缚住蛟龙

    海洋中蕴藏着巨大无比的能量。据联合国教科文组织出版物估计，全世界海洋能总量为766亿千瓦。潮汐能使整个海平面抬高1米多，在有的海岸激起18米高的怒潮。波浪能掀翻大船，抛起巨石。巨大的海流流量是伊斯坦布尔海峡全球河流总流量的100倍。海面水温与海底水温之间的温度差和河口低盐度海水与大洋高盐度海水之间的盐度差也蕴藏着难以估计的能量。这些能量都是太阳热能或月球、太阳的引力产生的，是永远不会枯竭的能源。人类不可能伤其毫发，而且用掉了立即就会再生。利用这种能源还不会像燃烧化石燃料那样造成污染，引起酸雨、温室效应等灾害，所以是干净的绿色能源。

    海洋能源是十分丰富的，可是也是非常分散的，得把密度很低的海洋能源集中起来才可供开发。美国科学家计算，全世界可以开发出来的海洋能只有64亿千瓦。人类总不能到距离海岸线几千千米的大洋里去利用海洋能啊！尽管这60多亿千瓦比总蕴藏量766亿千瓦小得多，但也是相当可观的发电量，长江三峡不过才能发1，000多万千瓦的电。海洋能只能在沿岸变成电能，或者在海边就地利用。

    有些海洋能源只存在于某些海区。例如，可供利用的潮汐能只在潮差大的河口、海湾和海峡才有；温差能只能在热带海区才有，而且得在深度突然增加的陡峭的深海峭壁附近才好利用。

    海洋能既可供开发，又有着很强的破坏性，严酷的海洋环境使开发海洋能的工作变得异常复杂和困难。试验的海洋能发电站往往寿命不长。由于工程量大，技术要求高，所以开发海洋能的成本相当高，很难达到实用程度。虽然如此，人类还是在锲而不舍地为解决这个异常复杂和困难的问题而努力工作着。

    潮汐发电

    潮汐能发电机潮汐主要是月亮对地球的引力产生的。潮汐能不但资源丰富，而且有许多自然条件很理想的河口、海湾，聚集了值得开发的资源，可以说潮汐能是海洋能中的“富矿”。

    法国朗斯潮汐电站是世界最大的潮汐电站1966年，法国人在英吉利海峡边上的朗斯河口建成一座迄今为止世界上最大的潮汐发电站，总装机容量24万千瓦，每年能发出5.44亿千瓦时电。潮汐发电站实际上是利用潮差的低水头水力发电站。朗斯潮汐发电站在河口湾的出口修筑了一条160米长的堤坝，利用河口湾作为天然水库。坝上有闸门，涨潮时纳水。发电机房建在流道上，设计成涨落潮都能发电的双向工作状态。选用灯泡形贯流的特殊水轮机来适应5~8米的低水头。这座潮汐发电站至今运行正常，不但发出电供给电网，还积累了很多经验，如从运行中总结出双向发电不如单向发电合算，利用涨潮时进水，落潮时发电效果最好。这座潮汐发电站虽然建在海水中，可是用了电化学的方法，选了耐蚀的材料和涂料，使电机和闸门等设备都能在强腐蚀的环境下工作。

    加拿大的安那波利斯潮汐发电站，建在世界上潮汐资源最丰富的芬地湾中的一条小河口上，是大规模开发芬地湾潮汐资源的一项试验工程，于1983年投入运行，有1台装机容量2万千瓦的发电机，年发电量5，000万千瓦时，利用的水头高1.4～6.8米，也是单水库单向发电工作状态，落潮时发电。水轮发电机是全贯流式的，比灯泡贯流式结构简单，效率高，4片叶片是用镍铬不锈钢制造的。因为加拿大的水力资源还远没有开发完，所以对潮汐发电的要求不迫切，虽然电站是成功的，芬地湾的开发却没有提到日程上来。

