2025年大學《海洋技術》專業(yè)題庫——海洋能源利用技術新思路考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.超材料吸波體2.直接接觸式溫差能發(fā)電3.海流能水輪機自適應控制4.海洋微藻生物柴油5.海底地熱梯度能利用二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述波浪能利用中，基于“新思路”的柔性吸能裝置相較于傳統(tǒng)剛體裝置的主要優(yōu)勢。2.描述一種新型潮汐能發(fā)電“新思路”，并簡述其關鍵技術創(chuàng)新點。3.解釋海洋能源利用中，“智能化運維”這一“新思路”的含義及其重要性。4.列舉海洋能源利用技術面臨的共性挑戰(zhàn)，并選擇其中一項進行簡要說明。三、論述題（每題10分，共30分）1.對比分析直接接觸式溫差能發(fā)電技術與傳統(tǒng)間接式溫差能發(fā)電技術，探討前者作為“新思路”的潛力與主要技術難點。2.探討海流能利用中，將多臺不均勻布置的水輪機組成的“集群式”捕能系統(tǒng)作為“新思路”的可行性及其優(yōu)勢。3.結合海洋環(huán)境影響評估角度，論述發(fā)展海洋生物質能（如海藻能）所面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的“新思路”解決方案。四、開放性思考題（15分）當前，海洋氫能發(fā)展備受關注，特別是在離島供能方面。請結合你對該領域的了解，探討實現(xiàn)大規(guī)模、低成本、可持續(xù)的海洋氫能中離島供能，可能需要突破哪些關鍵技術瓶頸，并提出你設想的一種或多種創(chuàng)新性技術組合思路或解決方案。試卷答案一、名詞解釋1.超材料吸波體：指通過設計亞波長結構單元的周期性陣列，利用人工電磁響應實現(xiàn)對入射電磁波（通常指雷達波或聲波）進行強烈吸收而非反射的材料，常用于海洋工程結構物的隱身或減振降噪。2.直接接觸式溫差能發(fā)電：指不通過傳統(tǒng)的熱機或制冷循環(huán)，而是直接利用工作介質（如工質）在海洋溫差（如表層暖水和深層冷水之間）驅動下，通過熱電效應或其他直接能量轉換方式發(fā)電的技術思路。3.海流能水輪機自適應控制：指利用傳感器實時監(jiān)測海流速度、方向等參數(shù)，并通過控制系統(tǒng)自動調整水輪機葉片角度、攻角或運行模式，以優(yōu)化能量捕獲效率、提高結構安全性并適應海流變化的智能控制技術。4.海洋微藻生物柴油：指利用生長在海洋或海水中微藻類生物，通過生物化學或熱化學轉化過程，制備得到可用于柴油發(fā)動機燃料的生物質柴油產(chǎn)品，是一種新興的海洋生物質能源利用思路。5.海底地熱梯度能利用：指利用海底沉積物或地殼中存在的溫度梯度（即地熱資源），通過熱交換系統(tǒng)提取熱量，用于供暖、海水淡化或驅動熱電發(fā)電裝置的能源利用方式。二、簡答題1.柔性吸能裝置優(yōu)勢：柔性吸能裝置通常采用彈性材料或結構，能夠更好地適應波浪的變形和沖擊，吸收更寬頻率范圍的波浪能量；其結構重量輕、柔性好，有助于減小結構自身在波浪作用下的應力響應和疲勞損傷；部分設計（如柔性水彈性體）還能實現(xiàn)能量耗散與能量提取的結合，提高整體效率。2.新型潮汐能發(fā)電思路示例：一種新思路是基于“仿生學”或“非對稱水力”原理設計的柔性或可變形潮汐能水力機械。其關鍵創(chuàng)新點可能在于：采用模仿自然生物（如海龜殼、水母）的柔性材料或結構設計，提高對水流的適應性和能量吸收效率；或者設計非對稱的閘門、導流板或水輪機葉片，使得水流通過時能產(chǎn)生更優(yōu)化的壓力差或流速變化，從而在較低流速下也能有效發(fā)電，或者更平穩(wěn)地通過雙向水流。