开发蓝色的“聚宝盆”

5. 开发蓝色的“聚宝盆”

海洋——蓝色的天然宝库

浩瀚的海洋，烟波浩渺，水天一色，自古以来便唤起人们无数美丽的遐想。

在人类居住的这个星球上，海洋的面积约为3.61×10⁸平方千米，占地球总面积的71％。广阔无垠的海洋素有“蓝色天然宝库”之誉，万顷碧波中蕴藏着极其丰富的生物、矿产、动力等资源，是人类未来的“生存基地”。

海洋是一个生物资源宝库。从种类上来说，海洋藻类有近万种，鱼类约有1.9万种，甲壳类有2万多种。海洋中还蕴藏着数量极大的潜在生物资源。据计算，海洋中的浮游生物通过光合作用可提供的潜在生物资源约有150亿吨，以摄食浮游生物为生的鱼、虾类潜在生产量为15亿吨，各种食肉性鱼类的潜在生产量为1.5亿吨。在这些生物资源中，已被人们开发的为数很小，捕捞的鱼类仅200余种，产量在百万吨以上的不到10种。假如我们把生物遗传新技术引入海洋生物驯养，充分开发利用海洋生物资源，实现海洋农技化生产，人类可以从根本上解决食物短缺问题。

海洋中的能源蕴藏也极为丰富。在海底的岩层中，埋藏着石油和天然气。海水中溶有大量的铀、氘和氚，它们将为人类提供最充足的核燃料资源。海洋中汹涌的波涛、起伏的潮汐、川流不息的海流，蕴蓄着巨大的动能，而且这些能源是“取之不尽，用之不竭”的可再生能源。

海洋中的矿产资源更为丰富，最有代表性的是海底锰结核矿和海底热液矿。锰结核矿分布于水深4000~6000米的大洋底，含有镍、铜、钴、锰等76种元素。据科学家计算，世界大洋锰结核总储量可达3万亿吨，仅太平洋就有1.7万亿吨，具有可开采价值的资源量有150亿~300亿吨。如果把太平洋中的锰结核矿全部开采出来，其中所含的金属足够人类使用成千上万年。海底热液矿床的发现仅有20多年的历史。科学家普遍认为，它有十分可观的储量，所含金属的潜在价值很大，是21世纪最有希望的开发对象。

20世纪60年代以来，世界海洋开发进入了一个新时期。据报道，1969年世界海洋产业总产值仅为130亿美元，1980年达到3400亿美元，1992年达到6700亿美元，预计到21世纪初将超过1.5万亿美元。海洋经济是世界经济发展最快的领域，成为推动世界经济发展的重要支柱产业。在临近的世纪中，海洋将成为人类生存和发展的主要领域。

有人称21世纪是海洋经济时代。世界海洋开发正经历着历史性的战略转变，海洋科学已成为新技术革命的重要组成部分。而在当前海洋开发的大潮中，海洋油气业和海洋资源能的利用则占有十分重要的地位。

前景广阔的海洋油气业

虽然远在古代，人们就对海陆变迁有了认识，并渴望早日走向海洋，但是，真正开始海洋资源探索、勘探与开发海底石油，为时却并不久远。1620年，苏格兰人从海底开发出了煤炭，这是开发海底资源的最初尝试。1887年，美国在世界各国中率先开始海上石油钻探。加利福尼亚海边6米水深的海中第一口油井的落成，揭开了当今世界海洋石油勘探的序幕。20世纪二三十年代，委内瑞拉马拉开波湖区发现了第一批油气田；1947年在美国的墨西哥湾出现了第一座桩基式采油平台；1949年，美国在墨西哥湾建起了“环球40号”底座式钻井装置——固定式钻机；1956年又出现了浮式钻井平台；1962年出现了半潜式钻井平台（图4-3）……不过，在20世纪70年代前，由于开发海底石油需要高昂的投资和复杂的技术设备，因而进展不快。70年代后，由于海洋石油勘探和开发技术的迅速发展，特别是1973年世界爆发第一次石油危机带来的“刺激”，海底石油的开采才为愈来愈多的国家所重视，并取得长足进展。据不完全统计，20多年间，海上石油产量增长7倍多，发展速度大大超过陆上石油开采。

图4-3　海上石油的开采示意图

目前，已有100多个国家或地区在全球小于200米水深的海域，从事着各种油气勘探活动，其中有60多个国家发现了2000多个油气田。我国的近海海域也蕴藏着极其丰富的油气资源。近年来，已相继在渤海、辽东湾海域、黄海南部海区、南海珠江口盆地和海南岛以南海域试钻出高产油、气井。国外有人估计：“中国黄海和东海大陆架，可能有世界上最大的油田”。据报道：从渤海湾到北部湾的中国沿海地区已发现了400多个储油构造，展示了我国海上油气资源的广阔前景。