    我国的江厦潮汐发电站名列世界第三，位于浙江温岭县的乐清湾内，是双向发电的潮汐发电站，共有5台机组，水轮机也是灯泡式贯流的，1980年第1台机组发电并网，1985年建成，总装机容量为3，200千瓦，年发电量1，000多万千瓦小时。水库由670米长的黏土心堆石坝形成，利用的潮差为0.8～5.5米。这座潮汐发电站也是成功的，除了正常发电以外，还创造了综合利用的条件，库区围垦了约2.7平方千米农田，水库里养了鲻鱼、对虾，1.2平方千米的滩涂养了牡蛎和蛏子。

    世界上正在筹建的大潮汐发电站将建在英国西南部的塞汉河口。塞汉河口有点像我国的钱塘江口，有很高的潮位，估计能开发的潮汐能有450万千瓦。我国福建、浙江也在计划修建10万千瓦级的潮汐发电站，有几个站的站址已经勘测完毕，设计也已完成，只等开工了。

    驯服波涛

    摆式波浪发电装置利用波浪发电的尝试不像利用潮汐发电那样顺利。波浪不像潮汐那样“有信”。为了开发波浪能，科学家提出了几十种方法，把随机变化的波浪能变成容易控制的机械能，再用以发电。这些方法归纳起来大致是把波浪能变成上下振动的水柱、推动机械横摆和推动机械纵荡等三大类。几十年过去了，除了供给灯标发光的小功率发电装置外，都不能算是成功与实用的。

    振动水柱式装置先使波浪进入储能区，利用谐振效应聚集起来，波浪的动能把海水压进垂直放置的粗管子里，管子里的水柱随着波浪起伏而振动。管子上端是封闭着的，水柱振动时，水柱上方的空气也被压缩、减压，跟着振动。利用振动的空气推动威尔斯空气涡轮机发电。

    挪威、日本在岸边选择聚波的喇叭形峡湾，略加修整，预先使波浪聚能，再建造振动水柱塔，利用波浪发电，设计的发电能力为40～500千瓦的数量级。这些试验波浪发电站都能工作，但是不够可靠。挪威的波浪发电站在1988年的一次风暴中被狂浪打坏。

    摆式波浪发电装置把小型的波浪发电装置装在灯标里，在0.4米的波浪条件下能发出12伏、6瓦的电，供给灯标里的蓄电池作充电用。这种波浪能灯标已经成为商品了。

    挪威一座350千瓦波浪发电站的设计是另一种形式的。它利用渐缩的入口聚波，使波高放大，溢出波道，保存在储能水库里，再用与潮汐发电站一样的原理利用水库里比海面较高的水位在放水时发电。

    日本的“海明”号是一条浮在海面上的船。它在山形县附近的日本海上抛锚，船上装有振动水柱式发电装置，发出的电通过电缆送到陆地上。

    英国科学家发明一种纵荡式的波浪转换系统，做成凸轮的摆，能在波浪的作用下做纵向的振荡，像水面上的鸭子在点头，因此给它命名为“点头鸭”。为了充分利用波浪能，在海面布设了许多这样的转换装置，在波浪的作用下，这些“鸭子”上下摆动，使它们的轴旋转，把波浪能变成机械能。这个系统理论上效率很高，可是在海面上布设很复杂，不够可靠，向岸上输电也不方便，试验后就束之高阁了。

    波浪日本还开发了一种横摇的摆式波浪发电站，在面向波浪的岸边建造槽形的水室，使波浪进入水室，再从水室后壁反射，在水室里共振，形成驻波，把能量聚集起来，推动安在驻波节点上的摆，使它横摇，再用液压系统收集它的能量。在建造防波堤时，把这种电站建在防波堤外面，吸收一部分波浪打在堤上的能量，可以起消波作用。

