海洋能利用
海洋能，主要是指依附于海水中的可再生能源，它包括潮汐能、海浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等，一般不包括海底石油和天然气等化石能源在内。从目前技术发展来看，潮汐能发电技术最为成熟，波浪能和潮流能在各国相继处于研发和应用阶段，是研究的热点; 温差能还处于研究初期，在进行技术探索。
海洋占地球表面积的71％，它接受来自太阳的辐射能比陆地上要大得多，因此全球海洋能的可再生量非常之大，其开发利用的潜力很大。根据联合国教科文组织提供的资料，全世界海洋能的可再生量，从理论上说近800亿千瓦。
一 潮汐能
海洋潮汐是由于月球和太阳引力的作用而引起的海水周期性涨落现象。人通常把海水在白天的涨落叫做“潮”，把海水在夜间的涨落叫做“汐”，合起来称为“潮汐”。潮汐天天发生，永不停息。月球虽然比太阳小得多，但它离地球比太阳近得多，月球对地球上海水的引潮力大约是太阳的2.17倍。
海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能。在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能大都转化为动能。海水在潮涨潮落运动中所包含的大量动能和势能，称为潮汐能。
潮汐涨落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差比较小，通常只有几十厘米至1米左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，潮差就比较大。海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大则潮汐能也越大。
潮汐发电的原理与一般的水力发电相似，是在海湾或有潮汐的河口上建造一座拦水堤坝，将入海河口或海湾同海洋隔开，形成一个天然水库，并在堤坝中或坝旁安装水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，以此来推动水轮发电机组进行发电。
潮汐能取之不尽用之不竭，是一种开发潜力极大的天然能源。潮汐发电的主要优点是：①潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；②它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站；③潮汐电站的堤坝较低，容易建造，其投资也相对较少。
我国的海岸线长达2万千米，潮汐能的蕴藏量至少在2亿千瓦以上，约占世界潮汐能总蕴藏的8％。其中，渤海3000万千瓦，黄河5500万千瓦，东海7400万千瓦，南海4000万千瓦；而钱塘江的潮汐能大约是7 0 0万千瓦。随着科学技术的发展，人们已不满足于利用潮汐能来推动水车和水磨了，而是要利用潮汐来发电。建国以后。在我国的广东、上海、福建、浙江、山东和江苏等地，先后建造了数 十座小型潮汐发电站。19 8 0年我国建成的浙江温岭县江厦潮汐电站，其装机总容量为3000千瓦，有几台500～700千瓦的机组已相继正式并网发电。这座潮汐电站的规模仅次于法国的朗斯潮汐电站，居世界第二位。
法国、英国、美国、加拿大、阿根廷和独联体各国都很重视潮汐电站的发展，
其中法国一马当先。
二 海浪能
据测试，海浪对海岸的冲击力可达每平方米20～30吨，在个别情况下甚至达到60吨。所以，科学家们早在几十年之前就开始了对海浪能的研究，以便让海洋更多地造福于人类。
我国的黄海和东海的年平均波高为1.5米，南海的年平均波高为1米左右，而它们的年平均波周期大约是6秒。据估算，我国领海的海浪能总量达1.7亿千瓦；全世界的海浪能总量高达25亿千瓦，这个数目与潮汐能旗鼓相当。
1964年，日本造出了世界上第一个海浪发电装置——航标灯。虽然这台发电机的发电能力只有60瓦，只够一盏航标灯使用，然而它却开创了人类利用海浪来进行发电的新纪元。该装置发电的原理就像一个倒置的打气筒, 如图1 所示, 放置在海面上的浮标1 由于波浪的作用而上下浮动, 中央管道2 中水位不变,空气活塞3 随浮标上下浮动而上下运动, 带动活塞中的空气反复经历压缩和膨胀的过程, 于是驱动空气涡轮机4 和发电机5 运转发电。
利用海浪进行发电，既不消耗任何燃料和资源，又不生产任何的污染。是一种极其“干净”的发电技术。并且它无需占用任何土地，只要是有海浪的地方就能发电。对于那些无法架设电线的沿海小岛，海浪发电是最适用不过的。
海浪能转换的原理与技术
海浪发电是海浪能利用的主要方式，此外，海浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。海浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项。因此，波能利用又被称为发明家的乐园。但这些装置大部源于几种基本原理，即：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究，海浪发电技术已逐步接近实用化水平，研究的重点也集中于3种被认为是有商品化价值的装置，包括振荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。
海浪发电装置大都可看作为一个包括三级能量转换的系统。一般说来，一级能量转换机构直接与海浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中间介质（如空气）的动能与压能等；二级能量转换机构将一级能量转换所得到
的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。以下分别介绍上述三种最有前途的装置能量转换原理及过程。
振荡水柱波能装置
