新能源技術潮汐能與潮汐發(fā)電

§5潮汐能與潮汐發(fā)電關注的問題潮汐是怎樣形成的？人類從何時開始懂得潮汐能的利用，又是如何利用的？潮汐發(fā)電的原理是怎樣的？潮汐電站什么樣？潮汐發(fā)電有什么特點？潮汐發(fā)電的發(fā)展狀況如何？教學目標了解人類認識和利用潮汐歷史，了解或掌握潮汐資源的特征及其分布，掌握潮汐發(fā)電的基本原理和潮汐電站的構(gòu)成，了解潮汐發(fā)電的發(fā)展應用情況?！?.1人類對潮汐的認識和利用我國古人把白天的海水漲落叫做“潮”，夜間的海水漲落叫做“汐”，合起來稱為“潮汐”?！?.1.1人類對潮汐的認識潮汐是由于太陽和月球?qū)Φ厍蚋魈幰Φ牟煌鸬暮Ｋ幸?guī)律的、周期性的漲落現(xiàn)象。太陽和月球引起的海水上漲，分別稱為太陽潮和太陰潮?！?.1人類對潮汐的認識和利用§5.1.1人類對潮汐的認識俗話說：初一、十五漲大潮；初八、二十三，處處見海灘。農(nóng)歷每月初一，太陽和月球位于地球同側(cè)，三者近似在一條直線上，日月的引力方向相同，合力最大，形成大潮。每月十五，日月在地球的兩側(cè)，太陽潮和太陰潮也能共同形成大潮（想想：為什么？）當太陽和月球?qū)Φ爻芍苯欠较驎r，太陽潮的落潮和太陰潮的漲潮，二者共同作用，相互抵消，形成潮勢較弱的小潮。趣聞：我們和地心的距離也是變化的？

（詳見教材）§

5.1.2人類對潮汐的早期利用潮汐是人類最早認識和利用的海洋動力資源。我國對潮汐能的利用最早，可追溯到1300多年前的唐朝。宋代有巧用潮汐建石橋的工程實例（見教材引例故事）6~7世紀，我國就有沿海居民利用潮汐磨來碾磨谷物。

近些年在山東蓬萊地區(qū)發(fā)現(xiàn)了這種早期的潮汐磨。中國最早的潮汐能水輪泵站（詳見教材）§

5.1.2人類對潮汐的早期利用10世紀左右，在波斯灣，人們開始以潮汐能為動力驅(qū)動水車進行面粉加工。11～12世紀，大西洋沿岸也出現(xiàn)了潮汐磨坊，有些一直沿用到20世紀。英國至今仍保留著一個12世紀的潮汐磨，碾谷子供游客參觀。16世紀，俄國沿海居民也使用過類似的潮汐能水磨，18世紀，俄國還出現(xiàn)了以潮汐能為動力的鋸木廠。歐洲西海岸的潮汐磨房使早期工業(yè)國家走上發(fā)財至富的道路，并把它帶到美洲新大陸。到了20世紀，潮汐能的魅力達到了高峰，人們開始懂得利用潮差能來發(fā)電?！?/p>

5.2潮汐能資源

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5.2.1潮汐的描述和分類用于描述潮汐的各個要素如圖所示。海面的一漲一落兩個過程為一個潮汐循環(huán)。相鄰的兩次高潮（或低潮）間隔的平均時間，稱為潮汐的平均周期。按照一個太陰日里有幾個漲落周期，潮汐可分為半日潮、全日潮和混合潮三種類型?！?/p>

