1、海洋空間與再生能源利用技術第1頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五選取一個主題（港口、海洋油氣、海洋空間、海洋可再生能源）主要內容和工程技術特點；工程實例所采用的工程技術簡介；評價和討論A4紙1頁作業（2）結合工程實例談海洋資源開發工程與技術第2頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五1、前言2、海上人工島3、海底隧道4、潮汐能利用5、波浪能利用 主要內容第3頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五一、前言我國擁有大陸海岸線總長度18000多公里與6500多個面積在500平方米以上的島嶼。根據聯合國海洋法公約我國所管轄的海域有近300萬平方公里（相

2、當于我國陸地國土的1/3）我國是一個發展中國家，人口、資源和環境的壓力相當沉重。中國要擺脫人均資源低下的一個重要出路就是走向海洋。我國現階段總體上海洋開發程度低，并存在著對某些資源的浪費和環境的破壞。第4頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海底礦產資源第5頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海洋空間資源第6頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海洋再生能源第7頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海水資源第8頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海洋生物資源第9頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星

3、期五海洋開發對海洋工程技術的挑戰海洋環境條件的嚴酷性，使得海洋開發所依賴于海上工程設施技術復雜、投資多、風險大。隨著海洋開發利用的規模日趨復雜和龐大，要求人類對海洋環境條件的認識、工程設施的設計理論與建造技術等必須有很大的提高，以期在保證安全可靠的前提下節約工程造價、縮短建設周期、減少維修工作和延長使用年限。第10頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五二、海上人工島海上人工島是為適應海洋開發、海上居住、海上旅游等需要而建造的海島或海上建筑物。根據建造方法有 填海式 樁基式 浮動式第11頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五日本神戶人工島日本的神戶人工島，位于神戶

4、市以南3km，水深12m的海面。1966年開工建設，用了15年的時間將8000萬立方米的土石填入海中，建成東西長3km、南北寬2km，總面積為436萬平方米的海上城市。專門建有一座長300m、寬14m的雙層大橋通向神戶市新港。擁有較齊全的現代化公建設施。擁有6000套公寓和住宅，可供6500戶、2萬多人居住。1995年1月17日，日本發生了里氏7級的阪神大地震。該人工城市的集裝箱碼頭的深水岸壁和港區的大型裝卸設施都遭到嚴重的破壞。第12頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五迪拜人工島阿拉伯聯合酋長國的第二大酋長國迪拜2001年開工的“朱美拉棕櫚島”是世界上最大的陸地改造項目之一

5、，它由一個像棕櫚樹干形狀的人工島、17個棕櫚樹形狀的小島以及圍繞它們的環形防波島三部分組成。島長10公里，寬5公里，面積約4千公頃。預計2010年才能完全完工的“朱美拉棕櫚島”將被建成一座海上城市，全島將有6萬多戶居民，5萬多名服務人員分布在全島32家旅館，數十座商場以及游樂場所為島民提供各種服務。 第13頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五迪拜人工島-珠美拉棕櫚島珠美拉棕櫚島第14頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海上機場填海式：就是把大量土石填入淺海，在人工島上建設機場。日本在大阪灣東南離岸5km的外海建成的關西國際機場，是一座現代化的大型填海式機場。

6、一期工程于1987年1月動工，修建了面積為511萬平方米的機場人工島。飛機跑道長度為3500m。人工島與海岸間的大橋全長3.75km，公路與鐵路并用。樁基式：即把鋼管打入海底，機場本體坐落在鋼管樁墩上，美國紐約拉瓜迪亞機場就是在水深13米的海中打入3072根樁，建成的世界上第一個樁基式海上機場。浮式：它是將巨大鋼制箱體焊接在許多鋼制浮體上。箱體高出海面部分作為機場，浮體半潛于水中，以支持上部重量，整個機場用索鏈錨系于海上。第15頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五香港新國際機場香港新機場的工程于1992年正式動工，新機場位于大嶼山以北的人工島上，面積為12.5平方公里。人工島