振荡水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种。目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为转换的介质。其一级能量转换机构为气室，二级能量转换机构为空气透平。气室的下部开口在水下与海水连通，气室的上部也开口（喷嘴），与大气连通。在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内作强迫振动，压缩气室的空气往复通过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能。在喷嘴安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连，则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。其缺点是二级能量转换效率较低。
图2（a）波动水柱波浪能发电装置
图2（b）波动水柱波浪能发电装置工作原理
摆式波能装置
摆式波能装置也可分为漂浮式和固定式两种。摆体是摆式装置的一级能量转换机构。在波浪的作用下，摆体作前后或上下摆动，将波浪能转换成摆轴的动能。与摆轴相联的通常是液压装置，它将摆的动能转换成 液力泵的动能，再带动发电机发电。摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性。因此，摆式装置的转换
效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合。相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波宽度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。
聚波水库波能装置
聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级能量转换机构。波道与海连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通至贮水库。波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩波道具有聚波器和转能器的双重作用。水库与外海间的水头落差可达3-8m，利用水轮发电机组可以发电。聚波水库装置的优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统出力稳定。不足之处是电站建造对地形有要求，不易推广。
波浪能利用中的关键技术主要包括：波浪的聚集与相位控制技术；波能装置的波浪载荷及在海洋环境中的生存技术；波能装置建造与施工中的海洋工程技术；不规则波浪中的波能装置的设计与运行优化；往复流动中的透平研究等。
目前利用海浪发电的方法主要有三种：①利用海浪的上下运动所产生的空气流或水流，使气(水)轮机转动，以带动发电机进行发电（如图3所示）；②利用海浪装置的前后摆动或转动以产生空气流和水流，使气(水)轮机转动，带动发电机进行发电；③将低压大波浪变为小体积的高压水，然后再把高压水引入某一高位水池积蓄起来，使其产生高压水头，以冲动水轮发电机组进行发电。
图3 波浪发电原理示意图
所谓浮标式波浪发电装置，就是利用海浪的上下运动所产生的空气流来进行发电的装置。这种发电装置有一根空气管，管内的水面(相当于一个活塞)是相对静止的，而管外的水面可以上下运动。海浪的起伏波动，使得浮标做上下运动，于是浮标体内的空气活塞室里的空气就被水面这个“活塞”所压缩和扩张，使空气从空气活塞室里冲了出来，以推动气轮发电机组进行发电。
关于海浪能的计算
海浪能的大小可以用海水起伏势能的变化来进行估算，根据波浪理论，波 浪能量与波高的平方成比例。波浪功率，即能量产生或消耗的速率，既与波浪 中的能量有关，也与波浪到达某一给定位置的速度有关。按照Kinsman(1965年)
的公式，一个严格简单正弦波单位波峰宽度的波浪功率PW为：
?g2HT2 Pw?32?式中：H为波高，T为波周期，ρ为海水密度，g为重力加速度。如有一周期为10s，波高为2m的涌浪涌向波浪发电装置，波列的10m波峰L的功率为：
PWL(1.2g/cm3)(980cm/s2)2(2?102cm)2(10s)(103cm)?
32?12Perg/s?10?7W)=400kW。 WL?4?10erg/s(1它表明每10m波峰宽度的波浪功率等效为400kW。
日本还研制成了一种锥形浮体式海浪发电装置，它也是属于浮标式发电装置，但它不像上面所介绍的浮标式发电装置那样是利用海浪的上下运动所产生的空气流来发电，而是利用共振原理来发电。这种发电装置的浮体，其固有频率与海浪上下运动的频率相等，因而出现共振，并且利用这种共振来进行发电。浮体的下端是锥体，锥体的顶端有一个能作正向和逆向转动的螺旋浆。当浮体与海水作相对运动时，便驱使螺旋浆转动，并带动发电机组进行发电。
此外还有一种固定式海浪发电装置，其构造及工作原理类似于浮标式，所不同的是将空气活塞固定于海岸上，通过中央管道内水面的上下升降来代替浮标的上下运动，以实现空气活塞室内空气的压缩和扩张，推动气轮发电机组进行发电。
另外值得一提的是，在日本，上世纪70年代末造出了一艘海浪发电兼消波的“海明”号大型海浪发电船，它能发出100～150千瓦的电能，并具有远离海岸的电力传输装置。这艘海浪发电船长80米，宽12米，总重500吨，船内安装了几台(空)气轮机式海浪发电装置。它经常锚泊在距离海岸3000米的海上，其锚泊海域的水深为40米左右。
英国于上世纪90年代初在苏格兰的艾莱岛上建造了一座发电能力为75千瓦的海浪发电站，它是继挪威、日本之后利用海浪进行发电的第三个国家。此外英国爱丁堡大学目前正在研制发电能力为5万千瓦的海浪发电装置，并且英国人还计划在海岸以外的海面上建造新的海浪发电站。挪威科学家提出了一个大胆的设想：要人为地制造大的波浪来进行海浪发电。这一大胆的设想，将使海浪发电的研究试验工作进入一个新的阶段。
总的说来，海浪能是人类开发利用海洋能的一个重要方面，是一种开发利用前景非常诱人的新型能源。目前全世界已有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电功率一般都还比较小，有待进一步开发利用。
三 海流能
在浩瀚的海洋中，除了存在潮水的涨落和波浪的上下起伏之外，还有一部 分海水经常是朝着一定的方向而不停地运动着的。它犹如人体内流动着的血液，又类似于陆地上奔流不息的河川，长年累月地在海洋中奔流着。人们把海洋中这种神秘的河流叫做“海流”。
海流和陆上的河流差不多，它也有一定的长度、宽度、深度和流速。在一般情况下，海流可长达几千千米，比我国的长江、黄河还要长；而海流的宽度也比