潮汐發(fā)電技術(shù) 王均鋒

1、潮汐發(fā)電技術(shù)王均鋒 2009031191（山東建筑大學(xué) 熱能學(xué)院熱動091,山東省濟南市 郵編250101）摘要：介紹了潮汐發(fā)電的類型、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了我國發(fā)展潮汐發(fā)電存在的問題，提出了我國潮汐 發(fā)電需要解決的關(guān)鍵問題。展望了我國潮汐發(fā)電應(yīng)用的前景。關(guān)鍵詞：潮汐發(fā)電現(xiàn)狀分析中圖分類號：SJ001文獻標(biāo)識碼：A0.引言能源對經(jīng)濟的發(fā)展有著舉足輕重的作用，煤、石油、天然氣等屬不可再生的能源。隨著 世界經(jīng)濟的發(fā)展,能源需求也不斷增長，世界各國都在尋求新能源，希望新能源既是可再生的 又能避免像煤、石油、天然氣等能源帶來的環(huán)境污染問題。開發(fā)利用潔凈的新能源是解決能 源問題及環(huán)境問題的出路，海洋被認

2、為是地球的資源寶庫，也被稱作為能量之海。從技術(shù)及經(jīng)濟上的可行性，可持 續(xù)發(fā)展的能源資源以及地球環(huán)境的生態(tài)平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作為成熟的技術(shù) 將得到更大規(guī)模的利用。潮汐能作為潔凈的、可再生的新能源，受到廣泛的重視。世界海洋 潮汐能蘊藏量約為27億kW，若全部轉(zhuǎn)換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬億kWh。潮汐能作為一種可再生的潔凈能源，在國內(nèi)外很早就引起人們的關(guān)注。目前，隨著地球上礦 物能源日趨短缺，潮汐能和風(fēng)能、太陽能這些有利于環(huán)境保護的可再生能源越來越受到世界 各國的重視。潮汐發(fā)電的原理在海灣或感潮河口，可見到海水 或江水每天有兩次的漲落現(xiàn)象，早上 的稱為潮，晚上的稱為汐。這種現(xiàn)象

3、 主要是由月球、太陽的引潮力以及地 球自轉(zhuǎn)效應(yīng)所造成的。潮汐是一種蘊 藏量極大、取之不盡、用之不竭、不 需開采和運輸、潔凈無污染的可再生 能源。建設(shè)潮汐電站，不需要移民， 不淹沒土地，沒有環(huán)境污染問題，還 可以結(jié)合潮汐發(fā)電發(fā)展圍墾、水生養(yǎng) 殖和海洋化工等綜合利用項目。潮汐 發(fā)電與普通水利發(fā)電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內(nèi)，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(zhuǎn)，帶動發(fā)電 機發(fā)電。差別在于海水與河水不同，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(fā)電的水輪機結(jié)構(gòu)要適合低水頭、大流量的特點。利用潮汐發(fā)電必須具備兩個物理條

4、件：首先潮汐的幅度必須大，至少有幾米；其次海岸 地形必須能儲蓄大量海水，并可驚醒土建工程。潮汐發(fā)電的工作原理與一般手里發(fā)電的原理 是相近的，即在河口或海灣筑一條大壩，以形成天然水庫，水輪發(fā)電機組就裝在攔海大壩里。潮汐發(fā)電站的類型關(guān)閉閥門術(shù)輪機停用開啟耕門開動水輪機關(guān)閉閥門水輪機停用開啟閥門關(guān)閉閥門術(shù)輪機停用開啟耕門開動水輪機關(guān)閉閥門水輪機停用開啟閥門壩外湖位過程曲線癡甬深成建甬線圖i潮沙發(fā)電示意圖素1潮汐電站三種方案的比較方索作蜻押優(yōu)缺點在意潮時將貯水庫閘門打爪 向水序花水，平潮時關(guān)成 落糊舊，待說點扯役備結(jié)筒牝投梵少：能點是潮貯水將勺外泡打定成位片時升閘,境M水粒發(fā)電機絹發(fā)電沙能利卅率低.爸