3.智能化運維含義與重要性：智能化運維是指利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)傳感器、無人機/水下機器人等技術，對海洋能源裝置進行實時狀態(tài)監(jiān)測、故障預測與診斷、自主控制與優(yōu)化運維決策的現(xiàn)代化管理模式。其重要性在于：能夠顯著提高設備運行可靠性和發(fā)電效率；降低人工巡檢成本和風險，特別是在深?；蚱h海域；實現(xiàn)快速響應和精準維護，減少停機時間；積累運行數(shù)據(jù)，為技術優(yōu)化和長期規(guī)劃提供依據(jù)。4.海洋能源共性挑戰(zhàn)及說明：共性挑戰(zhàn)包括：1)高成本：設備制造、安裝、運維成本高昂；2)環(huán)境適應性：海洋環(huán)境惡劣（鹽霧腐蝕、海浪沖擊、海流作用、溫度變化），對材料和結構提出極高要求；3)資源評估與預測：海洋能源資源（如波浪、潮汐、海流）具有隨機性和波動性，精確預測困難；4)并網(wǎng)與儲能：能量輸出不穩(wěn)定，與電網(wǎng)匹配困難，需要高效的儲能技術和智能并網(wǎng)控制。選擇“環(huán)境適應性”進行說明：海洋能源裝置長期暴露于腐蝕性鹽霧環(huán)境中，材料易發(fā)生電化學腐蝕和疲勞破壞；同時承受劇烈的波浪和海流沖擊，易導致結構疲勞、損壞甚至傾覆。因此，開發(fā)耐腐蝕、高強度的先進材料，設計抗疲勞、高可靠性的結構形式，以及采用智能防護和減振技術，是海洋能源利用面臨的關鍵挑戰(zhàn)。三、論述題1.溫差能發(fā)電技術對比與難點：直接接觸式溫差能發(fā)電（DCTEG）利用熱電材料（如碲化鎘銦）直接將海洋表層暖水和深層冷水之間的溫差轉化為電能，無需傳統(tǒng)熱機循環(huán)。其潛力在于：結構相對簡單，可能實現(xiàn)更高效率（理論上可接近卡諾效率），對溫差要求相對不高（理論上50-100°C溫差即可），運行維護可能更簡單。主要技術難點包括：1)熱電材料性能：現(xiàn)有熱電材料的能量轉換效率仍有待提高；2)熱管理：如何高效、低阻力地讓冷熱工質（海水）流經(jīng)熱電模塊，并有效散熱和吸熱，是關鍵挑戰(zhàn)；3)封閉循環(huán)與防腐蝕：在海水環(huán)境中實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行的封閉循環(huán)系統(tǒng)設計復雜，防腐蝕問題突出；4)成本與規(guī)模：制造高效熱電模塊和相關循環(huán)系統(tǒng)的成本較高，如何實現(xiàn)經(jīng)濟可行的規(guī)?；渴鹗巧虡I(yè)化的關鍵。2.海流能集群式捕能系統(tǒng)可行性及優(yōu)勢：將多臺不均勻布置的海流能水輪機組成“集群式”捕能系統(tǒng)作為新思路是可行的。其優(yōu)勢可能體現(xiàn)在：1)提高捕獲效率：通過優(yōu)化水輪機布局，可以利用水輪機尾流對下游水輪機的增阻效應，或者通過相間干擾產(chǎn)生協(xié)同效應，從而提高整個集群的總能量捕獲功率系數(shù)；2)增強運行穩(wěn)定性：集群布局可以通過分散風險、平滑局部水流波動，提高整體運行穩(wěn)定性；3)拓展應用場景：針對特定海流場特征，通過集群設計可以更有效地利用復雜海流資源；4)智能化管理：集群系統(tǒng)為實施智能化協(xié)調控制提供了基礎，可以根據(jù)實時海流場優(yōu)化各水輪機的運行狀態(tài)，進一步提升整體性能。關鍵在于需要進行詳細的水動力學模擬和實驗驗證，以確定最優(yōu)的集群布局模式、間距和水輪機選型。