神奇海洋的超能量

科普中国-科学原理一点通 2017-12-18

　　神奇海洋的超能量海洋占地球表面积的70%左右，海上普遍存在着或大或小的波浪，这些向不同方向运动的波浪蕴含着巨大的能量，人们非常渴望利用这些能量，因为这种能源丰富、持久而广泛，几乎不消耗资源，也没有污染。

　　“潮起潮落”中的超能量

　　潮汐是沿海地区的一种自然现象，是指海水在月球和太阳的引力作用下，产生的周期性运动。潮汐的涨落中蕴藏着巨大的能量，潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，涨潮时运动的海水把动能转化成势能，退潮时高位的海水又将势能转化为动能。潮汐能不同于波浪能，源于日月引力，周期可以提前预测；而波浪能源于海风，难以捉摸。

　　世界上已经有数百座潮汐发电站在工作，现在的潮汐能发电技术逐渐成熟。它的发电原理类似于水力发电，在海湾或河口建造一座有拦水堤坝的水库，涨潮时将涌来的海水储存在水库内，落潮时放出海水，利用高低潮的落差把海水的巨大势能转化为动能，用来推动水轮机，从而带动发电机发电。也可以建设两个相邻的水库，水轮发电机组放在两个水库之间，一个水库负责涨潮时进水，另一个水库只负责落潮时放水，这样就可以使发电站全天发电。

　　钱塘江观潮

　　海水的“冷热不均”是怎样被利用的？

　　人类一直在努力探索自然温差能源的可利用性，1933年，科学家在法国的一个实验室里利用30℃温差推动小型发动机发电，几个小灯泡被点亮了，从而证实了自然温差作为能源的可能性。

　　海洋是一个的“储热库”，它能吸收大量的太阳能，海洋的体积如此之大，所以海水容纳的热量是巨大的。阳光照射到海面上，随着海水深度的增加，透过的阳光却在减少，海水的温度也会随着海洋深度的增加而降低，这是因为太阳光无法透射到400米以下的海水，海洋表层的海水与500米深处的海水温度差可达20℃以上。海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能或海洋热能，所以说太阳能是形成海洋温差能的源头。

　　利用海水温差能可以发电，这种发电方式叫海水温差发电。通过海洋温差发电可以抽取深层海水中丰富的营养物质，增进近海捕鱼量。同时，用海水温差发电还可以淡化海水，一座l0万千瓦的温差发电站，每天可产378立方米的淡水。

　　海水温差能发电示意图

　　海水与淡水间的盐度差蕴藏着哪些能量？

　　你知道什么是盐差能吗？它是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源，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，主要存在于河流和大海的交接处。

　　我们知道海水是咸的，可以给我们提供绝大多数的食盐，除此之外，它还能与淡水一起，提供一种新能源。陆地的河水都是淡水，它在流入大海的过程中，会与海水交汇，尤其是在大江大河汇入海洋的河口水域，存在着较高的海水与淡水的盐度差。淡水会向含盐度高的海水方向渗透，这种渗透压蕴含的能量就是盐差能。

　　在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差，从原理上来说，这种水位差可以利用半透膜在盐水和淡水交接处实现。如果在交汇处建一个水压塔，先向水压塔内泵入适量的海水，水压塔与淡水间用特制的半透膜隔开，只允许淡水向海水渗透。淡水在渗透压的作用下，会经半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内的水位升高，到一定高度后，水便从塔顶流出，冲击水轮机转动，进而带动发电机发电。

　　各个国家对盐差能这种新能源的利用还处于实验室研究阶段，离示范应用还有较长的路要走。