4.4　海洋能制氫

海洋能，泛指蘊藏在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。海洋能是可持續利用的地球內部的一種低品位清潔能源。海洋能包括潮汐能、波浪能、海流及潮流能、海洋溫差能和海洋鹽度差能和海草燃料等，其中，潮汐能、波浪能、潮流能等是不穩定的，而海水溫差能、海洋鹽度差能和地熱能一樣，是穩定的能源。有專家估計，全世界海洋能的蘊藏量為780多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，潮汐能30億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦［91］。

4.4.1　潮汐能

潮汐能是最早被人們認識并利用的。一千多年前的唐朝，我國沿海居民就利用潮力碾谷子。11世紀的歐洲西海岸的潮汐磨房已經出現，并被帶到美洲新大陸。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，還在碾谷子供游客參觀。20世紀50年代中期，在我國沿海出現潮汐能利用高潮，興建了40多座小型潮汐電站和一些水輪泵站。由于種種原因，保留下來的只有浙江省沙山40kW潮汐電站［92］。

浙江樂清灣內的江廈港電站是中國最大的潮汐發電站，也是世界上第三大潮汐發電站，80年代以來獲得較快發展，航標燈浮用微型潮汐發電裝置已趨向于商品化，與日本合作研制的后彎管型浮標發電裝置，已向國外出口，該技術達到國際領先水平。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一臺裝機容量3kW的裝置，1990年已試發電成功。

4.4.2　波浪能

波能裝置的專利可追溯到1799年，日本人益田先生，于1965年率先將他發明的微型航標燈用波力發電裝置商品化。

波浪能發電是繼潮汐發電之后，發展最快的一種海洋能源的利用形式。波浪能發電是發明家的樂園。各式各樣、林林總總的發電裝置令人眼花繚亂。到目前為止，世界上已有日本、英國、愛爾蘭、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麥、印度、美國和中國等國家和地區在海上研建了波浪能發電裝置，漂浮在海面上或固定在海岸邊。

大致可分為浮動式和固定式兩大類，由于海洋工程的難度及波浪能的不穩定性，所以工程的壽命都有限。

4.4.3　溫度差能

一百多年以前人們就知道利用海洋溫差發電的概念。1881年，法國物理學家阿松瓦爾發表《太陽海洋能》的論文，提出利用表面溫海水與下面冷海水的溫差使熱機做功。1930年，另一位法國科學家克勞德在古巴建了一座岸式開式循環發電裝置，功率22kW，盡管發出的電小于運行所消耗的電，但是這項嘗試證明海洋溫差可以發電。

海洋熱能轉換技術（OTEC）美國50kW MINI-OTEC號海水溫差發電船，由駁船改裝，錨泊在夏威夷附近海面，采用閉式循環，工質是氨，冷水管長663m，冷水管外徑約60cm，利用深層海水與表面海水約21～23℃的溫差發電。1979年8月開始連續3個500h發電，發電機發出50kW的電力，大部分用于水泵抽水，凈出力為12～15kW。從深海里抽出的水營養豐富，在實驗船周圍引來很多魚類，這是海洋熱能利用的歷史性的發展。隨后，美國在夏威夷的大島建了一個自然能源實驗室，為在該島建40MW大型海水溫差發電站做準備，在熱交換器、電力傳輸、抽取冷水（深水管道）、防腐和防污方面取得重大進展。計劃采用開式循環發電系統，在發電過程副產淡水。夏威夷大學積極參與這項計劃。

瑙魯海水溫差發電站是日本“陽光計劃”，1973年選定在太平洋赤道附近的瑙魯共和國建25MW溫差電站，1981年10月完成100kW實驗電站。該電站建在岸上，將內徑70cm、長940m的冷水管沿海床鋪設到550m深海中。最大發電量為120kW，獲得31.5kW的凈出力。

2013年，美國洛克希德·馬丁公司將該技術帶到中國，與有關公司合作準備在中國南海建設一座10MW的OTEC電站，用電站的電電解海水制氫，輸送到陸地。2013年12月，第二十四屆中美商貿會舉行。中美雙方十六家企業在高新技術、食品等領域簽約。華彬集團與美國企業簽署了聯合開發海洋溫差發電項目。華彬集團副總裁劉少華、品牌總監穆斯塔法與洛克希德·馬丁公司代表簽約［93］。

