海洋资源开发技术

第六节　海洋资源开发技术

科学是永无止境的，它是一个永恒之谜。

——爱因斯坦（美国）

近年来，世界各国不仅继续改进传统的海运和渔业生产技术，而且也大力发展海洋资源开发技术，为人类有计划、大规模地开发海洋资源奠定基础。

（一）海洋石油和天然气开发

据1995年的估计，世界近海已探明的石油资源储量为379亿吨，天然气的储量为39万亿立方米。据不完全统计，海底蕴藏的油气资源储量约占全球油气储量的1/3。预计在20世纪，海底油气开发将从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。

世界海洋石油的绝大部分存在于大陆架上。据测算，全世界大陆架面积约为3000万平方公里，占世界海洋面积的8%。关于海洋石油的储藏量，由于勘探资料和计算方法的限制，得出的结论也各不相同。法国石油研究机构的一项估计是：全球石油资源的极限储量为10000亿吨，可采储量为3000亿吨。其中海洋石油储量约占45%，即可采储量为1350亿吨。波斯湾大陆架石油产量较早进入大规模开采，连同附近陆地上的海洋石油产量，供应了战后世界石油需求的一半以上。欧洲西北部的北海是仅次于波斯湾的第二大海洋石油产区。美国、墨西哥之间的墨西哥湾，中国近海，包括南沙群岛海底，都是世界公认的海洋石油最丰富的区域。

一般来说，石油和天然气的开发大致分为三个阶段：第一阶段是普查性的地球物理勘探，目的是寻找可贮油、气的地质构造；第二阶段是在找到的构造上打勘井，包括打初勘井查明是否有油、气存在，以及打估价井来查明油、气的范围、类型、储量等情况，以便制定开采方案；第三阶段是打生产井并进行石油的采集、初步加工、贮存、运输等生产手段的建设，以及进行生产。在海洋进行石油和天然气的勘探开采工作要比陆地上困难多，必须具备一些与陆地不同的特殊技术，如平台技术、钻井技术和油气输送技术等。

图11-17海洋钻井平台

工作平台有固定式平台和移动式钻井平台，移动式钻井平台克服了固定式平台不能重复使用的缺点，并大大增加了工作深度。移动式海洋石油钻井设备拥有自己的浮力结构，可以有拖船拖着移动。有的还拥有自己的动力设备，可以自航。移动式海洋钻井设备包括：座底式平台、自升式平台、半潜式平台和钻井船。其中半潜式平台是目前适合于较深水域作业的先进平台，它既能克服钻井船的不稳定性又能在较深水域中作业。为了向深水石油开发进军，各国竞相研究稳定又廉价的深水平台、深水重力平台和张力推平台。前两种平台都是从海底直立到海面的固定平台，其特点主要是采用缩小横断面等技术，降低造价，其工作深度可达500～600米。张力推平台用绷紧的钢索系留，工作水深度达600～900米。

（二）海洋生物资源开发

经济学家预言：21世纪将是海洋的世纪。“海洋水产生产农牧化”、“蓝色革命计划”和“海水农业”构成未来海洋农业发展的主要方向。

（1）海洋水产生产农牧化

就是通过人为干涉，改造海洋环境，以创造经济生物生长发育所需的良好环境条件，同时也对生物本身进行必要的改造，以提高它们的质量和产量。

（2）蓝色革命计划

是着眼于大洋深处海水的利用。在大洋深处，深层水温只有8～9℃，氮和磷是表层海水的200倍和15倍，极富营养。将深层水抽上来，遇到充足的阳光，就会形成一个产量倍增的新的人工生态系统。温差可以用来发电或直接用于农业生产。

（3）海水农业

是指直接用海水灌溉农作物，开发沿岸带的盐碱地、沙漠和荒地。“蓝色革命计划”是把海水养殖业由近海向大洋扩展。“海水农业”则是要迫使陆地植物“下海”，这是与以淡水和土壤为基础的陆地农业的根本区别。

（三）海水资源开发

沿海工业用海水在发达国家已达90%以上，如果我国也能大力推广海水利用，是可以大大缓解滨海城市缺水问题的。

（1）海水直接利用

海水直接利用的技术包括：海水直流冷却技术，已有80年应用史，是目前工业应用的主流；海水循环冷却技术，我国尚处研究阶段；海水冲洗等技术等。与海水直接利用的有关重要技术，还包括耐腐蚀材料、防腐涂层、阴极保护、防生物附着、防渗、杀菌、冷却技术等。