5.2.1潮汐的描述和分類§5.2.2潮汐能資源及其分布海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的動能和勢能稱為潮汐能。很多時候，將潮水流動所具有的動能稱為潮流能，而潮汐能特指海水漲落形成的勢能。在各種海洋能資源中，潮汐能不是最多的，但卻是目前經(jīng)濟技術條件下最為現(xiàn)實的一種?！?.2.2.1世界潮汐能資源聯(lián)合國教科文組織數(shù)據(jù)，全世界潮汐能的理論蘊藏量約為30億千瓦，是目前全球發(fā)電能力的1.6倍。估計技術上允許利用的約1億千瓦。中國商業(yè)情報網(wǎng)的預測研究報告，數(shù)據(jù)有所差別，參見教材。潮汐能大小直接與潮差有關，潮差越大，能量也就越大。實踐證明，平均潮差≥3m才有經(jīng)濟效益，否則難于實用化。§5.2.2.2我國的潮汐汐能資源據(jù)初步統(tǒng)計計，全國潮汐能蘊藏藏量約為2.9億億千瓦，年發(fā)電量量可達2750億億度?！吨袊履苣茉磁c可再再生能源1999白白皮書》》資料顯示示我國可開開發(fā)潮汐能能資源裝機機容量達2000多多萬千瓦瓦，年發(fā)電量量可達600多多億度。教材中給出出了1958年潮潮汐資源蘊蘊藏量的調(diào)調(diào)查結(jié)果，，表4.1和表4.2分別別沿海各省省、市、自自治區(qū)和各各主要河流流的潮汐能能資源理論論蘊藏量。。1982年年可開發(fā)潮潮汐資源的的調(diào)查，中中國各省可可開發(fā)利用用潮汐能總總裝機容量量如表4.3所示示。§5.3潮潮汐發(fā)電電原理和電電站構(gòu)成和內(nèi)陸河川川的水力發(fā)發(fā)電相比，，潮汐能的的能量密度度很低，相相當于微水頭發(fā)電電的水平。世界上平均均潮差（注意這個概概念）的較大值值約為13～15m。想想：我國的最大大平均潮差差會出現(xiàn)在哪哪里？潮汐發(fā)電和和水力發(fā)電電的基本原原理是一樣樣的，所用用設備也大大致相同。?！?.3.1潮汐汐發(fā)電的原原理§5.3.1.1潮汐發(fā)電的的方式廣義的潮汐汐發(fā)電，按按能量利用用的形式分分為兩種：：一種是利用用潮汐時流流動的海水水所具有的的動能驅(qū)動動水輪機帶帶動發(fā)電機機發(fā)電，稱稱為潮流發(fā)電；

