第三节 海洋能的开发利用
[学习目标定位] 1.了解海洋能的特点。2.理解潮汐能的空间分布规律及潮汐发电的基本条件。3.了解波浪能的特点及空间分布规律。
一、海洋能的特点
1．类型：①潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和盐差能等。
2．特点：总量大、密度小；②可再生；污染小；③时空分布不均。
二、海洋能开发利用前景
1．现状
2．潮汐能
(1)主要分布区：浅窄的海峡、⑥海湾和⑦河口区域。
(2)潮汐发电的条件：⑧潮差足够大；海岸能够储蓄大量的海水，并可以进行⑨土建施工。
(3)原理：海水涨落潮差的⑩势能→水库控制落差→推动⑪水轮机。
3．波浪能
(1)概念：海洋表面波浪所具有的⑫动能和⑬势能。
(2)优点：在最耗费能源的⑭冬季，可以利用的波浪能量最大；波浪随时可以利用。
(3)缺点：开发利用难度大；造价贵、发电成本⑮高。
(4)分布：主要集中在南北纬40°～60°之间的西风带海区。
(5)过程：⑯受波体吸收波浪能→⑰转换装置产生足够稳定的能量→涡轮机发电。
思维活动
1．海洋能与陆地能源相比，有哪些优缺点？
答案 海洋能与陆地能源相比，其优势可以归纳为以下几点：总量巨大、可再生、无污染。但海洋能也有其劣势，可归纳为：密度小、时空分布不均衡、开发利用困难等。
2．是不是所有有潮汐现象的地方都适宜建造潮汐发电站？为什么？
答案 不是。因为潮汐发电站建设需要一定的条件，如是否能够产生足够大的潮差；海岸线形状、河口形状是否符合大坝施工的条件；是否利于储蓄大量的海水等。
3．波浪能有何缺点？
答案 虽然海面极少平静，波浪随时可以产生，但风力大小和风向总在不断变化，因此波浪能有不稳定的特点，开发利用难度较大，发电成本较高。
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探究点 海洋能的开发利用
探究活动 阅读下列材料，回答有关问题。
材料一 潮汐电站发电示意图
材料二 1961年，法国在英吉利海峡沿岸的朗斯河口圣马洛城附近建造了一座潮汐发电站。这是世界上最早建成的潮汐发电站之一。
材料三 我国钱塘江口位置示意图
(1)从材料一图中可以看出，潮汐发电的原理是什么？
(2)根据材料二，从地形、河道特征等方面，分析建设朗斯潮汐发电站的有利自然条件。
(3)联系材料三分析我国的钱塘江口是否适合建潮汐发电站，并说出理由。
(4)浙江省温岭江厦潮汐试验电站是我国最大的潮汐能电站，它的坝址选在我国东部沿海，试简述我国在东部沿海地区大力开发新能源的原因。
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答案 (1)利用海水涨落潮差的势能，推动水轮机来驱动发电机发电。
(2)朗斯河到入海口处河道狭窄，呈喇叭口状，有利于产生足够大的潮差；朗斯河沿岸地势低平，建坝处口窄肚大，利于大坝施工，且能够储蓄大量海水，因此建潮汐电站较为有利。
(3)不适合。 理由：钱塘江口口大肚小，不利于蓄水。
(4)在我国东部沿海常规能源分布很少；工农业发达，需要的能源多；新能源有许多优点，如清洁、可再生等，所以需开发利用新能源。
反思归纳 海洋能的开发利用
(1)从地形、河道特征等方面，分析潮汐电站理想的选址条件
利用潮汐发电需选址在潮差大、封闭好的浅窄的海峡、海湾、河口区域；一般而言在口小肚大、利于建筑的河口或湾口出口处。
(2)钱塘潮举世闻名，潮差巨大，为何没有建潮汐发电站？
一方面，钱塘江口为喇叭口，口大肚小，而且潮汐能具有明显的日变化，目前潮汐发电和筑坝的成本还太高；另一方面，钱塘潮作为世界奇观，加上周围独特的景点众多、经济发达，旅游开发的价值更高，如果建潮汐发电站，不仅收益低，而且破坏了钱塘潮奇观，得不偿失。
(3)潮汐能和波浪能的异同点
①相同点：总量大、密度小；可再生；污染小；时空分布不均。
②不同点：潮汐能其能量来源于天体引力，主要分布在封闭性好的海湾、峡湾及河口地区。波浪能其能量来源于太阳辐射，主要分布在南北纬40°～60°之间的西风带海区。
迁移应用 阅读下列材料，回答问题。
葡萄牙建造了世界第一座商用波浪能发电场。该发电场通过3根140米长的“红色海蛇”，连接在葡萄牙北海面海床处的圆柱形波浪能转换器，Agucadoura发电场的波浪能将会被转化为电能。然后通过海底电缆中转站，最终注入电网。
Agucadoura发电场只是葡萄牙政府可再生能源计划当中的一小部分，该计划同时还包括了世界上最大的风力发电场和世界上最大的太阳能发电场。葡萄牙政府希望在2020年之前，可以利用可再生能源占国家用电总量的60%左右。