（2）海水淡化

海水淡化技术，经半个多世纪的发展，其技术已经成熟。主要的淡化方法有：

①多级闪蒸（MSF）。单机容量可达4.5～5.7万m³/d。运行温度、造水比和级数分别在120℃、10和40级。多级闪蒸除了消耗一定的加热蒸汽外，要消耗电能4～5kWh/m³淡水，用于海水的循环和流体的输送。

②低温多效（LT-MDE）技术是在多效基础上，于1975年发展起来的，近10年有较大发展。单台装置每天可产淡水20000立方米。蒸发温度低于800度，效数一般在12左右。造水比大于10。低温多效除了要消耗加热蒸汽外，还要消耗电能1.8kWh/m³用于流体输送。

③反渗透（SWRO）RO角膜和组件技术已相当成熟，组件脱盐率可达99.5%，能耗在3～4kWh/m³淡水。SWRO技术设备投资少、能耗低、效益高、工艺成熟，已有30年的经验积累，竞争力最强。

（3）海水化学物质提取利用

海水中化学物质提取是有无限前景的新兴产业。溶解于海水的3.5%的矿物质是自然界给人类的巨大财富。不少发达国家已在这方面获取了很大利益。海水本身就是一座资源宝库，海水中溶解有80多种金属和非金属元素。通常把海水中的元素分为两类：每升海水中含有1毫克以上的元素叫常量元素；含量在1毫克以下的元素称为微量元素。海水中微量元素有60多种，如锂（Li）有2500亿吨，它是热核反应中的重要材料之一，也是制造特种合金的原料；铷（Rb）有1800亿吨，它可以制造光电池和真空管；碘（I）有800亿吨，它可以用于医药，常用的碘酒就是用碘制成的。

图11-18　DL-SW5A型反渗透海水淡化机

（4）综合开发海水技术

与发达国家比，我国综合提取利用技术差距较大，但自90年代以来有很大发展，从传统的苦卤化工“老四样”（氯化钾、氯化镁、硫酸钠和溴），已经发展到现在的近百个品种。

还可以加大力度发展的项目有：发展提溴新技术，以提高现有地上卤水资源的溴利用率，提高溴质量，减少能耗，降低成本，积极发展高效溴化剂和新型阻燃剂等；积极发展“无机离子交换法海水、卤水提钾技术”，这项技术的成功，可以改造老盐化工企业，并能弥补我国陆地钾资源的不足；积极发展高技术含量、高附加值的镁新产品；加强海水提铀技术的研究开发；加强直接从海水提取其他化学物质的研究和开发，以及水、电、热联产与海水综合利用的结合。

（四）海洋能源

海洋能包括温度差能、波浪能、潮汐与潮流能、海流能、盐度差能、岸外风能、海洋生物能和海洋地热能等8种。这些能量是蕴藏于海上、海中、海底的可再生能源，属新能源范畴。海洋能绝大部分来源于太阳辐射能，较小部分来源于天体（主要是月球、太阳）与地球相对运动中的万有引力。蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，其理论储量是目前全世界各国每年耗能量的几百倍甚至几千倍。

海洋能具有一些特点。一是它在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。二是它具有可再生性。三是海洋能有较稳定与不稳定能源之分。

各种海洋能的蕴藏量是巨大的，据估计有750多亿千瓦，其中波浪能700亿千瓦，温度差能20亿千瓦，海流能10亿千瓦，盐度差能10亿千瓦。从各国的情况看，潮汐发电技术比较成熟。利用波能、盐度差能、温度差能等海洋能进行发电还不成熟，目前正处于研究试验阶段。这些海洋能至今没被利用的原因主要有两方面：一是经济效益差，成本高。二是一些技术问题还不过关。

另外用来发生裂变反应和发生聚变反应的铀和氘，其绝大部分赋存在海水里。重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料，海水中含有2×10^1　4吨重水。氘是氢的同位素，蕴藏在海水中的氘有50亿吨，足够人类用上千万亿年。实际上就是说，人类持续发展的能源问题一劳永逸地解决了。

进一步了解海洋资源开发技术，请登陆：

http://www.fsyz.com.cn/xuexiao/feshan/dili-sea/index.htm

【思考题】

1.石油、天然气的开发有哪几个阶段？

2.海水资源开发技术有哪些？

3.海洋为我国社会经济的发展做出了重要贡献，但由于不合理开发利用和对海洋环境保护重视程度的差异，使我国的海洋生态环境面临许多问题，请通过上网查资料谈谈目前我国海洋生态面临哪些问题？你有什么解决办法？