    我国也建了岸边的振动水柱式和摆式波浪试验电站，功率不大，只能供应孤悬在海中的岛屿电源。

    波浪发电离大规模应用还有一段距离。波浪能很不稳定，只能与其他能源互补，才能保证用户使用。

    波浪能与海流发电

    即使在晴朗无风的日子里，海面也是动荡不定的，波浪不停地拍打着海岸。波浪是由风吹海水而引起的。波浪能主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量。波浪能是巨大的，一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高。一个波高5米、波波浪发电示意图长100米的海浪，在一米长的波峰片上就具有3，120千瓦的能量，由此可以想象整个海洋的波浪所具有的能量该是多么惊人。波浪能发电是利用波浪的推动力，使波浪转化为推动空气流动的压力来推动空气涡轮机叶片旋转而带动发电机发电。波浪发电设计方案最多，但是因为波浪能源分散，本身破坏力大，开发技术到现在为止还不成熟。据计算，全球海洋的波浪能达700亿千瓦，可供开发利用的为20亿～30亿千瓦，每年发电量可达9万亿度。

    我国对波浪能的研究始于20世纪70年代，在1975年曾研制成一台1千瓦的波力发电浮标。80年代以来该项研究获得较快发展，我国成功研制航标灯用波能发电装置，并根据不同航标灯的要求，开发了一系列产品，与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。1989年，我国第一座波力电站在南海大万山岛建成，装机容量3千瓦。2000年，我国首座岸式波力发电工业示范电站——广东汕尾100千瓦岸式波力发电站建成，标志着我国海洋波力发电技术已达到实用化水平和推广应用的条件。

    我国波力发电虽起步较晚，但发展很快。微型波力发电技术已成熟，小型岸式波力发电技术进入世界先进行列，但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国。

    大洋中的海水从来都不是静止不动的，它像陆地上的河流那样，长年累月沿着比较固定的路线流动着，这就是“海流”。不过，河流两岸是陆地，而海流两岸仍是海水，在一般情况下，用肉眼是很难看出来的。世界上最大的海流，有几百公里宽、上千公里长、数百米深。大洋中的海流规模非常大。由于海流遍布大洋，纵横交错，川流不息，所以它们蕴藏的能量也是可观的。例如世界上最大的暖流——墨西哥洋流，在流经北欧时为1厘米长的海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量。据估算世界上可利用的海流能约为0.5亿千瓦，而且利用海流发电并不复杂，受到许多国家的重视。

    1973年，美国试验了一种名为“科里奥利斯”的巨型海流发电装置。该装置为管道式水轮发电机，机组长110米，管道口直径170米，安装在海面下30米处。在海流流速为2.3米／秒条件下，该装置获得8.3万千瓦的功率。日本、加拿大也在大力研究试验海流发电技术。我国的海流发电研究也有样机进入中间试验阶段。

    20世纪90年代以来，我国开始计划建造海流能示范应用电站，在“八五”、“九五”科技攻关中均对海流能进行连续支持。目前，哈尔滨工程大学正在研建75千瓦的潮流电站。意大利与中国合作在舟山地区开展了联合海流能资源调查，计划开发140千瓦的示范电站。因此要海流做出贡献还是有利可图的事业，当然也是冒险的事业。

    海洋风能发电

    海上的风能发电站2007年10月，中国海洋石油总公司在渤海湾的风能发电站安装完毕，这也是中国第一个海上的风能发电站。这个风能发电站装机容量1，500千瓦，在渤海湾距离陆地60多千米的海上。风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度，当风速达到3米／秒以上就能带动发电机运转，产生稳定的电能。风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式，从中国2，000多年前的帆船到荷兰风车，都是人类利用风能的开端，也是风电技术发展的前奏。我国早在20世纪80年代就大力倡导开发风能，并开始实现风能并网发电。