7、包括原赤鱲角島、欖洲以及填海所得的土地。新機場面積的四分之三是填海而成，需要1.8億立方米的填海材料。新機場于1998年7月6日啟用。 第16頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五日本海上浮式試驗機場1999年8月4日在日本神奈川縣橫須賀港海面建立了一個海上漂浮機場。這個海上漂浮機場是1995年開始研制的，目前已發展到由6塊長380m、寬60m厚3m的巨型鋼鐵漂浮箱型結構組成，有一條1000多米長，最寬處達120m的起降跑道。該機場用于進行飛機起降試驗，成功后將其拆除。第17頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五世界首個人工漂浮島在韓國首爾面世世界首個人工“漂浮

8、島”2010年2月6日在韓國首爾面世。飄浮島Viva重2500噸，面積3271平方米，大如足球場，外形像一艘貨船，可承受6400噸重的設施，完成后主要作舉辦文化活動之用。第18頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五上海臨港新城曹妃甸工業開發區我國的填海造地工程第19頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五上海臨港新城位于上海東南端南匯蘆潮港，距上海市區50公里，規劃面積為311.6平方公里，2003年11月30日正式啟動。 上海臨港新城第20頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五目前世界最大的城市景觀人工湖滴水湖。滴水湖呈圓形，直徑2.66公里，總

9、面積5.56平方公里，平均水深3.7米，其水域面積和杭州西湖相當。 上海臨港新城第21頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五曹妃甸工業開發區 曹妃甸位于唐山市南部70公里南堡地區曹妃甸島，為東北西南走向的帶狀沙島，古灤河入海沖積而成。漲潮時面積4平方公里，距離大陸岸線約20KM。因島上原有曹妃廟而得名。曹妃甸工業開發區擬圍海造地310平方公里。第22頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五2003年動工，至2009年，原來漲潮時只有4平方公里的沙島，現已綿延擴展成150平方公里的陸地。第23頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海底隧道是為解決橫跨

10、海峽、海灣之間的交通，又不妨礙船舶通航，而建在海底之下供人員及車輛通行的地下建筑物。世界上已建成許多海底隧道，也有一些正在研究中。目前，全世界建成和計劃建造的海底隧道共計20多條，主要分布在日本、美國和西歐，較著名的海底隧道有青函海底隧道、英吉利海底隧道等。三、海底隧道第24頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五許多越水隧道成功地建成運行的事實使得人們的觀念發生了變化，人們已意識到“遇水疊橋”不再是唯一的選擇，在許多情況下以水下溝通兩岸比建橋更為優越。與橋梁方案相比，采用隧道越海(江)的主要優點有：全天候運營；對航運、航空無干擾；隧道線路短，可快速過海(江)，且兩岸拆遷少；保持

11、原有生態和自然環境不變；抗地震能力好；防戰能力強；多用途，易維護，造價相對降低。 第25頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五盾構法 首先在海峽（江河）兩岸開掘三個互相平行的隧道洞口，然后用盾式掘進機在水下深層挖掘。盾構的外殼是圓筒形的金屬結構，各種施工設備就是在它的保護下進行工作的。這種施工方法，由于海底深層的挖掘工程量很大，因而工期長、造價高。第26頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五青函海底隧道青函海底隧道連接日本津輕海峽兩岸的青森和函館，全長達53.85km，其中長23.3km的主隧道部分在海平面以下240m、海床下100深處通過。主隧道直徑11m、高

12、9m、鋪設2條鐵路，兩側為2條用于后勤供應的輔助隧道。青函海底隧道自1964年正式開工，到1988年3月建成通車，歷時24年。該隧道工程共用去鋼材16.8萬噸，水泥79萬噸，總投資37億美元。第27頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五英法海底隧道英法隧道橫貫多佛爾海峽，從英國的?？怂雇ǖ椒▏纳＜犹?。 該工程于1987年11月開工，1990年12月1日鑿通。1994年5月6日正式建成通車。該隧道由2條直徑為7.6m的火車隧道和中間的1條直徑為4.8m的服務隧道組成，全長53km，其中38km在海底40m深的巖層中穿行，13km為兩岸坡道，耗資170多億美元（100多億英鎊）。