我國溫差能發電研究始于20世紀80年代初，國家海洋局第一海洋研究所在“十一五”期間重點開展了閉式海洋溫差能利用的研究，完成了海洋溫差能閉式循環的理論研究工作，并完成了250W小型溫差能發電利用裝置的方案設計［94］。

4.4.4　海流能

現代人形象地把海流和潮流發電裝置比喻成水下風車。我國舟山群島的潮流速度一般為3～4kn（節，1kn=0.514m/s），最大可達7kn（3.6m/s），為世人矚目。農民企業家何世鈞先生，從小感受發生在自己家門口的潮流所蘊藏的能量，1987年他將自制的螺旋槳安裝在小船上，在潮流的推動下，液壓傳動裝置帶動發電機發電，最大輸出功率達5.6kW。

4.4.5　海洋鹽度差能

鹽度差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能。主要存在于河海交接處。同時，淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽度差能。

鹽度差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。通常，海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學電位差有相當于240m水頭差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜（水能通過，鹽不能通過）在鹽水和淡水交接處實現。從理論上講，如果這個壓力差能利用起來，從河流流入海中的每立方英尺（1ft3=0.0283168m3）的淡水可發0.65kW·h的電。一條流量為1m3/s的河流的發電輸出功率可達2340kW，非常吸引人。從原理上來說，可通過淡水流經一個半滲透膜后再進入一個鹽水池的方法來開發這種理論上的水頭。

全世界海洋鹽差能的理論估算值為10億千瓦量級，我國的鹽度差能估計為1.1億千瓦，主要集中在各大江河的出海處。同時，我國青海省等地還有不少內陸鹽湖可以利用。鹽度差能的利用主要是發電。

所用發電裝置有多種，這里以水壓塔滲透壓系統為例，加以說明。

水壓塔滲透壓系統主要由水壓塔、半透膜、海水泵、水輪機-發電機組等組成。其中水壓塔與淡水間由半透膜隔開，而塔與海水之間通過水泵連通。系統的工作過程如下：先由海水泵向水壓塔內充入海水，同時，由于滲透壓的作用，淡水從半透膜向水壓塔內滲透，使水壓塔內水位上升，當塔內水位上升到一定高度后，便從塔頂溢出，沖擊水輪機旋轉，帶動發電機發電。為了使水壓塔內的海水保持一定的鹽度，必須用海水泵不斷地向塔內泵入海水，以實現系統連續地工作。估算全系統的總效率約為20%。

但是建設成本非常高，有文獻估計發電成本高達10～14美元/（kW·h）。所以，再很長的時期內，沒有應用的可能。

4.4.6　海草燃料

海草燃料是指海中的生物質，如海藻、海帶等。其利用于制氫與用陸地的生物質制氫相同，請參閱本書有關章節。

4.4.7　海洋能制氫前景

由于海洋能的種類較多。故海洋能有較穩定與不穩定能源之分。溫度差能、鹽度差能和海流能為較穩定的能源。潮汐能與潮流能為不穩定但有規律的能源，人們根據潮汐、潮流變化規律，編制出各地逐日逐時的潮汐與潮流預報，潮汐電站與潮流電站可根據預報表安排發電運行。波浪能是沒有規律的不穩定海洋能。

中國的海域儲存潮汐能1.1億千瓦，潮流能1200萬千瓦，海流能2000萬千瓦，波浪能1.5億千瓦［95］。

從目前的技術發展水平來看，潮汐能發電技術最為成熟，已經達到了商業開發階段，已建成的法國朗斯電站、加拿大安納波利斯電站、中國江廈電站均已運行多年；波浪能和潮流能還處在技術攻關階段，多個國家的工程師建造了多種波浪能和潮流能裝置，試圖改進技術，逐漸將技術推向實用；溫差能處于研究初期，美國洛克希德·馬丁公司在夏威夷建造了一座溫差能電站，2013年已經有有關公司簽約，將在中國南海建造一座10MW的溫差電站，再利用電解水技術將制得的氫氣輸送給用戶［96］。在2013年9月上海第5屆世界氫能技術大會上，洛克希德·馬丁公司展示了他們的海水溫差能發電模型。

海洋能的應用前景光明，但是離商業化的路還很長很長。