(1)分析葡萄牙波浪能丰富的原因。
(2)与石油、煤炭等矿物能相比，Agucadoura发电场利用的波浪能有哪些缺点？
(3)葡萄牙的潮汐能蕴藏量也很大，如果让你来选择潮汐电站的位置，你主要考虑哪些条件？
答案 (1)葡萄牙位于西风带，盛行风力强劲的西风，强劲的风力作用于开阔无阻的洋面上形成巨浪。
(2)不稳定、开发利用难度较大、发电成本较高、目前尚不能大规模开发。
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(3)足够的潮差、海岸能够储蓄大量的海水、可以进行土建施工。
解析 第(1)题，可采取逆推法：波浪能丰富←波浪大←风大←葡萄牙位于西风带。第(2)、(3)题，可根据相关知识归纳。
1．关于海洋能特点的叙述，正确的是( )
A．总蕴藏量大，属非可再生能源
B．能源清洁，不污染环境
C．能量密度大，时空变化小
D．开发环境优越，技术要求低
答案 B
解析 海洋能的优点：能量巨大；属可再生能源，是清洁能源。缺点：密度小；时空分布不均。
2．下列有关海洋能的叙述，不正确的是( )
A．海洋能属于自然资源
B．海洋能都属于新能源
C．海洋能都是来自太阳辐射的能量
D．海洋能的开发利用成本很高
答案 C
解析 海洋能有些是来自太阳辐射的能量，如波浪能和温差能；有些不是，如潮汐能的能量是来自天体间的引力。
3．有关波浪能的叙述，正确的是( )
A．波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能
B．夏季可利用的波浪能量最大
C．波浪能开发利用技术要求高，难度小
D．波浪能在赤道附近最丰富
答案 A
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解析 波浪能在冬季可利用的能量最大，主要集中在南北纬40°～60°之间的西风带海区。
4．目前，海洋能作为新能源但开发利用并不广泛的主要原因是( )
A．蕴藏的能量有限
B．海洋环境复杂多变，开发的危险性大
C．能量密度小，发电成本高
D．辐射强，污染大
答案 C
解析 海洋能作为新能源没有得到广泛利用的主要原因是能量密度小、技术要求高、一次投入多、价格昂贵。
5．有关海洋能开发利用的叙述，错误的是( )
A．海洋能的开发主要是用于发电
B．有些海洋能的发电技术还处于研究和试验阶段
C．综合利用是海洋能开发利用的发展方向
D．波浪能是人类最早认识和利用的一种海洋能
答案 D
解析 潮汐能是人类最早认识和利用的一种海洋能。
6．读材料，回答问题。
材料一 下图为钱塘潮位置示意图，每年中秋节前后，钱塘怒潮大作，苏东坡赞叹这个世界闻名的大潮为“八月十八潮，壮观天下无”。
材料二 海边白天海水涨落叫“潮”，晚上海水涨落叫“汐”，潮汐现象与太阳、月球引潮力有关。
(1)太阳引潮力比月球引潮力要小些，其原因是( )
A．太阳质量大
B．月球质量小
C．日地距离远大于月地距离
D．日地距离和月地距离相近
(2)一天中可以观察到同一点海水涨落两次的原因是( )
A．地球的公转 B．地球的自转
C．月球的公转 D．月球的自转
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(3)请分析钱塘潮壮观的原因。
①天文因素：_______________________________________________________。
②地理因素：a.杭州湾的形状是___________________________________________；
b．主要盛行风向，以______________为主；
c．钱塘江流向为____________________________________________________________，与潮头顶撞，加上秋季水势较大，加剧潮涌。
(4)人类利用潮汐能发电，按潮汐能的特点，它属于(多选)( )
A．清洁无污染的能源 B．可再生能源
C．海洋能 D．新能源
(5)请对钱塘江大潮的利弊加以分析。
答案 (1)C (2)B (3)①日地月大致为一条直线，两种引力相互叠加，引力最大，形成大潮 ②三角形海湾 东南风 自西向东 (4)ABCD (5)利：成为重要的旅游资源。弊：引起海水入侵，淹没农田房屋。
解析 潮汐能是由天体引力引起的，潮汐能丰富的地区一般分布在浅窄的海峡、海湾和河口区域。农历每月的初一、十五时，日地月大致为一条直线，两种引力相互叠加，引力最大，形成大潮。钱塘江大潮不仅与以上条件有关，而且与季风、钱塘江的水量有一定的关系。事物一般都有利和弊两方面，要辩证地进行分析。