13、乘坐時速300公里的“歐洲之星”列車，穿越隧道只用26分鐘，從巴黎到倫敦的用時縮短為3小時。 第28頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五隨著我國經濟實力的增長和海洋工程技術的進步，我國隧道工程業已進入了穿越江河海洋的時代。國內第一座海底隧道廈門翔安隧道已于2005年4月30日正式動工。翔安海底隧道由廈門本島至翔安，工程全長8.69公里，其中海底隧道長6.05公里，跨越海面寬約4.2公里。隧道最深處位于海平面下約70米。第29頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五廈門翔安海底隧道2009年9月15日勝利貫通。 施工單位中鐵十八局和中鐵一局的建設者揮舞旗幟慶祝海底

14、隧道勝利貫通。 第30頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五中國大陸第一條海底隧道 廈門翔安海底隧道2010年4月26日上午建成通車。從廈門島到對岸省82分鐘 第31頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五沉管法 在水底預先開挖好基槽，將岸上預制的鋼筋混凝土結構沉管，兩端用臨時封板密封，分段運至隧道位置的水面上，然后向沉管內灌水以增加重量，再借助起吊裝置，將沉管準確地沉放于預先挖好的水下溝槽內。沉管之間的接頭，由橡膠墊和密封圈組成內外兩道止水帶，以防水的侵入。并回填基槽保護沉管，鋪裝隧道內部，從而形成一個完整的水下通道。第32頁，共70頁，2022年，5月20日，

15、2點0分，星期五挖 槽預 制浮 運沉 放回 填建 成第33頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五世界上第一條沉管隧道是于1910年建成的跨越美國與加拿大之間的底特律河鐵路隧道，在這之后美國修建了許多的沉管隧道。荷蘭的第一座沉管隧道是19371942年在鹿特丹修建的馬斯河隧道，這標志歐洲開始使用沉管隧道。日本于1944年在大阪安治川建成了通過立坑的電梯而穿越河底的沉管隧道庵治河隧道。 沉管隧道在美國、荷蘭、日本等國家的成功實例，以及沉管結構型式、防水、基礎處理、結構抗震等關鍵技術問題的成功解決，使隧道成為跨江、海的重要手段，使得沉管建設隧道的方法日臻完善，促進了世界各國的沉管隧道

16、建設。第34頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五據統計，目前世界上已建成一百多座沉管水下隧道，僅美國就有30余座，日本和荷蘭均已建成20余座。世界各國已建成的沉管隧道數量：第35頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五沉管隧道在我國的發展：沉管隧道在我國的發展起步較晚，我國的香港、臺灣和大陸先后建成幾座沉管隧道，如：香港九龍地鐵隧道、西區地鐵隧道、西區公路隧道；廣州珠江沉管隧道(1992年,大陸第一座越江隧道)；寧波甬江(1995年)和常洪沉管隧道(2002年)；上海外環線沉管隧道(2003年，越江隧道，規模 世界第二、亞洲第一)。第36頁，共70頁，2022年

17、，5月20日，2點0分，星期五沉管隧道、挖孔(或盾構)隧道及橋梁的長度比較：長度：L沉管 L盾構 L橋梁影 響工程量、工期、造價第37頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五沉管比重小，對基底地質條件適應性強；沉管管節在干塢中采用工廠化方法預制，可使結構本身具有良好的自防水性，且管節長度大，接頭數少，所以沉管隧道可以做到滴水不漏；沉管施工水上工期短，大部分作業可交叉進行，有利于縮短工期；沉管斷面形狀選擇自由度大，斷面利用率高，可以做到一管多用。第38頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五管段的沉放：管段的沉放可在波流水槽中進行沉放水工模型試驗。通過試驗確定不同水流

18、流速及波浪作用下管段在不同沉放階段時的水動力(阻力、升力、矩等)以及定位纜繩的拉力。管節沉放主要靠加入壓載水下沉，因此壓載水的加載量(負浮力)以及管段下沉速度、下沉過程中管段穩定性(如沿流向漂移、傾斜等)可通過試驗加以解決。 第39頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五沉管隧道的水力沖刷問題由于沉管隧道埋深較淺，當隧道建成后，如因海床沖刷、地基淘空等，將會威脅到隧道的正常使用和運行安全。當海底水流速較大時，水流對床面的作用較為強烈，可能使床面發生沖刷。在海底深槽部位，管段可能高出海床，而因水流作用和管段的阻水，可能造成沖刷而影響深槽部位的海床穩定。如果發生沖刷，沖刷動態如何擴展