3.海洋生物質能挑戰(zhàn)與解決方案：海洋生物質能（特別是海藻能）面臨的主要挑戰(zhàn)有：1)收集與運輸成本高：海藻生長分散，收集難度大，運輸成本高；2)生物轉化效率與成本：將海藻轉化為生物燃料（如生物柴油、乙醇）的工藝路線復雜，催化劑成本高，轉化效率有待提高；3)環(huán)境影響與生態(tài)平衡：大規(guī)模養(yǎng)殖海藻可能占用海洋空間，影響局部生態(tài)，存在生物逃逸風險；4)能源密度低：相較于化石燃料，海藻的單位質量能量密度較低?？赡艿摹靶滤悸贰苯鉀Q方案包括：1)開發(fā)高效、低成本的自動化海藻收集和打撈技術（如仿生收集器、水下機器人）；2)研究新型高效、低成本生物催化技術和化學轉化工藝，如酶工程改造微生物、微藻直接油脂轉化（如超臨界流體）；3)采用混合養(yǎng)殖模式（如與貝類、魚類共養(yǎng)）或離岸、多層立體養(yǎng)殖系統(tǒng)，減少對單一生態(tài)系統(tǒng)的影響，提高空間利用效率；4)利用藻類進行海水淡化、二氧化碳吸收等協(xié)同利用，提高綜合效益；5)研究直接燃燒或氣化利用海藻（如生產(chǎn)生物天然氣）的技術。四、開放性思考題關鍵技術瓶頸：1)低成本高效率的海水制氫與儲運技術：目前電解水制氫（特別是利用可再生能源電力）成本仍較高，或效率有待提升；氫氣的深潛、高壓或低溫儲運技術復雜且成本高，尤其對于離島場景。2)大容量、長壽命、高效率的海洋能儲能技術：海洋能發(fā)電具有間歇性和波動性，需要大規(guī)模儲能配合，現(xiàn)有電池儲能成本高、壽命短或存在安全環(huán)保問題，其他儲能技術（如壓縮空氣、氫儲能、抽水蓄能）在海洋環(huán)境下的應用也面臨挑戰(zhàn)。3)離岸電網(wǎng)互聯(lián)與穩(wěn)定性技術：將分布式、多變的海洋能發(fā)電點和儲能點穩(wěn)定接入離島電網(wǎng)或主電網(wǎng)，需要先進的電力電子變換器、柔性直流輸電技術以及智能電網(wǎng)管理策略。4)多能互補系統(tǒng)集成與優(yōu)化控制：實現(xiàn)風能、太陽能、波浪能、潮汐能、地熱能等多種能源的高效互補和智能協(xié)同運行，需要復雜的能量管理系統(tǒng)和控制策略。5)深海/遠海海洋能裝置的可靠性與經(jīng)濟性：深海環(huán)境對設備材料、結構設計和運維提出了極高要求，導致成本高昂，影響了項目的經(jīng)濟可行性。創(chuàng)新性技術組合思路示例：提出一種基于“海流能-氫儲能-智能微電網(wǎng)”的組合系統(tǒng)思路。該系統(tǒng)由以下部分組成：1)海流能發(fā)電陣列：在離島附近海流資源豐富的海域部署集群式海流能水輪機，利用集群效應提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性。2)高效電解水制氫與儲氫單元：將海流能發(fā)電產(chǎn)生的電力用于電解水制氫，采用低成本、高效率的堿性或固態(tài)氧化物電解技術；采用高壓氣態(tài)儲氫罐或固態(tài)儲氫材料進行氫氣儲存，集成撬裝化、模塊化設計，便于運輸和部署。3)氫儲能與轉換單元：儲存的氫氣在需要時，通過燃料電池發(fā)電或直接作為燃氣輪機燃料發(fā)電，為離島提供穩(wěn)定電力。4)大容量電池儲能子系統(tǒng)：配置一定比例的鋰電池儲能系統(tǒng)，用于平滑海流能發(fā)電的波動，以及配合氫儲能系統(tǒng)實現(xiàn)更精細的功率調節(jié)。5)智能微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）：該系統(tǒng)是核心，負