1 海洋温差发电

由于太阳光照射，海洋表层水温为25～30 ℃，而水下400～700 m深层冷水则为5～10℃ ，两者温差为20℃，可用来发电10 TW。

1.1 原理

由于海洋温差只有20 ℃，必须利用低沸点媒体(阿摩尼亚)作为媒体透平发电机的动力，它(氨)的冷凝温度为13℃，在23.2 ℃即可蒸发出高压气体，进而驱动阿摩尼亚气轮机，作用原理与蒸汽轮机或燃气轮机相似。当容量为1 MW时，这种发电系统的闭路循环如下：由183 kW的温水泵从28.2 ℃的海洋表层取水(10 410 t/h)并供给媒体蒸发器，将其中媒体加热到23.2 ℃(压力为970 kPa)后，蒸发的媒体便以120 t/h的流量驱动1 MW的媒体透平发电机发电。用过的气态媒体从气轮机缸体中排出后进入冷凝器被液化。用280 kW的冷水泵从水深600 m处以8 860 t/h的流量将7.3 ℃的冷水注入冷凝器用来将媒体冷凝成为液体。被冷凝的媒体温度为13 ℃，压力为700 kPa，由37 kW的阿摩尼亚泵将它再输回到媒体蒸发器，从而形成媒体的闭路循环，周而复始。从媒体蒸发器中排出的海水温度为24.7℃，可以继续多目的综合利用，如养殖、育苗等。从冷凝器排出的11.8 ℃冷水也可多目的综合利用，如冷藏、冷库等。

1.2 现状

世界上最早开发海洋温差发电系统的是美国(1979年)，当时容量只有50 kW。1981年计划开发40 MW的大型设备，并将其1 MW中间机组(如前面介绍的系统)投入试验。由日本东芝公司设计制造的120 kW这种发电设备已于1981年在赤道一带的瑙鲁共和国投运，它采用的媒体不是阿摩尼亚，而是氟利昂 HCFC 22。20世纪80年代以来，日本开发了50 kW，75 kW，100 kW等多种这类设备，1996年还验证了采用NH₃/水的混合媒体循环试验设备，以及设置在海洋水面上的这种发电设备。1997年9月，日本与印度国家海洋技术研究所共同合作开发1 MW的这种设备，进行真机验证和评价后就开发25～50 MW的大型商业化设备。

1.3 趋势

海洋温差发电设备的功率范围为1～100 MW。对于100 MW的这种发电设备，总造价约为600～700亿日元，单位造价约为60～70万日元/kW。厂内用电功率约占20%。当电站功率为1 MW时，厂房内部自用电约占50%。由此可见，它的发展趋势是大型化，这有利于提高经济效益；另外一个发展趋势是多种经营、综合利用。不管是抽上来的热水还是冷水，在用于发电目的以后所排出来剩余海水都可用于多目的综合利用，如水产养殖、动物饲养、植物培育、冷房冷库等。由于深层海水具有营养、清净、低温等性能，其综合利用前景更为广阔。

2 海洋波浪发电

由于地球和月球之间的作用，引起了潮流、潮汐、气流等，进而引起波浪。波浪的动力还来自海风，可以说波能的源泉就是太阳能。

2.1 原理

英国苏格兰西北沿岸的平均波能高达48 kW/m。日本四季的平均波能约为13 kW/m(近海)和6 kW/m(沿岸)。日本的波能可满足国内能源总需求量的1/3。

波力发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。当波浪上升时便将空气室中的空气顶上去，被压空气穿过正压水阀室进入正压气缸并驱动发电机轴伸端上的空气透平使发电机发电。当波浪落下时，空气室内形成负压，使大气中的空气被吸入气缸并驱动发电机另一轴伸端上的空气透平使发电机发电，其旋转方向不变。从中排出的空气进入负压气缸，再穿过负压水阀室并到达负压空气室。由于正、负压水阀室相当于逆止阀的作用，正、负2条回路互不干扰。用水阀作为逆止阀的原理是利用压力差，压力空气只能单向通行。

2.2 现状

世界上波力发电设备开发最早的国家是法国(1910年)。后来英国、挪威、印度、日本等相继开发。英国波力发电的开发目标是容量为2 GW的设备，并使它与陆地电网系统并网，现已完成这个研究项目。英国的75 kW这种设备自1992年以来已营业运行至今。挪威的350 kW这种设备从1985年以来也已营业运行至今。挪威1984年投运的500 kW和印度投运的150 kW这种设备在完成验证试验以后现已停运，总结经验。日本自1965年以来投运了12台这种设备，除了用于验证试验外，还有4台作商业营运至今，其最大容量为130 kW。现在世界上已有2 000多台这种设备，最大的是500 kW。世界上最新投运的是日本东北电力公司原町火电站南部防波堤上装设的130 kW这种设备，1996年9月投运以来成为日本当前容量最大的这种设备。它的能量转换箱体为20 m×24 m×24 m，属于固定式防波堤型。最新投运的另一套设备则属于可动式浮体型，1998年5月建造，7月投运，位于日本三重县度会郡南西町，外型尺寸为50 m×30 m×13 m，很像个大鲸鱼浮在水面上(该处水深40 m)，其容量120 kW。