5、電4；連續(xù)中庠橫向型利用御會阿門抨制兩條而水粕機引水的管ifi.在激潮網(wǎng)滔醐時，海水適應(yīng)犬然制汐過程，潮汐能利用率高，投分別亂務(wù)口的當(dāng)水曾道訝入水輪肌，使水輪機旋轉(zhuǎn)帶網(wǎng)發(fā)他機叔垸單向型采用兩個水力用暇的束庫.扇沏時,向府漫、水摩充水：落潮肘，由低 貯木庫排水,利出兩水昨間的水位笙，使水輪發(fā)電機蛆連續(xù)他向旋轉(zhuǎn) 發(fā)電可實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。塊點是要建兩個水庫. 投新人FLL作本關(guān)阱低2.1單庫單向電站即只用一個水庫，僅在漲潮（或落潮）時發(fā)電，我國浙江省溫嶺市沙山潮汐電站就是這 種類型。2.2單庫雙向電站用一個水庫，但是漲潮與落潮時均可發(fā)電，只是在平潮時不能發(fā)電，廣東省東莞市的 鎮(zhèn)口潮汐電站及浙江省溫嶺市江

6、廈潮汐電站，就是這種型式。2.3雙庫雙向電站它是用二個相鄰的水庫，使一個水庫在漲潮時進水，另一個水庫在落潮時放水，這樣 前一個水庫的水位總比后一個水庫的水位高，故前者稱為上水庫，后者稱為下水庫。水輪發(fā) 電機組放在兩水庫之間的隔壩內(nèi)，兩水庫始終保持著水位差，故可以全天發(fā)電。表1潮汐電站3種方案的比較方案工作原理優(yōu)缺點單瘁單向型單庫雙向型雙庫單向型在漲潮時將貯水庫閘 J方案工作原理優(yōu)缺點單瘁單向型單庫雙向型雙庫單向型在漲潮時將貯水庫閘 J打開，向水庫充水1 平潮時關(guān)閘：落潮后，待貯水庫與外海有一 定水位差時開閘，驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。利用兩套閥門控制兩條向水輪機引水的管道= 在洗潮和落潮時,海水分

7、別從各自的引水管道 進入水輪機，使水輪機旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機 采用兩個水力相聯(lián)的水庫。漲潮時，向高貯 水瘁充水；落潮時，由低貯水庫排水，利用兩 水庫間的水位差，使水輪發(fā)電機組連續(xù)單向 旋轉(zhuǎn)發(fā)電-優(yōu)點是設(shè)各結(jié)構(gòu)簡單，投資少；缺點是潮汐能利用率低，發(fā)電不適應(yīng)天然潮汐過程，潮汐能利用率高，投資較大=可實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。缺點是要建兩個水庫，投資大且工作水頭降(C)雙座單向型怎)單犀單向型Cb)單庫取向型圖2 3種不同方案的潮汐申站示意圖潮汐發(fā)電的優(yōu)缺點3.1潮汐發(fā)電的優(yōu)點3.1.1潮汐能本身是一種清潔、不污染環(huán)境、不影響生態(tài)平衡的可再生能源。潮水每日 漲落，周而復(fù)始，取之不盡用之不竭。它完全可以發(fā)展成為沿海地區(qū)

8、生活、生產(chǎn)和國防需 要的重要補充能源。3.1.2它是一種相對穩(wěn)定的可靠能源，很少受氣候、水文等自然因素的影響，全年總 發(fā)電量穩(wěn)定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。3.1.3潮汐電站不需淹沒大量農(nóng)田構(gòu)成水庫，因此，不存在人口遷移、淹沒農(nóng)田等復(fù) 雜問題。而且可用攔海大壩，促淤圍墾大片海涂地，把水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利、海洋化工、交通 運輸結(jié)合起來，大搞綜合利用。這對于人多地少、農(nóng)田非常寶貴的沿海地區(qū)，更是個突出 的優(yōu)點。3.1.4潮汐電站不需筑高水壩，即使發(fā)生戰(zhàn)爭或地震等自然災(zāi)害，水壩受到破壞，也 不至于對下游城市、農(nóng)田、人民生命財產(chǎn)等造成嚴重災(zāi)害。3.1.5潮汐能開發(fā)一次能源和二次能源相結(jié)合，不用燃料，

9、不受一次能源價格的影響， 而且運行費用低，是一種經(jīng)濟能源。但也和河川水電站一樣，存在一次投資大、發(fā)電成本低 的特點。3.1.6機組臺數(shù)多，不用設(shè)置備用機組。3.2潮汐發(fā)電的缺點3.2.1潮差和水頭在一日內(nèi)經(jīng)常變化，在無特殊調(diào)節(jié)措施時， 出力有間歇性，給用戶帶來不便。但可按潮汐預(yù)報提前制定運行計劃，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，以克服 其間歇性。3.2.2潮汐存在半月變化，潮 差可相差二倍，故保證出力、裝 機的年利用時數(shù)也低。3.2.3潮汐電站建在港灣?？?，通常水深壩長，施工、地基 處理及防淤等問題較困難。故土建和機電投資大，造價較高。潮汐發(fā)電站對環(huán)境的影響4.1潮汐電站的建成使得自然條件得以改善。電站庫區(qū)