一種是是在河口、、海灣處修修筑堤壩形形成水庫，，利用水庫庫與海水之之間的水位位差所蓄積積的勢能來來發(fā)電，稱稱為潮位發(fā)電?！?.3.1.1潮汐發(fā)電的的方式漲潮和落潮潮時，潮汐汐發(fā)電的原原理如圖所所示?！?.3.1.2潮汐電站的的裝機容量量和發(fā)電量量電站的可能能裝機容量量，理論上上可根據(jù)潮潮汐勢能大大小計算。。例如，半日日潮的潮汐汐電站裝機機容量P，，可用公式式計算：式中H——平均潮潮差（m））；S——水庫平平均面積（（km2）。教材中表7.5給出出了面積為為1km2的水庫、落落差為3～～10米時時，可供發(fā)發(fā)電的最大大功率。建潮汐電站站時，年發(fā)發(fā)電量可利利用下面公公式進行計計算：式中a——單向發(fā)發(fā)電時取0.40，，雙向發(fā)電電時取0.55；可用這個公公式估算潮汐能蘊藏藏量和潮汐電站的的年發(fā)電量量?！?.3.2潮汐汐電站的結(jié)結(jié)構(gòu)潮汐電站的的選址：潮汐電站可可建在三角洲、河河口、海灘灘或其它的受受潮汐影響響的海水伸伸展地帶，，最好選在““口小肚大”的海灣上上，這樣只只要修建一一個短短的的大壩，就就可以圍住住很多海水水，成為一一個大水庫庫。潮汐電站的的構(gòu)成：潮汐能電站站是綜合的的建設工程程，主要由由攔水堤壩、、水閘和發(fā)發(fā)電廠三部部分組成。有通航要求求的潮汐能能電站還應應設置船閘。潮汐電站對對水輪發(fā)電電機組有特特殊的要求求，例如：：1）應滿足足潮汐低水頭、大流量的水力特性性；2）在海水水中工作時時，防腐、防污、密封和發(fā)電機機防潮；3）需要性性能好的開開關設備，，適應機組組隨潮汐漲漲落而頻繁繁啟動和停停止；§5.3.3潮汐汐電站的水水輪發(fā)電機機組根據(jù)水輪機的布布置和結(jié)構(gòu)型式，潮汐電站站所用的水水輪發(fā)電機機組有以下下幾類：（1）立軸定槳式式水輪發(fā)電機機組。（2）軸伸貫流式式水輪發(fā)電機機組。（3）豎井貫流式式水輪發(fā)電機機組。（4）燈泡貫流式式水輪發(fā)電機機組。（5）全貫流式水輪發(fā)電機機組。§5.3.3潮汐汐電站的水水輪發(fā)電機機組§5.4潮潮汐電站的的類型（1）單庫單向潮潮汐電站（2）單庫雙向潮潮汐電站§5.4潮潮汐電站站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)發(fā)電潮汐電電站§5.4潮潮汐電站站的類型§5.5潮潮汐發(fā)電的的特點§4.5.1潮汐發(fā)發(fā)電的優(yōu)點點主要包包括：：（1））潮汐汐能源源可循環(huán)環(huán)再生生。（2））潮汐汐變化化有規(guī)規(guī)律，，發(fā)電電輸出出沒有季季節(jié)性性。（3））靠近近用電電中心心，不消耗耗燃料料，運行費費用低低。（4））潮汐汐發(fā)電電不排排放有有害物物質(zhì)，，不會污污染環(huán)環(huán)境。（5））潮汐汐電站站建設設不需淹淹地、、移民民，還可可以綜合利利用?！?.5.2潮潮汐發(fā)發(fā)電的的不足足作為新新興的的電力力能源源，目目前也也存在在一些些不足足。（1））發(fā)電電出力力有間歇歇性。（2））水頭頭低，，發(fā)電電效率不不高。（3））工程程復雜雜，建建設投資大大。（4））關于于泥沙淤淤積問問題的疑慮慮?！?.5潮潮汐發(fā)發(fā)電的的特點點§5.6潮潮汐發(fā)發(fā)電的的發(fā)展展潮汐發(fā)發(fā)電研研究已已有100多多年年歷史史，最最早從從歐洲洲開始始，德德國和和法國國走在在最前前面。。發(fā)電電成為為潮汐汐能利利用的的主要要發(fā)展展方向向。19世世紀紀末，法國人提出出興建建潮汐汐能發(fā)發(fā)電站站的設設想。。1912年年世界上上第一一座潮潮汐能能電站站建成成（參見教教材）。1913年年法法國的潮汐汐電站站成功功的進進行了了發(fā)電電試驗驗，接接著又又建了了一座座容量量為1865kW的潮汐汐電站站。§5.6.1世世界潮潮汐發(fā)發(fā)電的的發(fā)展展直到1960s，潮潮汐發(fā)發(fā)電才才在世世界范范圍內(nèi)內(nèi)有了了較快快發(fā)展展。1967年年世界上上第一座座具經(jīng)濟濟價值值的生生產(chǎn)性性潮汐汐發(fā)電電站，，標志志著潮潮汐發(fā)發(fā)電進進入了了實用用階段段。前蘇聯(lián)聯(lián)、英英國、、美國國、加加拿大大、瑞瑞典、、丹麥麥、挪挪威、、印度度等國國，也也都陸陸續(xù)研研究，，相繼繼建成成一批批潮汐汐發(fā)電電站。。教材表表4-5給給出了了世界界上現(xiàn)現(xiàn)有的的大型型潮汐汐電站站。聯(lián)合國國《開開發(fā)論論壇》》曾估估計，，2000年年世界潮潮汐發(fā)發(fā)電可可達300至至600億億千千瓦時時，實際際進展展卻沒沒有這這么快快。初初步統(tǒng)統(tǒng)計，，全世世界潮潮汐電電站的的總裝裝機為為26.5萬萬千千瓦(265MW)。預計到到2020年年，世界界潮汐汐電站站發(fā)電電總量量將達達120億億到到600億億千千瓦瓦時時。世界界之之最最：：（詳詳見見教教材材））世界界上上最早早的潮潮汐汐電電站站；；世界界上上裝機機容容量量最最大大的潮潮汐汐電電站站；；世界界上上第第一一座座具經(jīng)經(jīng)濟濟價價值值的的生生產(chǎn)產(chǎn)性性潮汐汐發(fā)發(fā)電電站站；；世界界上上單機機容容量量最最大大的潮潮汐汐電電站站。?！?.6.2我我國國潮潮汐汐發(fā)發(fā)電電的的發(fā)發(fā)展展中國國是是世世界界上上建建造造潮潮汐汐電電站站最多多的國國家家。。1950s－－1970s，，先先后后建建了了約約50座潮潮汐汐電電站站，，但但據(jù)據(jù)1980s初初的的統(tǒng)統(tǒng)計計，，其其中中大大多多數(shù)數(shù)已已經(jīng)經(jīng)不不再再使使用用。。例如如，，1977年年初初廣廣西西曾曾在在欽欽州州果果子子山山建建成成一一座座小小型型的的實實驗驗性性潮潮汐汐電電站站…………。。我國國的的潮潮差差偏偏小小，，平平均均潮潮差差都都<5m，因因而而潮潮汐汐