2.3 趋势

当前波力发电设备主要分为二种：振动型(波浪上下振动)和移动型(波浪平移)。振动型包括水柱型、浮体型、固定型、可动型等4种；移动型基本上就是一种低水头发电站，此时利用大坝和转桨式水轮机。当前的发展趋势是水柱型，因为开发应用了先进的水阀室作为逆止阀，而以前常用风门作为逆止阀，经常受到反复冲击，容易损坏；另一趋势是开发固定式防波堤型，既便于建造，又能与防波堤结合，可以综合利用；第三个趋势是进一步降低造价。当今世界波力发电成本基本上接近于普通电价，出于竞争，还应继续努力进一步降低，主要是改进设备，对于日本，波能存贮量高达50 GW，而波力发电比普通电价高出数倍，在降价方面，任重道远。

3 潮汐、潮流发电

由于地球和月球或太阳之间相对的天体运动而引起海面的椭圆形周期性运动，此起彼伏，不是高于就是低于平均海面。海面的上下运动称为潮汐，海水的水平方向运动称为潮流，它们的运动周期几乎相同，约为半日或一日。潮汐高度取决于地球的质量和半径，天体(月球或太阳)的质量，地球与天体之间的中心距离，潮汐在海面上所处的方位等。用于潮汐发电的潮差通常选在5 m以上。

3.1 原理

潮汐发电形式有以下3种：

a)单池单向发电，即落潮发电。涨潮时坝门打开，海水充满蓄水池；落潮时坝门关闭，潮水驱动水轮机发电。

b)单池双向发电，即落潮和涨潮都发电，且与扬水并用。为了保持落差，并非落潮一开始就发电，而是向蓄水池泵水，然后停机待机，直到潮水落到潮差的一半时才开始放水发电。反之亦然，涨潮一开始也不立即发电，而是将蓄水池剩余的水抽向大海，再停机待机一段时间，直到潮水涨到一半潮差时再开始发电。尽管如此，用于发电的时间远远超过泵水和待机的时间和。

c)双池双向发电，此时备有上、下2个蓄水池，发电机组则置于2池之间，落潮时不是利用蓄水池与海面之间的落差发电，而是利用上下2池之间的水位差来发电，这就与不断变化的海面水位无关。涨潮时上池被充满，落潮时将下池放水，从而形成2池之间的水位差。利用该水位差可使机组连续运转。

3.2 现状

当今世界最大的潮汐电站是1967年9月投运的法国郎斯潮汐电站，其潮差H＝8 m，港湾面积S＝17 km²，装机容量P＝240 MW。运行30多年来无大事故，现正按计划进行更新改造，其可用率高达90%，总发电容量达16 TW，累计运行16万h。其次是加拿大的阿那波里斯潮汐电站，1984年8月投运至今，其H＝64 m，S＝6 km²，P＝178 MW。位居世界第3位的是中国浙江省江厦潮汐电站，1980年1号机投运，后来5台机组陆续投运，运行至今，全部国产机组，其H＝71 m，S＝2 km²，P＝32 MW。第4位是俄罗斯1968年投运至今的基斯洛库布斯卡亚潮汐电站，H＝24 m，S＝2 km²，，P＝400 kW。

潮流能量的特点是取决于每日2次的潮位变动和每月2次程度较大的潮位变动，而与季节无关。潮流同潮差一样，流速呈正弦波状变化，其周期为12 h 25 min。由于多种原因，潮流发电尚未实现，主要在于高效率的水轮机。法国和美国曾提议采用螺桨式水轮机，但未能实现。除了高效率高性能水轮机的开发，还有妨碍海上交通、贝类等海中生物附着在水轮机叶片上、设备在海上的固定、流速多变等问题也都影响潮流发电的商业化。

3.3 趋势

世界上最早的潮汐电站是法国于1913年建造的，除了前面介绍的法、加、中、俄的情况外，现正开发的还有加拿大的芬地湾，阿根廷的桑坡亚，俄罗斯的图古尔、梅洋、潘辛斯卡亚、英国的塞文、梅尔西、杜登，韩国的仁川港、泰安、群山、全罗，澳大利亚的坎贝湾，中国的杭州湾，美国的帕萨马廊迪等潮汐电站。

俄国的图古尔装机容量可达8 GW，其一半将向日本电网输送，电价只相当燃煤火电的一半，年发电量约20 TWh。梅洋还要大，年发电量约50 TWh，将通过斯摩棱斯克输电到欧洲中部以便创汇。地处白令海峡的潘辛斯卡亚更大，将与美国联网，还将在21世纪不仅满足国内、还将满足欧亚美各邻国的电力需求。

中国海岸线漫长，约18 000 km，岛屿6 500多个，可建的500 kW以上的潮汐电站有191座，总容量可达2158 GWh。除了江厦，在江苏、山东、广东还有较小的6个潮汐电站在运行，总容量为19 MW，潮差范围为349～78 m。目前，中国也在扩大规模地开发这种电站。