10、削弱了風(fēng)暴作用，為休閑旅游創(chuàng) 造了良好的環(huán)境。由于水庫內(nèi)的水位更為穩(wěn)定并.日.深度增加，通航條件也得到了改善。 潮汐電站的建立減小了風(fēng)浪、流速，加快泥沙和懸浮生物沉淀，增加光合作用的深度，優(yōu)化 了海洋養(yǎng)殖環(huán)境4.2潮汐電站筑壩后，由于諧振條件發(fā)生變化，潮差和潮汐電站庫水位的變幅可能發(fā)生 變化。這將減少庫內(nèi)水流的紊動摻混，從而改變潮流及潮波狀態(tài)，提高層化作用，夏季增加 水的表而溫度，冬季降低水的表面溫度，改變含鹽度，同時使結(jié)冰條件發(fā)生變化，減少光射 深度，改變地下水動態(tài)、農(nóng)田排水條件和潮汐電站水庫小氣候及臨近地區(qū)的氣候。潮汐電站 不但會改變潮差和潮流，還會改變海水的部分物理和化學(xué)參數(shù)，改變的性質(zhì)

11、與程度取決于電 站規(guī)模與地理位置以及工程的規(guī)模和運行特性。4.3潮汐電站通常不會造成現(xiàn)有陸地面積的淹沒，但卻會減小納潮面積從而造成海底生 物棲息區(qū)的變化，影響程度的大小主要取決于所變化的納潮面積，以及海邊鳥類和水鳥在其 它湖區(qū)可能生活的范圍。夏季的溫度升高，有可能會造成獨特的水產(chǎn)養(yǎng)殖條件，促進牡蠣、 鱒魚、大麻哈魚和淡萊的生產(chǎn)和生長。潮汐電站也會影響魚類的叫游。此外，對于海洋哺乳 動物的話動來說，潮汐擋水建筑物也是一個障礙。4.4潮汐電站會改變?？诘乃髁鲬B(tài)和天然沖砂運動。由于相互交換的水量減少。一般 潮汐水庫內(nèi)的水流流動會減弱。但靠近水輪機和蓄水閘門附近，水流流動會加劇。潮汐水庫 內(nèi)水流的減

12、弱會造成增加沉積并減少海岸沖刷。國內(nèi)外潮汐發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展5.1國外潮汐發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展世界上潮汐能資源較豐富的國家?guī)缀醵荚谶M行開發(fā)利用研究，尤以法國、英國、美國、 加拿大等國開展較早。潮汐發(fā)電的設(shè)想由來已久，但直到20世紀(jì)上半葉還沒有一個在技術(shù)和經(jīng)濟上可行的方 案。1967年法國的圣羅馬灣建成世界首座潮汐電站一一蘭斯潮汐電站，日發(fā)電量約為4050萬度，足夠一座萬人城鎮(zhèn)照明使用。繼法國之后，前蘇聯(lián)在巴倫支海建成基斯洛潮汐電站，其設(shè)計總裝機為800 kW（現(xiàn)裝機 400 kW）。1984年加拿大在芬地灣建成了取名為安那波利斯的潮汐發(fā)電站,裝機容量5 X 104 kW（其中裝有一臺容量為2 X 1

13、04 kW的單向全貫流水輪發(fā)電機組）。芬地灣是世界上潮汐能 最大的地方，那里的海潮最高時達到18 m ,相當(dāng)于6層樓房的高度4。表2世界上已建和研究中的大型潮汐電站國家站址年平均 潮差（rn）裝機容量C y04kW）年發(fā)電量C心貝厲 h）建成時間發(fā)電型式法國朗斯S.5524.05.441966 年單庫雙向前蘇聯(lián)基斯洛2.30.040.0231968 年單瘁雙向加拿大安那波利斯6.41.780.50984 年單庫單向中國江廈5. 10.390. 111980 年單瘁雙向中國幸福洋4.20. 1280.0321989 年單庫單向中國海山4.90.0150.00311985 年雙庫單向怫羅斯美晉灣5

