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第10章 波涛汹涌的能量:海洋能(5)

美国能源部于2008年5月中旬宣布,拨款750万美元开发潮汐能、海流能和波浪能。美国能源部正在推进开发新一代技术,以应用于增加使用清洁的可再生能源,从而实现2025年减少温室气体排放的国家目标。

实际上,除了海洋风能、潮汐、波浪外,海流、海水温差和海水盐差等都蕴含着巨大的能量。随着技术的不断发展,这些能量都将逐步被开发利用,海洋电力也必定会持久地成为人类重要而清洁的能源来源。

从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业,由近期的主要采用固定式,发展为大规模利用漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研究建设需要几代人的努力。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5~10年的时间内,从目前的基础上下降2~4倍。美国对海洋能潜力作出了评估。评估认为,波浪能资源为每年约210万吉瓦·小时(所有海岸线每年平均波浪能发电量可大于10千瓦/米)。这些波浪能可分解如下:阿拉斯加(仅太平洋沿岸)125万吉瓦·小时;加利福尼亚北部、俄勒冈州和华盛顿州44万吉瓦·小时;夏威夷州和中途岛33万吉瓦·小时;英格兰和大西洋中部各州10万吉瓦·小时。潮汐能每年资源量约为11.5万吉瓦·小时,其中,10.9万吉瓦·小时在阿拉斯加,仅6000吉瓦·小时在大陆所在地。

调查显示,在全球有50多家公司,在美国也有17家公司正在建立海洋能源的发展模式。现在已经有34家开发潮汐能的公司和9家开发波能的公司注册。同时,还有20个潮汐能公司、4个波能公司和3个海洋能源开发公司得到批准。

§§§第三节魅力无穷的海洋能

海流成为摇钱树

秘鲁位于太平洋的东南岸,海岸线长达2200多千米。秘鲁沿海是世界上有名的渔场。在20世纪50年代,秘鲁的渔业产量已有十几万吨,到了1962年以后,渔业发展更快,捕鱼产量达到696万吨,跃居当时世界第一位。此后,则逐年递增,到1970年,突破1000万吨大关,达到1300多万吨,秘鲁成为世界著名的渔业大国。与此同时,引来成群结队的海鸟,在沿岸与岛屿上积存了巨量的鸟粪层磷矿。秘鲁每年有几十万吨鸟粪和大量的鱼粉出口,为秘鲁换回巨额外汇,成为其重要经济支柱。秘鲁发达的渔业引起世界的关注,丰硕的成果,使秘鲁人也感到惊喜。

是什么给秘鲁创造如此丰富的渔业资源呢?科学家们经过调查研究,终于解开了这个谜,原来是海流的功劳。流经南美沿岸的秘鲁海流是一支冷洋流,在几乎与秘鲁海岸平行的东南信风的吹送下,表层海水离岸外流,深层海水上涌补充,同时将营养盐类挟至上层,因而浮游生物繁盛,吸引大量秘鲁沙丁鱼等冷水性鱼类在这儿繁衍、栖息,使该地区成为著名的东南太平洋渔场。就是说,形成秘鲁渔场的,是一种在垂直方向上流动的海流,叫做上升流。由于上升流的速度太小,大约每秒钟只上升千分之一厘米,每天上升不足1米,不容易被察觉出来。但是,人们也慢慢地揭开了这个秘密。科学家通过对海水温度、盐度的分析,就能找到它的行踪。因为海底的水温一般比较凉,盐度也比较高,上升流能把海洋下层的水带到海面上来。所以,在有上升流的地方,海水的温度比周围低些,在夏季或是热带海域,能比周围低5~8℃;盐度比周围海水也要显著高些。因此,只要发现水温比周围海水低,盐度比周围海水高的海区,一般可以断定,这里存在着上升流。上升流走得慢,是由于它要克服自身的重力,还要顶着上面海水巨大的压力和周围海水的阻力。这就像爬山一样,肯定比走平路的速度要累要慢。

来自海底的巨大瀑布

“飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”古诗中描述的瀑布十分壮观。大家对陆地上的瀑布都有所了解,但是你知道吗?在海底也藏着巨大的瀑布呢!