19、，沖刷程度如何，沉管自身的穩定性是否有保證，尤其是當發生最大沖刷時沉管是否安全，這些問題顯然是沉管隧道的安全性問題應該考慮的。 第40頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五港珠澳大橋 港珠澳大橋主體工程長29.6千米，在距香港口岸6千米處，大橋跨過一個人工島鉆入海底，通過一條長6.7千米的海底隧道，又在另一個人工島上浮出水面。 2009年底開工建設，預計2015年底通車。 第41頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五四、潮汐能利用潮汐能是以位能形態出現的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。

20、潮汐是因地而異的，不同的地區常有不同的潮汐系統，它們都是從深海潮波獲取能量，但具有各自獨特的特征。 第42頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五潮汐能的分布據科學家估計，整個地球上潮汐能約10億多千瓦，如果充分利用起來，比全世界發電總量還要多。我國潮汐能理論蘊藏量達1.1108千瓦，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，約占全國的80.9 。第43頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五潮汐發電原理及發電形式 潮汐發電與普通水利發電類似.在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。潮汐發電

21、與普通水利發電差別蓄積的海水落差不大，但流量較大，并且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。潮水的流動與河水的流動不同，它是不斷變換方向的。第44頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五潮汐發電有以下三種形式（1）單池單向發電即落潮發電。漲潮時壩門打開，海水充滿蓄水池；落潮時壩門關閉，潮水驅動水輪機發電。（2）單池雙向發電即落潮和漲潮都發電，且與揚水并用。為了保持落差，并非落潮一開始就發電，而是向蓄水池泵水，然后停機待機，直到潮水落到潮差的一半時才開始放水發電。（3）雙池雙向發電此時備有上、下兩個蓄水池，發電機組則布置在兩池之間。漲潮時上池被充滿，落潮時將

22、下池放水，從而形成兩池之間的水位差。利用該水位差可使機組連續運轉。但這種發電型式在經濟上不合算，實際應用很少。 第45頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五雙向水流發電的實現立軸式燈泡貫流式全貫流式第46頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五法國朗斯潮汐電站-第一潮汐電站法國朗斯潮汐電站建于1966年，是世界上最大的海洋能發電工程，年發電5.4億度。電站位于法國西部圣馬洛港上游兩公里處的布里安太斯角和伯雷貝斯角之間，橫跨La Rance河口。這里大潮潮差10.9米，最大13.5米，平均潮差8.5米。電站大壩長750米，高15米。水庫有效庫容1.84億立方米。共裝

23、有24個單機容量1萬千瓦的bulb turbines，總裝機容量24萬千瓦，該潮汐電站至今運行良好。第47頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五第48頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五SeaGen潮汐發電渦輪機SeaGen是世界最大的商業潮汐能轉換系統，能發出150千瓦的電力。滿負荷運行時，SeaGen的輸出功率能達到1200千瓦，可以為1000個家庭提供電力。 第49頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五新型的雙向潮汐能渦輪發電機的模型 2008年英國蘇格蘭的Rotech公司，利用自身在海洋石油作業方面的技術和經驗設計出了新型的雙向潮汐能渦

24、輪發電機的模型。 第50頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五我國潮汐能利用我國的潮汐能資源在沿海的分布是不均勻的，以福建和浙江為最多，站址分別為88處和73處。其次是長江口北支（屬上海和江蘇）和遼寧、廣東。浙江、福建和長江口北支的潮汐能資源年發電量為573.7億瓦時，如將其全部開發，相當每年為這一地區提供2000多萬噸標準煤。第51頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五浙江溫嶺江廈潮汐電站1985年12月建成投產的溫嶺江廈潮汐電站，是我國已建成的最大的潮汐能雙向發電站，雙向貫流式機組6臺，總裝機容量3200干瓦，年發電量600萬度。規模僅次于法國郎斯潮汐電站、

25、加拿大芬地灣安娜波利斯潮汐電站，居世界第三 。電站座落在浙江南部樂清灣北端的江廈港，這里最大潮差8.39米，平均5.08米。港灣三面環山，開口寬度686米，港灣面積5.3平方公里，灣口筑有一道高15.5米的粘土心墻堆石壩，形成了一座庫容490萬立方米的港灣水庫。第52頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五浙江溫嶺江廈潮汐發電站 第53頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五五、波浪能利用波浪能，是風的作用引起的海水水平方向周期運動而產生的能量。波浪能是巨大的，一個波高5米、波長100米的海浪，在一米波峰片上就具有3120kW的能量。據計算，全球可供開發利用的波浪能

