展示目的及科学原理
展品将各种发电装置模型集合在一个综合操作台中,让公众体验各种利用海洋能发电的方式。
操作方式
随着全球能源消费的迅速增长,能源安全问题和能源环境问题越来越成为国内各界和国际社会高度关注的问题。各国科学家都在努力研究,开发利用新的能源。海洋以其独特的魅力吸引了众多科学家的目光。首先,海洋能不仅形式多样而且储量巨大。它包括潮汐能、潮流能、海流能、波浪能、温差能、盐差能等,海洋能的全球储量达1500亿千瓦,其中便于利用的有70亿千瓦。其次,海洋能是一种可再生能源。海洋能是由太阳能加热海水、太阳月球对海水的引力、地球自转力等因素的影响下产生的,因而是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。而且开发海洋不会产生废水、废气,也不会占用大片良田,更没有辐射污染。因此海洋的重要性,海洋能被称为21世纪的绿色能源,被许多能源专家看好。许多国家纷纷加快了对海洋能的开发利用研究。目前,随着人类科技水平的日益提高,向大海要能源已变得越来越切实可行。海洋能开发和综合利用已取得明显效益,其规模不断扩大,已达到或接近商业化应用阶段,新的海洋能源产业正在形成和兴起。有专家预计,在2020年后,全球海洋能源的利用率将是目前的数百倍。科学家相信,21世纪人类将步入开发海洋能的新时代。
我国海岸线绵长,蕴藏着大量的潮汐等海洋能动力资源。据估计我国可开发的潮汐能为1.1亿千瓦、潮流能亿千瓦、海流能0.3亿千瓦、波浪能亿千瓦、温差能1.5亿千瓦、盐差能1.1亿千瓦。沿海地区经济发达,其面积仅占全国的14%,聚集了40%的人口,国内生产总值占全国60%以上,对能源的需求量大,目前供给的火电和水电尚不能满足要求,能源紧缺的矛盾十分突出。特别是我国有大小岛屿6500多个,面积8万平方公里,人口3000多万。大部分岛屿缺乏常规能源,如从附近大陆铺设海底电缆输电则需巨额投资。但这些岛屿却拥有便于利用的波浪、潮流和潮汐等海洋能源。海洋能源的开发不但可以弥补沿海地区能源的不足,而且可以为远离大陆的岛屿开辟出一条解决能源问题的有效途径。况且,与其他常规能源发电相比,开发海洋可再生能源给生态环境带来的影响很小,十分有利于海洋生态环境保护。它还可以与水产养殖、晒盐、海水化学资源提取、交通、旅游等产业结合进行,可一举数得。
•海上风电:海上风电顾名思义指安装在海里的风力发电机,以其不占用土地,对环境影响较少而受到关注。
海上的风平稳,风机运行是否良好,最关键是看风的大小,海上的风普遍比陆上大。陆上的地形高低起伏,对地面的风速有很大的减缓作用,所以陆上风机都树立得较高,以便利用高空比较大的风,但由于地形问题,陆上各高度的风速相差很大,这就导致风切变大(垂直方向的风速变化),使得风轮上下受力不均衡导致传动系统容易损坏。而海上就没有这个问题,海平面一般都很平,风基本没阻力,平均风速高,并且风切变也小于陆上,再加上海上的风向改变频率也较陆上低,因而海上的风能很平稳。
风机利用率更高,风机的发电功率与风速的三次方成正比,一般来说海上的风速比陆上更高,因而同等发电容量下海上风机的年发电量更多。如果陆上风机的年发电利用小时数是2000小时,那海上风机就能达到3000多小时。
•波浪发电:原理主要是将波浪能转换为压缩空气来驱动发电机发电。
•潮汐发电:与普通水力发电原理类似,通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存,然后,在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机旋转,带动发电机发电。
•蓄水储能:利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库,在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。
展品提取海洋和城市元素,设计一个大型的互动水桌,互动水桌代表海洋,通过机电互动的方式,在互动水桌上设置代表了海上能源发电的四种方式。互动水桌设置玻璃防护栏做安全防护,在玻璃防护栏上设置城市剪影,通过组合接力式互动,操作一场海洋能发电,最终点亮城市图案。
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