    由于风力资源和气候关系密切，因此我国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在“三北地区”，沿海及岛屿，特别是东南沿海。我国东南沿海的海岸向内陆丘陵连绵，风能丰富地区在海岸50千米内，都是风能资源最佳地区。沿海每年夏秋季节受到热带气旋影响而引起台风登陆，是利用风力发电的机会。目前我国风电装机总量只占全国发电装机总量的0.2％。我国陆地可开发利用的风能资源为2.53亿千瓦，主要分布在东南沿海及岛屿、海洋盐差发电原理图新疆、甘肃、内蒙古和东北等地区。此外，我国海上风能也很丰富，初步估算是陆地风能资源的3倍左右，可开发利用的资源总量为7.5亿千瓦。截止2004年底，我国累计安装风电机组1292台，共有43个风电场，累计装机容量已经达到76.4万千瓦。

    海洋盐差与温差能发电

    在江河入海口，淡水与海水之间还存在着鲜为人知的盐度差能。盐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。盐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（具有盐度）和河水之间的化学电位差有相当于240米水头差的能量密度。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。利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。

    我国海域辽阔，海岸线漫长，入海的江河众多，入海的径流量巨大，在沿岸各江河入海口附近蕴藏着丰富的盐差能资源。据统计，我国沿岸全部江河多年平均入海径流量约为1.7×1012～1.8×1012立方米，各主要江河的年入海径流量约为1.5×1012～1.6×1012立方米。据计巨大的海水温差发电装置算，我国沿岸盐差能资源蕴藏量为3.9×1015千焦，理论功率约为1.25×108千瓦。然而由于地理分布不均、资源量有明显季节变化和年际变化以及部分地区存在冰封期的特点，我国对于海水盐差能发电研究尚处于基础研究阶段。

    海洋是一个太阳辐射热能的巨大收集器和储存器。它的表层水温度可达20℃～30℃，而深层海水的温度则接近零摄氏度。科学家设想，用表层海水加热沸点很低的液体，如液氨，利用液氨产生的蒸气来驱动涡轮发电机进行发电，并用海底电缆把电输送到需要的地方。同时，又用从深海抽上来的低温海水冷却氨蒸气，使它还原为液态。如此循环反复利用海水的温差，就可以持续发电。这种发电原理就是海洋温差能发电。海洋温差能发电方法的优点是不受天气影响，输出功率稳定。它在热带和亚热带海区最为适用。据有关专家研究论证认为，利用海水温差建立输出功率为10万千瓦的发电厂是可能的。

    首次提出利用海水温差发电设想的是法国物理学家阿松瓦尔，1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了10千瓦的功率。1979年，美国在夏威夷的一艘海军驳船上安装了一座海水温差发电试验台，发电功率53.6千瓦。1981年，日本在南太平洋的瑙鲁岛建成了一座100千瓦的海水温差发电装置，1990年又在鹿儿岛建起了一座兆瓦级的同类电站。

    利用海水温差发电，对于开发海洋资源具有重大意义，如它可以为开采海底石油和多金属结核等的设备提供电力，并可以将海底开采上来的矿物就地冶炼，省去运输上的很多麻烦。可见，利用海水温差发电的科学探索，为人类向海洋索取能源展示了美好的前景。

    夏威夷的试验

    利用海水温差发电在夏威夷岛冒纳罗亚火山脚下的海岸上建有一座独特的工厂，就是海水温差试验电站。在热带海洋里，海面的海水温度在25℃以上，而在1，000米深处，海水温度只有5℃，有20℃以上的温差。25℃远不能使常压的水沸腾。可是用冰箱里制冷的工质氨或氟利昂当工质，密闭循环使用，这些气体的沸点很低，25℃已可气化，5℃时能凝结成液体，这样就能利用海洋表面与深处海水的温差发电了。从海洋表面和深处分别用水管抽取热水和冷水，在热交换器里与工质进行热量的交换，即用海面比较热的水使工质气化，用海底比较冷的水使工质冷凝，气化的工质就能推动低压涡轮机发电了。这座试验电站能发出100千瓦的电，但它自己抽水用了所发出电量的一大半，实际送出的电并不多。日本在太平洋岛国瑙鲁也建立了一座海水温差电站，也是100千瓦，供给缺乏能源资源的瑙鲁电力。另外还有一种开式系统，不用低沸点液体当工质，而用海水本身当工质，抽真空使海水在25℃左右沸腾，推动涡轮机发电，再用冷水使水汽冷凝。有人预言，因为温差能稳定而且能量非常大，所以温差发电站的潜力很大，将来会成为最先使用的海洋能发电产业。可是目前成本还太高，它本身消耗的电能相当多，只有综合利用，用抽上来的海底富营养冷水在热带养冷水鱼、灌溉温带作物才有一定的经济意义。我国台湾东岸花莲县太平洋边的大陡壁是很理想的海水温差发电站站址，西沙、南沙群岛也有不少好的海水温差发电站站址。