进入“九五”开局的1996年，随着我国最大的海上天然气田崖城13-1气田和最大的海上油田流花11-1油田相继投产，标志着我国海洋石油工业发展进入高峰期。如今，我国已发现了5个亿吨级储量的海上大油气田，即上文已提到的流花11-1油田和崖城13-1气田，此外，还包括绥中36-1、秦皇岛32-6油田和东方1-1气田。1996年我国海洋石油生产原油1501万吨，天然气26亿立方米，标志着我国海洋石油工业跨上了新台阶。

世界海底石油90％以上是分布在海洋的大陆架地区。海底坡度平缓，海水深度不大，一般在二三百米左右。至于远离大陆的海洋深处，由于水文地质及物理化学条件相对来说比较稳定，沉积作用比浅海要缓慢得多，所以海洋深处比起浅海地区形成石油的条件要差一些。不过，近年来调查表明，在那些分布着第三纪沉积层的大陆坡、陆基和小型洋盆的深水海域，也很有希望找到油气资源。当然，深海油气的勘探与开采，其技术设备更加复杂，付出的成本和代价也更高。但随着人类科学技术的迅速发展，技术设备不断完善，勘探规模日益扩大，更多的海底新油田将不断被发现。

海洋油气业已成为当前世界海洋开发的主体产业，产值已占海洋开发总值的一半以上。据联合国统计，1989年世界海洋油、气产量，约分别占世界油、气总产量的25％和20％。近年来，海上石油产量持续上升。据美国《油气杂志》报道，1995年全球海上石油产量为10.16亿吨，约占世界石油总产量的1/3。在世界上已经发现的石油储量中，海底石油约占其总量的1/4。因此先进的海洋国家的石油公司近年来几乎将全部勘探投资的一半用于海上石油勘探，发展海上石油勘探、开采、测井及油气储运技术。最近几十年来，海上钻井的水深也在迅速增加，从1965年的193米，发展到1983年壳牌石油公司在美国东海岸钻井水深达2386米，时隔仅18年，钻井水深增加了2193米。海上钻井装置每年使用量在800多台左右，海上钻井数每年一般保持在2000多口。以前全球只有南极洲的大陆架上没有油气勘探活动，但近来由于在该洲的罗斯海、威德尔海等地也发现了大量的油气，所以现在可以说在全球范围内所有的大陆架上，都在进行着海洋油气勘探开发工作。

海洋油气勘探是一项高技术、高风险、高投入的系统工程，目前人类正集中全球最新技术，投入到海洋油气勘探开发工作中去。相信诸如三维、四维地震、水平井、小井眼、多井底、海底完井、浮式生产储存系统、无人平台、多相流管道输道等高新技术的陆续投入和使用，必将极大地促进海洋油气勘探开发工作的发展。

取之不竭的海洋资源能

能源是人类社会活动的物质基础。从某种意义上讲，人类社会得以发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。据估计，陆地上的一次能源只够人类使用几百年，而海洋中蕴藏的动力资源却是取之不尽、用之不竭的。因此，有人把海洋誉为地球上的“蓝色煤海”。除了海洋石油和天然气这些非再生能源之外，海洋中还蕴藏着数量巨大的可再生能量资源。

海洋中的可再生能量资源，可分为生物资源和非生物资源两类。

（1）海洋生物资源能的利用生物资源能是绿色植物通过叶绿素的光合作用，将每天照射到地球上的太阳能转化为化学能，而贮存在生物质内的能量。生物资源是可再生资源，若经过适当的管理是不会枯竭的。太阳能可照射到地球上每一个角落，不会像石油那样分布不均，因此可通过生物资源将太阳能“贮存”起来，并在与生态系统协调的条件下加以利用。与其他代替石油的能源相比，生物资源能具有可通过较简单的技术而加以利用的优良性质。

海洋中可作为能源利用的生物资源包括海藻、水草等水生植物、单细胞的微小藻类等。例如，有一种巨型海藻，它生长在海底岩缝中，每昼夜可长0.6米，一直长到50米左右才停止生长。生长过程中，它能把海水中的有机污染物质吸收转化为碳氢化合物储于体内，把它采集起来就可以提炼出优质柴油。通过建立天然的海上绿藻基地或用人造海床生产巨型海藻，就可以得到人们所需要的绿色能源。

此外，鱼油也是一种可作为能源利用的海洋生物资源。鱼油富含海洋鱼类的脂肪，使用鱼油作为石油的替代燃料，成本低，投资少，十分合算。日本海洋开发产业协会已在这方面进行试验并取得了进展。

（2）海洋非生物资源能的利用海洋是地球上最大的能源宝库，大海中的波浪、潮汐、海流、海水温差以及含盐浓度差异等，都蕴含着巨大的能量，是潜力极大、前景广阔的动力资源。