26、為20億30億kW。發電能力是隨波浪的大小成幾何級數增長，如：當浪高1m時，可產生38kW的能量，浪高3米時功率增大到200kW，而浪高5米可產生1000kW的能量。第54頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪能轉換裝置通常波浪能要經過三級轉換： 第一級為受波體，它將大海的波浪能吸收進來； 第二級為中間轉換裝置，它優化第一級轉換，產生出足夠穩定的能量； 第三級為發電裝置。第55頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪中吸取能量的方法（a）振蕩水柱式波浪發電系 統， 通過波浪引起豎井或沉 箱中的水柱上下運動來 發電。水柱的上下振蕩可以使到豎井中水面上的空氣來

27、回進出，從而推動渦輪旋轉而發電。這類系統也稱氣動系統 。 第56頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪中吸取能量的方法(b)收窄水道式波浪發電系統（ TAPCHAN ）包含一個不斷變窄的水道以將波浪聚集到比海平面高數米的儲水湖中。波浪進入縮減水道後越是接近儲水湖，波浪高度也就越高。最終一些水會越過水道的圍墻而進入儲水湖。通過這個過程，波浪的動能轉化為儲水湖中的水位能。最後儲水湖中的水會被送到水輪機進行發電。 第57頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪中吸取能量的方法(c) 浮式波浪發電設備利用其浮水部分的諧波運動發電。浮水部分的起伏可以直接發電，也可以

28、驅動安裝於海床的活塞或者軟管泵，以推動渦輪機從而發電。 第58頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪中吸取能量的方法(d) Pelamis波浪發電裝置 一種部分浸入海水而狀似海蛇的設備。該設備由活動鉸連接在一起的鋼管組成，每一個活動鉸都裝有一個液壓泵。波浪導致活動鉸的運動，牽引水力錘不斷把高壓油泵向液壓馬達，然後馬達再牽引發電機進 行發電。該裝置由纜繩系泊， 系泊系統由許多 浮物和重物組成，以避免纜繩繃緊。 第59頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五波浪能轉換裝置 第60頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五國外波浪能利用20世紀60年代，

29、日本研制成功用于航標燈浮體上的氣動式波力發電裝置。70年代以來，英國、日本、挪威等國為波力發電研究投入大量人力物力，成績也最顯著。 80年代，日本“海明”波浪發電試驗船實現了海上浮體波浪電站向陸地小規模送電。1985年，英國在蘇格蘭的艾萊島建造了一座75千瓦的振蕩水柱波力電站。 1995年8月，英國建造了第一座商業性波浪能發電站近年來, 挪威、日本和前蘇聯都建立了波浪發電站。第61頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五挪威波力電站挪威Kvaerner公司于1984年在陴爾根市附近的Toftestallen島上建成了一座裝機容量為500千瓦的帶“前港”的空腔多振蕩水柱式（MOWC

30、）波力電站，1985年開始運行。不幸的是在1988年12月的一次百年一遇強臺風襲擊下，鋼結構的氣室頂部被打斷，透平發電機組掉入海中。利用上述同樣的原理，挪威Norwave公司于1986年在MOWC電站附近建造了一座裝機容量350千瓦的收斂槽聚波水庫電站（Tapered Channel）。它用集波裝置將10千米范圍內的波浪聚集到一個寬500米左右的窄口，這時波高已可達20米，由此進入一個大型的漏斗槽，被壓到100米高的水庫中，利用這個水位差來發電。第62頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五世界上第一個與電網相連的波浪發電站（蘇格蘭ISLAY島，1985）第63頁，共70頁，2022年，5月20日，2點0分，星期五海蛇(Pelamis)海浪發電設備 葡萄牙制造了世界上第一個商用波浪能發電站。這個由Pelamis Wave Power開發的波浪能發電站在第一階段包括三個長140米，直徑2.5米，浮在海面上的多節結構波浪能轉換器。由當海水壓入轉換器的同時推動每節上下運動，裝置里面的水壓泵就利用對上下運動所產生的