    此外，国内外都研制了类似水田灌溉用的水车的水轮机，有些是立式的，有些是卧式的，用以转换潮流能为电能。潮流能是有规律的能源，比较容易开发。当然湍急的潮流也给潮流发电设备的锚泊带来很大困难。

    至于盐差能的利用，目前还处在纸上谈兵的阶段，只有人在实验室里做了一些模拟试验。

    虽然海洋能的利用还处在开始阶段，开发的规模很小，技术还不成熟，成本相当高，除了潮汐能发电外，都不够可靠，可是海洋能是大自然给予人类的永久的巨大宝库，是取之不尽的绿色能源，所以海洋能开发必定会在将来有较大的突破，是未来海洋产业。

    唤醒沉睡在海底的宝藏

    用人工地震听诊

    国外海洋产业中独占鳌头的是海洋石油和天然气的勘探开采，20世纪90年代初这门新兴海洋产业的产值占海洋产业总产值的一半。而我国的海洋油气开发的产值才占海洋产业总产值的5％。

    海上石油开采平台海洋石油、天然气沉睡在海底地层里亿万年，把它唤醒，将给人类带来能量，带来社会、经济发展的动力。

    2007年1月1日，世界石油探明储量1804.7亿吨，天然气探明储量175万亿立方米，石油年产量36.24亿吨。发达国家发电靠石油，开动汽车靠石油，人们不能设想如果没有石油怎么办。这种危机感推动着海洋油气开采技术的飞速发展。科学家和工程师克服巨大的困难去征服海洋，由浅海到深海，由海湾潟湖到开阔的大洋，从浅地层到深地层，由近及远，终于在30多年内建立起一海上石油开采个庞大的高新技术密集的海洋油气开发产业。海湾（波斯湾）国家沙特阿拉伯等靠海上石油致富；文莱靠海上石油一下子从一个落后的国家变成东南亚最富的国家；北海的石油给岩石嶙峋的挪威和经济已没有活力的英国输了血；我国从20世纪60年代开始在渤海开采海底石油，可是由于资金不足及没有掌握先进技术等原因，发展不快。改革开放以后，引进外国资金、先进技术和先进的管理方法，才迎头赶上。2005年我国海洋原油产量3，175万吨，预计到2010年我国海洋原油产量将超过5，000万吨。

    医生给人检查身体，要用听诊器在人体某些部位倾听，从呼吸、心跳的声音判断这个人是不是健康，哪个地方出了毛病。油气储藏在海底地层里，有些地方地层之间有缝隙，而缝隙下面的地层比较紧密，油渗不下去，油气就在缝隙里聚集。有些地方地层之间有比较松的沙层，地底下有很大的压力，油气在压力的作用下会聚在沙层里。有些地方碰巧这种含油气地层有露头，油气从海底通过海水冒出海面，从这种显示可以知道海底下有油气。但是，这种机会很难遇到。一般情况下，油气宝藏并没有任何迹象可寻。这时，就得学习医生，给地球听诊。

