，其中波浪能700亿千瓦，潮汐能30亿千瓦，温度差能20亿千瓦，海流能10亿千瓦，盐度差能10亿千瓦［91］。

4.4.1　潮汐能

潮汐能是最早被人们认识并利用的。一千多年前的唐朝，我国沿海居民就利用潮力碾谷子。11世纪的欧洲西海岸的潮汐磨房已经出现，并被带到美洲新大陆。1600年法国人在加拿大东海岸建起美洲第一个潮汐磨。在英国萨福尔克至今还保留着一个12世纪的潮汐磨，还在碾谷子供游客参观。20世纪50年代中期，在我国沿海出现潮汐能利用高潮，兴建了40多座小型潮汐电站和一些水轮泵站。由于种种原因，保留下来的只有浙江省沙山40kW潮汐电站［92］。

浙江乐清湾内的江厦港电站是中国最大的潮汐发电站，也是世界上第三大潮汐发电站，80年代以来获得较快发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋向于商品化，与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术达到国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站，第一台装机容量3kW的装置，1990年已试发电成功。

4.4.2　波浪能

波能装置的专利可追溯到1799年，日本人益田先生，于1965年率先将他发明的微型航标灯用波力发电装置商品化。

波浪能发电是继潮汐发电之后，发展最快的一种海洋能源的利用形式。波浪能发电是发明家的乐园。各式各样、林林总总的发电装置令人眼花缭乱。到目前为止，世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麦、印度、美国和中国等国家和地区在海上研建了波浪能发电装置，漂浮在海面上或固定在海岸边。

大致可分为浮动式和固定式两大类，由于海洋工程的难度及波浪能的不稳定性，所以工程的寿命都有限。

4.4.3　温度差能

一百多年以前人们就知道利用海洋温差发电的概念。1881年，法国物理学家阿松瓦尔发表《太阳海洋能》的论文，提出利用表面温海水与下面冷海水的温差使热机做功。1930年，另一位法国科学家克劳德在古巴建了一座岸式开式循环发电装置，功率22kW，尽管发出的电小于运行所消耗的电，但是这项尝试证明海洋温差可以发电。

海洋热能转换技术（OTEC）美国50kW MINI-OTEC号海水温差发电船，由驳船改装，锚泊在夏威夷附近海面，采用闭式循环，工质是氨，冷水管长663m，冷水管外径约60cm，利用深层海水与表面海水约21～23℃的温差发电。1979年8月开始连续3个500h发电，发电机发出50kW的电力，大部分用于水泵抽水，净出力为12～15kW。从深海里抽出的水营养丰富，在实验船周围引来很多鱼类，这是海洋热能利用的历史性的发展。随后，美国在夏威夷的大岛建了一个自然能源实验室，为在该岛建40MW大型海水温差发电站做准备，在热交换器、电力传输、抽取冷水（深水管道）、防腐和防污方面取得重大进展。计划采用开式循环发电系统，在发电过程副产淡水。夏威夷大学积极参与这项计划。

瑙鲁海水温差发电站是日本“阳光计划”，1973年选定在太平洋赤道附近的瑙鲁共和国建25MW温差电站，1981年10月完成100kW实验电站。该电站建在岸上，将内径70cm、长940m的冷水管沿海床铺设到550m深海中。最大发电量为120kW，获得31.5kW的净出力。

2013年，美国洛克希德·马丁公司将该技术带到中国，与有关公司合作准备在中国南海建设一座10MW的OTEC电站，用电站的电电解海水制氢，输送到陆地。2013年12月，第二十四届中美商贸会举行。中美双方十六家企业在高新技术、食品等领域签约。华彬集团与美国企业签署了联合开发海洋温差发电项目。华彬集团副总裁刘少华、品牌总监穆斯塔法与洛克希德·马丁公司代表签约［93］。

我国温差能发电研究始于20世纪80年代初，国家海洋局第一海洋研究所在“十一五”期间重点开展了闭式海洋温差能利用的研究，完成了海洋温差能闭式循环的理论研究工作，并完成了250W小型温差能发电利用装置的方案设计［94］。

4.4.4　海流能

现代人形象地把海流和潮流发电装置比喻成水下风车。我国舟山群岛的潮流速度一般为3～4kn（节，1kn=0.514m/s），最大可达7kn（3.6m/s），为世人瞩目。农民企业家何世钧先生，从小感受发生在自己家门口的潮流所蕴藏的能量，1987年他将自制的螺旋桨安装在小船上，在潮流的推动下，液压传动装置带动发电机发电，最大输出功率达5.6kW。

4.4.5　海洋盐度差能

盐度差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐度差能。

盐度差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。通常，海水（3.5%盐度）和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度，这种位差可以利用半渗透膜（水能通过，盐不能通过）在盐水和淡水交接处实现。从理论上讲，如果这个压力差能利用起来，从河流流入海中的每立方英尺（1ft3=0.0283168m3）的淡水可发0.65kW·h的电。一条流量为1m3/s的河流的发电输出功率可达2340kW，非常吸引人。从原理上来说，可通过淡水流经一个半渗透膜后再进入一个盐水池的方法来开发这种理论上的水头。

全世界海洋盐差能的理论估算值为10亿千瓦量级，我国的盐度差能估计为1.1亿千瓦，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。盐度差能的利用主要是发电。

所用发电装置有多种，这里以水压塔渗透压系统为例，加以说明。

水压塔渗透压系统主要由水压塔、半透膜、海水泵、水轮机-发电机组等组成。其中水压塔与淡水间由半透膜隔开，而塔与海水之间通过水泵连通。系统的工作过程如下：先由海水泵向水压塔内充入海水，同时，由于渗透压的作用，淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位上升，当塔内水位上升到一定高度后，便从塔顶溢出，冲击水轮机旋转，带动发电机发电。为了使水压塔内的海水保持一定的盐度，必须用海水泵不断地向塔内泵入海水，以实现系统连续地工作。估算全系统的总效率约为20%。

但是建设成本非常高，有文献估计发电成本高达10～14美元/（kW·h）。所以，再很长的时期内，没有应用的可能。

4.4.6　海草燃料

海草燃料是指海中的生物质，如海藻、海带等。其利用于制氢与用陆地的生物质制氢相同，请参阅本书有关章节。

4.4.7　海洋能制氢前景

由于海洋能的种类较多。故海洋能有较稳定与不稳定能源之分。温度差能、盐度差能和海流能为较稳定的能源。潮汐能与潮流能为不稳定但有规律的能源，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，潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。波浪能是没有规律的不稳定海洋能。

中国的海域储存潮汐能1.1亿千瓦，潮流能1200万千瓦，海流能2000万千瓦，波浪能1.5亿千瓦［95］。

从目前的技术发展水平来看，潮汐能发电技术最为成熟，已经达到了商业开发阶段，已建成的法国朗斯电站、加拿大安纳波利斯电站、中国江厦电站均已运行多年；波浪能和潮流能还处在技术攻关阶段，多个国家的工程师建造了多种波浪能和潮流能装置，试图改进技术，逐渐将技术推向实用；温差能处于研究初期，美国洛克希德·马丁公司在夏威夷建造了一座温差能电站，2013年已经有有关公司签约，将在中国南海建造一座10MW的温差电站，再利用电解水技术将制得的氢气输送给用户［96］。在2013年9月上海第5届世界氢能技术大会上，洛克希德·马丁公司展示了他们的海水温差能发电模型。

海洋能的应用前景光明，但是离商业化的路还很长很长。