[基础过关]
读“海洋能的构成图”，完成1～3题。
1．序号④代表的海洋能是( )
A．潮汐能 B．海流能
C．盐差能 D．波浪能
2．序号②③的能量来源主要分别是( )
①太阳能 ②天体引力 ③重力 ④海—气交换
A．②① B．①② C．③④ D．②④
3．序号④代表的海洋能区别于其他海洋能的特点是( )
①能量来源于太阳能 ②具有规律的日变化 ③密度小 ④时空分布均匀
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A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案 1.C 2.A 3.A
解析 该题组主要考查海洋能的概述。第1题，由已有知识可知，海洋能①～④依次是：海流能、潮汐能、波浪能和盐差能。第2题，潮汐能来自天体引力；波浪能、温差能等来自太阳辐射。第3题，盐差能来自盐度变化，该变化与蒸发量有关，受太阳高度的变化影响；所有海洋能均具有密度小、分布不均的特点。
读“世界著名潮汐电站”，完成4～6题。
地点
平均潮差(米)
库区面积(平方千米)
装机容量(万千瓦)
年发电量(百万千瓦·时)
投入运行时间
朗斯(法国)
8.0
17
24.0
540
1966年
安娜波利斯(加拿大)
6.4
6
1.78
30
1984年
江厦(中国)
5.1
2
0.32
11
1980年
基斯洛湾(俄罗斯)
2.4
2
0.04
1968年
4.潮汐发电站年发电量与________无关( )
A．平均潮差 B．库区面积
C．装机容量 D．投入运行时间
5．下列地区潮汐能最丰富的是( )
A．钱塘江河口 B．黄河口
C．辽河河口 D．长江口
6．潮汐发电站的坝址可能选在( )
A．河道狭窄的地方 B．潮差最大的地方
C．坡度最陡的地方 D．基岩海岸、岸滩最窄的地方
答案 4.D 5.A 6.A
解析 第4题，投入运行时间与发电总量有关。第5题，四个河口中，钱塘江特殊的河口形状、潮差大。第6题，潮汐能主要分布在一些浅窄的海峡、海湾和河口区域。
阅读下列一段诗句，完成7～8题。
渔夫们的温顺的风帆/靠了你的任性的保护/在波涛之间勇敢地飞航/但当你汹涌起来而无法控制时/大群的船只就会覆亡。(普希金《致大海》)
7．下列关于波浪能发电的优点的说法，正确的是( )
①清洁无污染 ②波浪随时可以利用 ③在最耗费能源的冬季，提供的波浪能最大 ④发电成本比较高
A．①②③ B．②③④
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C．①③④ D．①②③④
8．从纬度位置上看，波浪能最大的风带是( )
A．赤道低气压带 B．信风带
C．西风带 D．极地东风带
答案 7.A 8.C
解析 第7题，波浪能受技术限制，开发难度大，造价高，发电成本高，这是它的缺点。第8题，赤道低气压带气流以上升为主，无风或微风；信风的强度要小于西风。
9．读“世界潮汐能富集的岸段及著名潮汐电站的分布示意图”，回答问题。
(1)潮汐发电就是利用______________，通过__________控制落差，推动____________________驱动发动机发电，其发电原理与河川水力发电原理相似。
(2)根据图中潮汐能富集的岸段及著名潮汐电站，归纳潮汐能分布规律。
(3)结合所学知识，分析潮汐电站理想的坝址。
(4)从能量来源的角度分析水能发电和潮汐能发电的异同。
答案 (1)海水涨落潮差的势能 水库 水轮机
(2)分布在潮差大；封闭性好；浅窄的海峡、海湾和河口。
(3)口小肚大，利于筑坝的河口或海湾出口处。
(4)相同点：从发电原理上看，筑坝使大坝两侧产生水位差，利用水位差的势能带动水轮机发电；从大坝选址看，要选在较为狭窄的河段；从直接转化的能量看，都是由地球引力作用不同的水位差产生的势能转化来的。
不同点：从大坝选址看，水能发电的大坝一般选在河流的中、上游落差大的地方，潮汐发电站的大坝选在河口处；从能量来源看，水能是地势高低起伏形成的河流能量，潮汐能则是由于天体的引力使海水产生潮差从而产生能量。
解析 该题主要考查潮汐能的能量来源、富集地段的特点。潮汐电站坝址的选址条件等。从海岸线特征看，潮汐电站多分布在潮汐能容易富集、建坝工程量小的区域；坝址的选择遵循工程量小、成本低、工期短、效率高的原则。
[能力提升]
我国首座岸式波力发电工业示范电站、国家“九五”重点科技攻关项目——汕尾100 kw岸式波力电站，由中国科学院广州能源研究所研制成功，经试运行，效果良好。于