    地球上发生地震时，地震波从震源发出来，向远处传播，地震观测者从埋在地下的地震仪上记录的地震波可以判断出在什么地方发生了多少级的地震。地震仪上记录的波形还可以说明地震波在传播过程中碰到过什么样的地层变化。地震波和声波一样，也是一种振动波，但是频率十分低。它通过均匀的地层时，方向不变，只是一路上有些损失，越来越弱。低频的地震波在地层里传播时衰减很慢，可以传播相当远，如果遇到两种性质不同的地层之间的界面，就有一部分波被反射或散射了，方向也会改变。用这个原理，从地震波带来的信息可以探出地层的结构。地震不是天天都有，而且往往不在人们需要探查的地方发生。人们只能人工制造地震，这样，震源的位置可以选择，就能随心所欲地研究地层结构了。

    海底地震示意图地震是在地层里发生的，人们不能钻到海底地层里去诱发地震。产生人工地震时，从海面上的地球物理勘探船上投下炸弹，使它在一定的深度爆炸，爆炸波传到海底表面，一部分透到地层中去，激起地层震动，这就是人工制造地震的办法。炸弹不容易控制，还有一定的危险性，于是设计了爆炸声源。这种地震源有许多种，最简单的是模仿雷电，制造两个电极，用高电压在极间放电，产生很强的电火花，同时产生爆炸波。让压缩空气或者燃烧产生的高压气体突然释放出来，推动活塞，或者使它穿过小孔以后突然膨胀，也能产生爆炸波，这种设备叫做气枪。很强的爆炸波遇到海底地层的交界面就分为两部分，一部分被反射回来，另一部分继续前进，但是折射了一个角度，到了下一个交界面再反射，这些从各个界面反射回来的波经过地层重新回到海水中，依次传到海面附近。在勘探船的尾部拖着的漂浮电缆，其实是一串接收换能器，各个接收换能器在不同的时刻接收到不同地层界面反射、折射回来的波。把这些成百上千的接收换能器接收到的信号集中到勘探船上的记录器和计算机中，每个地层界面都在记录图中反映成一条线，一目了然。地质专家从记录图就可以判断出有没有油气田。在海底表面上设计好的地方布上自动记录的地震仪，这些地震仪可在不同时间从不同方向记录人工地震所产生的地震波。要想准确地探测，一根漂浮电缆不够，一个地震源也不够，可以用多个地震源顺序引爆，船后拖曳几根漂浮电缆。这样，接收到的信息可以通过计算机运算后画出立体的图像，工作效率也提高了。对于复杂的地质结构，只看一个平面，不能确认地层结构和油气资源，可能把油田漏掉，从立体图上看就万无一失了。经验丰富的专家也难免发生错误或疏忽，于是人们把专家判断地层的集体智慧和经验输进计算机，研制出“专家系统”，用它来解释地震记录，既节省人力，又可以避免错误。

    海底地层示意图我们在前面介绍过地层剖面仪，可以用声波从垂直方向，也就是从上方探查地层构造，船向前航行，记录出来的就是航线以下的地层情况。用地层剖面仪探查的地层深度比用地震法浅得多，因此也细致一些。

    根据地球物理勘探船上记录下来的地震波形图就断定海底有没有石油还过于武断，再说也没有办法精确计算储量。但是有了这种客观的知识，就可以选择最有希望的站位打探井了。选择探井位置是一件风险很大、需要深思熟虑的事，如果考虑不周，选错地方，几千万元的投资就白白没了。打探井时用旋转的钻头引导空心的钻杆向地层钻进，从空心钻杆中取出岩芯。在实验室里用化学方法化验岩芯的成分，用电子显微镜观察它的结构，可以从中分析出结果。现代化的钻井里有力学的、电磁的和声学的传感器，可同时把井里的情况测量出来，传到井上，包括地层分界、各地层的力学性质和电磁学性质、地下的压力和温度等。探井里的压力高达10兆帕以上，温度高达100℃以上，对测量用的传感器提出很高的要求。把井由自动测得的结果与从岩芯分析得到的结果结合起来研究，就可以得到这口探井的位置有没有油，有多少油，开采时应该怎样设计油井等必要的知识了。

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