世界之大,无奇不有。海洋学家在冰岛和格陵兰岛之间的大西洋海底,发现了一个名叫丹麦海峡的海底特大瀑布,瀑布高3500米,比安赫尔瀑布还要高3倍多。

海洋学家在格陵兰岛沿海的航线上,测量海水流动的速率时,无意中发现了这条瀑布。当科学家们把水流计沉入海中后,水流计连续被强大的水流冲坏。后来发现,这里的水流汹涌,是由于巨大的海水从海底峭壁倾泻而下造成的。形成的瀑布宽约200米,深200米。据估计,每秒钟就有多达50亿升的海水从水下峭壁倾泻直下,水量之大十分惊人,它相当于在一秒钟内将亚马孙河水全部倒入海洋流量的25倍,但人类还无法目睹这一海底奇观。

这个世界海底最大的瀑布处在丹麦海峡海面之下,它每秒携带500万立方米的水量飞流直下200多米后沿一缓洋坡顺流而下。这一水体形成了北大西洋深层水。

有趣的是,丹麦海峡大瀑布以及其他的海底瀑布,具有控制不同地区海洋的水温及含盐度的奇妙作用。正像一个平底锅中水的环流那样,如果平底锅一端被加热,而另一端却是冷的,那冷端的凉水将迅速沉到锅底并向热端扩散。若锅底出现了“海底山脉”或“山脊”,大量冷水将聚积在山脊背后,最终冷水会溢出而形成瀑布。由于倾下的冷水会与较热的水混合并很快扩散,这样海底瀑布就能促使北极海区低温、含盐量大的海水向赤道附近的暖区不停地流动。

人们早在100多年前就指出,在有限的海洋区域的巨大深度上有着规模宏大的海底瀑布。20世纪60年代以后,由于出现了电子仪器,才得以对这种世界奇观的存在进行核实。考察发现,海底瀑布的产生是海水对流运动的直接结果,大块流体的运动驱使了热量的转移。海底瀑布乃是由海底垂直地形引起的海水下降流动。它在维持深海海水的化学成分和水动态平衡中起着决定性的作用,并且影响着世界气候的变化和生物。

匪夷所思的洋流

在浩瀚无边的海洋里,其实也有和陆地上类似的流动性水流,它是大自然给人类的礼物。那么你知道什么是洋流吗?它又是怎样形成的呢?

大家都知道,北方冬天的天气十分寒冷,家家都有暖气管或火炉。不然的话,脸和手就会冻得红红的,简直无法生活。可是人工暖气,既消耗能源,花费也很高,而且生炉子还费时费力。

在海洋上的暖流,是大自然给人类安装的不花钱的天然暖气管道。太平洋里的黑潮、东澳大利亚暖流,大西洋的湾流、巴西暖流等,都是这类问寒送暖的海流。不仅如此,这类洋流还可以搬运东西,甚至能够运送到遥远的地方。

第一次世界大战期间,德国军队在西欧沿海港口附近的海域中放置了许多水雷,企图袭击对方的军舰、封锁港口。可是令人意想不到的是,这些水雷不久竟然出现在北冰洋的洋面上,并一一触冰爆炸。当时人们议论纷纷,不明白德国人为什么要在北冰洋安放水雷。德国人对这些水雷为什么从大西洋漂移到北冰洋更是疑惑不解。

还有一件奇怪的事,美国有一个小男孩在海滨玩耍时捡到一只小瓶,他好奇地打开一看,瓶中装着一份英国贵妇人的遗嘱,上面内容是:捡到小瓶的人凭遗嘱可得到一笔数目可观的财产。小男孩感到非常惊讶,做梦也不敢想,天上掉馅饼了,自己居然成了小富翁!

看到这里,大家不禁要问:水雷怎么会从西欧沿岸水域挪到北冰洋呢?小瓶又怎么会从英国横渡大洋来到美国呢?原来,这都是“洋流”在做义务搬运工。大海中有一股水流,类似大陆上的江河,它有规律地顺着地球上恒定的风带按一定方向流动,人们称之为洋流。

形成洋流的原因很多,最主要的是大气运动。盛行风吹拂海面,使表层海水随风飘动,上层海水又带动下层海水流动,这样就形成汹涌的洋流。另外,海水密度的差异也是形成洋流的原因之一。例如,地中海海水密度比大西洋高,表层海水便从大西洋流到地中海,底部海水则由地中海流入大西洋。还有,由于风吹、密度差异形成海水流动,使流出海区的海水减少,周围海区的海水便来补充,这也是形成洋流的原因之一。

洋流是造福人类的一种能源。实际上人们已在利用这一能源。譬如,在远洋航行时,轮船顺着洋流行驶便可节省大量燃料。现在,人们不仅仅满足于“随波逐流”,而是考虑如何使洋流能源更广泛地为人类服务,其中最大胆的设想是用洋流发电。

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