波浪能波浪是由风、大气压的变化和地壳的运动等原因引起的。海浪的能量十分惊人。有人进行过计算，波高3米，周期7秒的海浪，跨过10千米长的海面，产生的能量就有63万千瓦，相当于一个新安江水电站的发电量。世界上有很多地区，如美国的西海岸，海浪有规律地、强有力地冲击海岸，从不间断。这就启发人们经济地转化波浪能为更有用的能源形式，如电能。近年来，已有不少国家开展了对波浪发电的研究。科学家们提出了各种实验结构方案，如叶片式（利用波浪驱动叶片摆动，从而带动发电机发电），气压式（利用波浪冲击力来压缩空气，再由压缩空气推动汽轮发电机发电），蓄水式（利用波浪的起伏，将海水提升到高处的蓄水池内，然后向低水位排放，驱动水轮发电机发电）。80年代初期，世界上已建成了400多个输出功率为60~120瓦的波浪发电装置，主要作为导航的浮标、灯塔和遥测浮标的工作电源。日本在小型波浪发电技术方面，具有领先的水平。世界上第一台对陆地供电的大型波浪发电装置是日本研制的波浪发电浮船——“海明号”，装机容量达2000千瓦。

海洋温差能海洋表面受太阳光照射而增温，因为海水的热传导率较小，表面的热量很难到达深层，于是在表层水与深层（200~1000米）水之间形成了温差。其温差可达20~25℃。据估计，全球热带海洋水温下降1℃，就能释放出4.32×10¹⁸焦（相当于1200亿千瓦小时）的能量。海洋温差发电就是将这种温差的潜在能量转变为电能。其基本原理是利用海洋表层的温水来加热汽化热很低的纯氨或丙烷等液体，使它产生低压蒸汽，再以这种低压蒸汽驱动蒸汽机——发电机组发电，同时用泵抽吸深水层中的低温水，用以冷却蒸汽机排出的气体，从而实现海洋温差发电热力循环。一般，只要海洋上下层的温差达到15~20℃之间，就能够实现温差发电。目前美国和日本在这方面的技术处于领先地位。美国于1979年8月在夏威夷附近海面安装了第一个海水温差发电装置，输出功率为50千瓦，其后不久在瓦胡岛建造的一座岸式和一座海上温差电站（功率各为4万千瓦）也已竣工。日本在研究温差发电方面也作了不少工作。由于海水温差发电能量储量大、发电稳定、不受时间限制，利用前景好，已被联合国确定为海洋能源开发的中心。

海流能海洋水的环流也蕴藏着巨大的能量。据估算，世界上两大海流之一的黑潮，大约具有3.24×10¹⁸焦的动能，完全可以用来驱动发电机发电。但由于海洋环流同与海洋直接相邻的大气流动密切相关，环流的流动特性相当复杂，目前研究得还比较少。美国和日本已分别开始了墨西哥湾流和黑潮发电装置的设计研究，预计到下世纪初有可能达到实用化。

潮位差、潮汐能潮位差、潮汐能是由于潮汐现象引起海面高低差而产生的能量。海洋的潮汐能是很有发展潜力的动力资源。据科学家估计，世界海洋潮汐的能量约为4.46×10¹⁹焦，如果用以发电，效益十分可观。潮汐发电分为一次发电和两次发电两大类型。利用落潮时发电的称为一次发电；既能在落潮时发电，又能在涨潮时发电则称为两次发电。在开发潮汐能方面，法国独占鳌头。1966年底，法国在朗斯河口，利用13.5米的最大潮差，建成了世界上第一座正规的大型发电站——朗斯潮汐电站。其他国家也在争相开发和利用潮汐能。如加拿大的安纳波利斯试验性潮汐电站，采用新型全贯流水轮发电机组，还计划建立采用126个涡轮机的科比阔特大型潮汐电站。我国的潮汐发电，也具有相当的规模。1985年在浙江省温岭县江厦建成了我国第一座单库双向式潮汐试验电站，该电站有6台500千瓦机组，总装机容量3000千瓦。1988年在江苏太仓县浏河口建成了我国第一座自动控制的150千瓦的潮汐电站。目前，我国最大的潮汐电站是广东省顺德县的甘竹滩电站，装机22台，共5000千瓦，是世界著名的几座大潮汐电站之一。如今，潮汐发电站正在向巨型和超巨型电站发展。预计到21世纪初，还会出现以强力塑料膜拦水并利用压缩空气推动涡轮机发电的新式巨型潮汐电站。

海水含盐浓度差能海洋中还有一种可以利用的能源，这就是海水的盐度。盐度是海水和淡水之间盐分浓度差别的程度。如果在海水和淡水之间用半透膜隔开，由于渗透压使淡水通过半透膜流向海水的一侧，将水位提高，然后，让水冲击水轮发电机组发电。有人估计，仅利用美国密西西比河流入海中的淡水量的1％，就能发出相当于一座现代化核电站的发电量。我国陆地河川入海径流量每年约2×10¹²~3×10¹²立方米，估计盐度差能总蕴藏量达1.6×10⁸千瓦，主要集中在长江以南的江河入海口，其中长江、珠江两条河入海口蕴藏的盐度差能约占全国总量的一半以上。在全世界，海洋浓度差能的潜在能量就更为可观。不过，目前世界上盐度差能发电研究还处于早期阶段，大规模开发盐度差能还有很多难关。但是，随着科学技术的不断进步，开发利用盐度差能造福于人类，将是为期不远的。

此外，还有一种潜在的能源也与海洋有关，这就是核聚变能。此内容前边已经介绍，这里就不再重复了。