14、.6615(10500研究中單庫雙向英國塞汶河曰8.46(X)144研究中單庫單向加拿大芬地灣11.838(1127研究中單庫單向澳大利亞金伯利灣8.49030研究中單庫雙向韓國加露林灣4.74S.0120研究中單庫單向阿根廷圣何塞灣6.5495120研究中單庫單向英國、韓國、印度、澳大利亞和阿根廷等國對規(guī)模數(shù)十萬到數(shù)百萬kW的潮汐電站建設(shè) 方案作了不同深度的研究。最近幾年，潮汐能的開發(fā)研究仍在進行。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在英、加、俄、印、韓等13個國家運行、興建、設(shè)計、研究及擬 建的潮汐發(fā)電站139座。國外預(yù)測，21世紀(jì)初在英、加、俄、印等國將會有100萬千瓦級 的潮汐電站建成。也就是說，國際上

15、一個大規(guī)模研究、發(fā)展潮汐發(fā)電時代帶來了。5.2國內(nèi)潮汐發(fā)電現(xiàn)狀和發(fā)展我國大陸海岸線長達18000多公里，有大小島嶼6960多個，海島總面積6700平方公里， 有人居住的島嶼有430多個，是世界上海流能量資源密度最高的國家之一，發(fā)展海流能有良 好的資源優(yōu)勢。我國潮汐能開發(fā)已經(jīng)有40多萬年的歷史，建成并長期運行的有八座，總裝機總量6120 千瓦。其中最大的是位于浙江省溫嶺市的江夏潮汐試驗電站，總裝機容量3200千瓦，1980 年開始發(fā)電，1985年底五臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力不足的問題已越來越嚴重。特別是東部沿海地區(qū)為我國 的電力負荷中心所在，每年的電力消費約占全國的40%

16、。而這些地區(qū)煤、石油等常規(guī)能源 資源比較貧乏，可再生能源蘊藏量大。因此，立足于本地區(qū)的可再生清潔能源的開發(fā)利用成 為解決電力供應(yīng)不足的重要途徑。我國是世界上建造潮汐電站最多的國家，先后建造了幾十座潮汐電站，由于各種原因， 目前只有8個電站在正常運行發(fā)電，總裝機容量為6000 kWh，年發(fā)電量1000多萬kWh， 僅次于法國、加拿大。世界上第一座具有經(jīng)濟價值，而且也是目前世界上最大的潮汐發(fā)電站 是1966年在法國西部沿海建造的朗斯洛潮汐電站，它使潮汐電站進入了實用階段，其裝機 容量為24萬kW，年均發(fā)電量為5.44億kWh。相比之下，我國的潮汐電站規(guī)模較小，江夏 潮汐試驗電站是我國已建成的最大的

17、潮汐電站。雙向貫流式機組6臺，總裝機容量3200kW， 年發(fā)電量600萬kWh。規(guī)模僅次于法國郎斯洛潮汐電站、加拿大芬地灣安娜波利斯洛潮汐 電站，居世界第三。我國在潮汐能開發(fā)方面，具有豐富的資源優(yōu)勢和雄厚的技術(shù)力量，并積累了一定的管理 和運行經(jīng)驗，但由于種種原因，潮汐電站的建設(shè)長期未得到足夠的重視。到2000年，潮汐 電站數(shù)目非但沒有增加，反而在減少，目前僅剩幾座座處于艱難維持狀態(tài)，江夏潮汐試驗電 站則長期處于負債運行狀態(tài)。究其原因，主要有以下幾個方面：一是潮汐電站規(guī)模小、投資高。浙江江夏試驗電站，裝機容量只有3200千瓦，低于千 瓦級的經(jīng)濟規(guī)模，單機容量最大為700千瓦。二是經(jīng)濟效益差。我國

18、潮汐電站的總裝機容量小、設(shè)備落后、運行自動程度低。三是政府有關(guān)部門缺乏對潮汐能開發(fā)的激勵政策和優(yōu)惠措施。應(yīng)把潮汐能作為常規(guī)能源 的補充，給予開發(fā)工作大力支持，但目前把利用潮汐能等同于常規(guī)的小電站來開發(fā)，從而削 弱了開發(fā)利用潮汐能的積極性。6結(jié)語電力供應(yīng)不足是制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，尤其是在東部沿海地區(qū)。另一方面 我國海岸線漫長曲折，蘊藏著豐富的潮汐能資源。潮汐能發(fā)電具有可再生性、清潔性、可預(yù) 報性等優(yōu)點。經(jīng)過多年來對潮汐電站建設(shè)的研究和試點，不僅在技術(shù)上日趨成熟，而且在降 低成本，提高經(jīng)濟效益方面也取得了很大進展。潮汐能發(fā)電技術(shù)前景廣闊。我國應(yīng)積極借鑒 英國、瑞典等潮汐能發(fā)電技術(shù)相對成熟國家的新技術(shù)，例如新型的潮汐發(fā)電裝置、水