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第二單元 開發(fā)海洋資源 第一節(jié) 海水資源、海水化學資源及海洋能開發(fā) 一、海水資源的開發(fā)利用 海水的水資源化利用包括從海水中提取淡水，用海水代替淡水和海水養(yǎng)殖、海水農業(yè)等，即通常所講的海水淡化、海水直接利用和海水綜合利用等。 海水淡化的方法主要有兩類：一是從海水中析出各種化學元素，從而達到獲取淡水的目的，如電滲析法、離子交換法和壓滲法等；二是從海水中分離出淡水，如蒸餾法、反滲透法、水合物法、溶劑萃取法和冰凍法等。蒸餾淡化技術又分為低溫多效、多級閃蒸和壓汽蒸餾三種。目前反滲透法海水淡化已成為發(fā)展速度最快也較適于產業(yè)化的技術。 海水直接利用，主要是以海水直接代替淡水作為工業(yè)用水、生活用水以節(jié)約淡水資源。包括海水冷卻、海水沖廁等。據統(tǒng)計，城市用水中約80％是工業(yè)用水，工業(yè)用水中約80％是工業(yè)冷卻用水。開發(fā)利用海水代替淡水做工業(yè)冷卻用水，對緩解我國沿海地區(qū)淡水資源緊缺的局面，意義深遠。利用海水作為大生活用水(海水沖廁)代替城市生活用淡水，具有非常重要的節(jié)水意義。城市生活用水占城市用水的20％，而沖廁用水占城市生活用水量的35％—40％，利用海水代替淡水作為沖廁用水，是節(jié)約水資源的一項重要措施。 海水綜合利用涉及海水中微量元素的提取以及相關元素的高附加值產品的開發(fā)以及海水養(yǎng)殖、海水農業(yè)等方面。利用海水淡化、海水冷卻排放的濃縮海水，開展海水化學資源綜合利用，形成海水淡化、海水冷卻和海水資源綜合利用產業(yè)鏈，是實現(xiàn)資源綜合利用和社會可持續(xù)發(fā)展的重要體現(xiàn)。目前世界上海水淡化、海水直接利用和綜合利用技術已經相當成熟。 二、海水化學資源的開發(fā)利用 海水占地球總水量的94%，海中不僅有取之不盡、用之不竭的水，還蘊藏著人類生活必不可少的食鹽及其他物質，所以海水是人類的寶貴資源。 海水化學資源是指海水中所含有具有經濟價值的化學物質。作為地球上最大的連續(xù)礦體的海 洋水體，其中已發(fā)現(xiàn)80余種化學元素。在這些元素中，有的其含量雖然甚微，但由于海洋水體巨大(約為13.7億立方千米)，所以它們在海水中的總量非常豐富。例如鈾，1噸海水只含0. 00033克，而海洋中總鈾量卻有45億噸。在海水化學資源的開發(fā)中，以鹽類的提取量最大，世界年產量超過0.5億噸；其中，中國的食鹽產量居世界首位，1983年產量為1194萬噸。鹽類在海水中的總重量為5億噸，如果把這些鹽平鋪在陸地上，其厚度可達150米。目前，人們已能直接從海水中提取稀有元素、化合物和核能物質(如從海水中提鎂、溴、磺、鉀、鈾和重水等)，其中有的資源已進入工業(yè)化生產，有的正在研究之中。 三、海洋能的特點和開發(fā)前景 海洋能是蘊藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能和潮流能、海洋溫差能和海洋鹽度差能。潮汐能和潮流能來自月球和太陽的引力作用，其他海洋能都來源于太陽輻射能。這五種海洋能在全球的可再生總量約為788億千瓦，技術上可利用的能量為64億千瓦。目前只有潮汐發(fā)電技術和小型波浪發(fā)電技術開始進入實用階段，其他幾種仍在研究試驗階段。海洋能的能量密度較小且不穩(wěn)定，隨時間變動大；海洋環(huán)境復雜，海洋能裝置要有能抗風暴、抗海水腐蝕、抗海生物附著的能力。現(xiàn)階段，海洋能試驗性發(fā)電的成本較高，尚不能與常規(guī)火電、水電競爭。但海洋能總量大，無污染，對生態(tài)環(huán)境影響小，是一種有開發(fā)潛力的可再生能源。 1、潮汐能 潮汐能就是潮汐運動時產生的能量，是人類利用最早的海洋動力資源。中國在唐朝沿海地區(qū)就出現(xiàn)了利用潮汐來推磨的小作坊。后來，到了11-12世紀，法、英等國也出現(xiàn)了潮汐磨坊。到了二十世紀，潮汐能的魅力達到了高峰，人們開始懂得利用海水上漲下落的潮差能來發(fā)電。據估計，全世界的海洋潮汐能約有二十億多千瓦，每年可發(fā)電12400萬億度。 今天，世界上第一個也是最大的潮汐發(fā)電廠就處于法國的英吉利海峽的朗斯河河口，年供電量達5.44億度。一些專家斷言，未來無污染的廉價能源是永恒的潮汐。而另一些專家則著眼于普遍存在的，浮泛在全球潮汐之上的波浪。 2、波浪能 波浪能是一種密度小、不穩(wěn)定的能源。中國沿岸波浪能總功率約0.7～1億千瓦，集中分布在浙江、福建、廣東、海南和臺灣5 省。