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2002年3月26日在广东汕尾市通过中国科学院主持的验收，被认为填补国内空白。据此回答10～11题。
10．下列有关波浪能的特点，正确的是( )
①清洁 ②可再生 ③分散 ④发电量稳定
A．②③④ B．①②③ C．①②④ D．②④
11．波力电站的建设，说明了( )
A．目前人类被“能源危机”困扰
B．新能源在我国能源消费构成中的比重会越来越大
C．能源资源分布广泛，因而它对工业布局的地域限制会越来越大
D．无论夏季还是冬季，这里的风浪都是最大的
答案 10.B 11.B
解析 波浪能是海洋能的一种，是一种可再生、清洁但较分散的能量。波力电站的建成将改善我国能源构成，提高新能源在能源总量中的比重。
12．下列对于海洋能来源的叙述，不正确的是( )
A．潮汐能与海流能来源于月球、太阳引力
B．波浪能属于太阳辐射能
C．温差能属于太阳辐射能
D．盐差能属于地球内部的能量
答案 D
解析 本题考查海洋能的类别。潮汐能与海流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射。地球上能源的种类很多，按照能源资源的形成和来源分类，分为：(1)来自太阳辐射能，如现代光合作用形成的生物能，古代植物固定的生物能(煤、石油、天然气、油页岩)，由太阳能转化的能量(风能、水能、波浪能、海流能等)；(2)来自地球内部的能量(地球内部的热能如地热、温泉)；(3)来自天体间的引力能，如潮汐能。
13．波浪能主要分布在南北纬40°～60°之间的西风带海区的原因是( )
A．南北纬40°～60°之间的海区天体的引力大
B．南北纬40°～60°之间的海区风力大
C．南北纬40°～60°之间的海区海水的盐差大
D．南北纬40°～60°之间的海区海水的温差大
答案 B
14．对潮汐能主要分布地区的叙述，错误的是( )
A．海洋中心 B．浅窄的海峡
C．海湾 D．河口区域
答案 A
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解析 本题考查潮汐能主要分布地区。潮汐能主要分布在一些浅窄的海峡、海湾、河口区域等。
15．波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。结合所学知识，回答下列问题。
(1)全球波浪能达700亿千瓦，而且波浪能分布广，为何现在大功率发电站尚未出现？
(2)与太阳能和风能相比，波浪能有哪些优点？
(3)波浪能最常见的形式是风浪，结合所学知识，归纳波浪能优先开发的海域。
(4)读“波浪能发电原理示意图”，归纳波浪能发电机的工作过程。
答案 (1)波浪能不仅密度小，而且是海洋能中能量最不稳定的一种能源，发电技术尚不成熟，目前发电成本高。
(2)在最耗能的冬季，可以利用的波浪能量最大，而太阳能则相反；波浪能随时可以利用，海面极少平静；而风能时有时无。
(3)近岸水深、岸滩较窄、坡度较大的基岩海岸。
(4)受波体吸收波浪能→转换装置产生出足够稳定的能量→涡轮机发电。
解析 该题主要考查波浪能的分布规律、成因及发电原理。从太阳能、风能和波浪能的形成和出现的时间分析波浪能的优点和缺点；从波浪能的主要构成看，它应富集在风高浪急的海域；波浪能发电的关键装置是波浪能的转换装置，其工作原理是波浪能→转换装置→涡轮机→电能。
[案例探究]
16．读“潮汐电站剖面示意图”，回答下列问题。
(1)若H表示潮汐发生时大坝两侧的水位差，当H在一个月内最大时，这一天可能是农历________。
A．初八 B．十六
C．二十一 D．二十八
(2)若水位二是位于大坝靠大陆一侧的水位，当H增大时，下列说法正确的是( )
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A．此时段内，当地海滩游泳比较安全
B．是盐田灌水的最佳时期
C．是渔民拾贝的最佳时期
D．此时段，海洋船舶靠港的速度相对较快
答案 (1)B (2)C
解析 潮汐发电利用了海水涨落的水位差。图示中H最大时，表示涨或落的最大值。潮汐原动力决定于天体对海水的引力与天体绕转质点因圆周运动产生的离心力的差值，农历初一与十五由于日地月在同一直线上，它们合成的引潮力最大。第(2)题，题干说明海水处于落潮阶段，由于海水在落潮时水平运动方向是离海岸而去，海滩游泳不安全。盐田灌水取决于当时盐度，雨天由于径流冲淡海水，应灌潮尾时段的海水，晴天则灌潮头时段的海水。落潮时向岸线航行的速度因水流方向而变慢。
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