將波浪能收集起來并轉換成電能或其他形式能量的波能裝置有設置在岸上的和漂浮在海里的兩種。按能量傳遞形式分類有直接機械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動4 種。其中氣動傳動方式采用空氣渦輪波力發(fā)電機，把波浪運動壓縮空氣產生的往復氣流能量轉換成電能，旋轉件不與海水接觸，能作高速旋轉，因而發(fā)展較快。波力發(fā)電裝置五花八門，不拘一格，有點頭鴨式、波面筏式、波力發(fā)電船式、環(huán)礁式、整流器式、海蚌式、軟袋式、振蕩水柱式、多共振蕩水柱式、波流式、擺式、結合防波堤的振蕩水柱式、收縮水道式等十余種。我國研制的新型波力發(fā)電裝置也曾打入國際市場。 近年來，挪威、日本和前蘇聯(lián)都建立了波浪發(fā)電站，英國與印度簽訂了合同，在印度建造世界最大的波浪發(fā)電站，發(fā)電能力5000千瓦。據挪威的實驗，一條捕魚船在被大西洋的波浪沖擊條件下從波浪吸收的能量等于船上的發(fā)動機所提供的能量。如果這項技術能夠普及和提高，那么航行在大海上的船就可以不用帶燃料了！ 3、海流能和潮流能 海洋中部分海水以一定的速度，向著一定方向流動所具有的動能叫做海流能。比較穩(wěn)定的海流能可用來發(fā)電。著名的海流能有墨西哥灣暖流能等。 潮流能是海水產生周期性往復運動時所具有的能量，主要集中在某些狹窄的海峽或海灣。海流和潮流發(fā)電裝置類似，可統(tǒng)稱為海流發(fā)電。 4、海洋溫差能和海洋鹽度差能 在海洋深處（1000米左右）溫度經常保持在4℃，而熱帶海洋表面可高達二十幾度，海洋表層與深層存在約20度的溫差。這一海洋溫差蘊藏的能量全球可開發(fā)量約100億千瓦，在各種海洋能中居首位。 我國海洋溫差資源集中在南海和臺灣東岸的太平洋熱帶海域。利用海洋溫差發(fā)電的技術叫做海洋熱能轉換。根據熱循環(huán)系統(tǒng)所用工質及流程不同可分為閉式循環(huán)海洋熱能轉換和開式循環(huán)海洋熱能轉換，以及混合循環(huán)三種類型。無論哪一種實驗裝置現(xiàn)在的效率都較低，只有2.5％左右。此外，還有霧滴提升循環(huán)、全流循環(huán)、熱電效應等轉換方式。海洋熱能電站可分為陸基電站和?；ㄆ。╇娬?。在江河入?？诘秃Ｋg，或者鹽分濃度不同的海水之間，由于所含鹽分不同，在界面上產生了巨大的能量。在界面上安置半透膜，將這一能量以滲透壓的形式表示出來時，稱作鹽度差能。海洋鹽度差能的利用還未到實用階段。 【學海泛舟】 我國海水利用現(xiàn)狀 我國是一個海洋大國，擁有渤海、黃海、東海、南海四大內海，面臨太平洋和印度洋兩大洋，有1.8萬多km的海岸線。如何利用海水資源以緩解水資源危機是我國長期以來十分關注的問題。我國海水淡化技術研究始于1958年，起步時采用的是電滲析技術，以后逐步過渡到反滲透技術和蒸餾技術。1981年，我國在西沙群島建成第一個日產200m3的電滲析海水淡化站，之后，在浙江嵊泗縣、山東長島縣和大連常海縣相繼建立了千噸級的海水淡化工程。在科技部、國家計委等有關部委及地方政府的支持下，我國的海水資源開發(fā)利用技術在“八五”“九五”期間，發(fā)展很快，在一些關鍵技術領域已取得了重大突破。我國已全面掌握國際上已經商業(yè)化的蒸餾法和反滲透(膜)法等海水淡化主流技術?！笆濉逼陂g已經進入工程示范階段。目前在遼寧、山東、浙江、河北、甘肅等地已建、在建規(guī)模在500～18000m3／d海水和苦咸水淡化示范工程已達到12項。全國包括引進系統(tǒng)在內的反滲透海水、苦咸水(半海水)淡化產量估計日產達35000m3以上。隨著技術的進步、新材料的應用，不僅使產量提高，而且淡化成本也在大幅度降低。海水淡化的成本已從20世紀90年代的7元／m3左右降至目前的5元／m3左右。 此外，在海水直接利用方面，我國青島、大連、天津、上海、寧波、廈門、深圳等沿海城市的近百家單位均有利用海水作為工業(yè)冷卻用水的實踐。我國海水直流冷卻已有近70年的應用歷史，更先進的循環(huán)冷卻技術在我國業(yè)已取得成效，已具備了示范條件。利用海水作為大生活用水(海水沖廁)代替城市生活用淡水，是節(jié)約水資源的一項重要措施。我國香港地區(qū)20世紀50年代末開始通過立法的形式推廣海水沖廁技術，現(xiàn)已形成了一套完整的處理系統(tǒng)和管理體系。目前香港的海水沖廁已達總數(shù)的75％，每年節(jié)省淡水約為2.12億m3。目前我國海水直接利用的規(guī)模還很小，據中國水資源公報2002年全國海水直接利用量僅為216 億m3，而日本每年約為3000億m3，美國每年約為1000億m3，差距很大。 高考學習網－中國最大高考學習網站Gkxx.com | 我們負責傳遞知識！