潮汐能電技術(shù)

第七章潮汐能發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)目錄第7章潮汐發(fā)電技術(shù)7.1潮汐和潮汐能7.2潮汐能發(fā)電7.3世界潮汐能發(fā)電7.4中國潮汐能發(fā)電7.1潮汐和潮汐能7.1.1海洋能簡介

(1)海洋能概念海洋：地球上廣大連續(xù)的水體,面積占地球70.9%海洋是吸能器和貯能器海洋能：海水中蘊(yùn)藏著的巨大動力資源海洋能包括：潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能、海水鹽差能等各種不同形態(tài)的能源。潮汐能：海水漲潮和落潮形成的水的動能和勢能波浪能：海洋表面波浪所具有的動能和勢能海流能：海水流動的動能，主要指海底水道和海

峽中較為穩(wěn)定的流動，以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)

律的海水流動7.1.1海洋能簡介

(2)海洋能概念海水溫差能：海洋表層海水和深層海水溫度之差

的熱能海水鹽差能：海水和淡水之間以及含鹽濃度不同

的兩種海水之間的電位差能潮汐能和潮流能來源于星球之間的引力作用，其余各類均來源于太陽輻射能海洋能按照賦存形式分為機(jī)械能、熱能、化學(xué)能機(jī)械能：潮汐能、海流能、波浪能熱能：海水溫差能化學(xué)能：海水鹽差能7.1.1海洋能簡介

(3)海洋能特點(diǎn)能量蘊(yùn)藏量巨大、可以再生海水溫差能蘊(yùn)藏500億kW,可以開發(fā)20億kW海洋波浪能蘊(yùn)藏700億kW,可以開發(fā)30億kW潮汐能蘊(yùn)藏30億kW海流能蘊(yùn)藏50億kW,可以開發(fā)0.5億kW海水鹽差能蘊(yùn)藏300億kW,可以開發(fā)26億kW能量密度低溫差能低熱頭：較大溫差為20-25度潮汐能是低水頭：較大潮差為7-10米潮流能和海流能是低速頭的：最大流速一般2m/s波浪能低密度：浪高3m的海面比燃煤電站熱交換器的交換能量低一個數(shù)量級7.1.1海洋能簡介

(4)海洋能特點(diǎn)穩(wěn)定性比其它自然能源好發(fā)生在廣袤無垠的海洋中，開發(fā)技術(shù)難度大中國海岸和海洋能中國海岸線18400多km有6500多個島嶼，島嶼海岸線14000多km海域面積473萬多km2中國海洋能蘊(yùn)藏6.3億kW潮汐能：1.9億kW波浪能：1.5億kW溫差能：1.5億kW海流能：0.3億kW鹽差能：1.1億kW7.1.2潮汐和潮汐能定義(1)潮汐潮汐：由于太陽和月球?qū)Φ厍蚋魈幰Φ牟煌?/p>

引起的海水有規(guī)律的周期性的漲落現(xiàn)象，叫海洋

潮汐，簡稱潮汐潮位過程線：潮汐水位隨時間變化的過程線潮差：每次潮汐的潮峰與潮谷的水位差潮汐的平均周期：潮汐的這次高潮或低潮到下次

高潮或低潮的相隔的平均時間，一般12h25min潮：海水在白晝的漲落汐：海水在夜間的漲落7.1.2潮汐和潮汐能定義(2)潮汐的類型（按照漲落的周期分）半日潮：多數(shù)海區(qū)潮汐的漲落24h50min（天文學(xué)上稱為一個太陰日）有兩個周期,半日一個周期。如中國黃海、東海全日潮：一個太陰日出現(xiàn)一個高潮和低潮。北部灣混合潮：每日升降兩次和一次混雜出現(xiàn)。中國南海不正規(guī)半日潮不正規(guī)全日潮潮汐主要是由于月球?qū)Φ厍虻奈斐傻模鋵Φ厍虻囊绷κ翘枌Φ厍蛞绷Φ?.17倍7.1.2潮汐和潮汐能定義(3)潮汐能潮汐能：潮汐所具有的能量。潮汐漲落的動能和位能是一種取之不盡，用之不竭的動力資源，被譽(yù)為“藍(lán)色煤?！背毕苤饕c潮差大小有關(guān)，一般淺海、海灣和河口地區(qū)潮差較大如杭州灣錢塘江怒潮，潮頭高度可達(dá)3.5m，超差可達(dá)8.9m，蘊(yùn)含巨大的能量。7.2潮汐能發(fā)電7.2.1潮汐能發(fā)電的原理及型式(1)潮汐能發(fā)電原理潮汐發(fā)電，就是利用海水漲落及其所造成的水位差來推動水輪機(jī)，再由水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)來發(fā)電。其發(fā)電的原理與一般的水力發(fā)電差別不大。不過，一般的水力發(fā)電的水流方向是單向的，而潮汐發(fā)電則不同。從能量轉(zhuǎn)換的角度來說，潮汐發(fā)電首先是把潮汐的動能和位能通過水輪機(jī)變成機(jī)械能，然后再由水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.2.1潮汐能發(fā)電的原理及型式(1)潮汐能發(fā)電原理潮汐發(fā)電按照能量形式的不同分為利用潮汐動能發(fā)電：利用漲落潮水的流速直接沖擊水輪機(jī)發(fā)電。利用潮流動能發(fā)電一般流速大于1m/s,且潮流較強(qiáng)時考慮，其結(jié)構(gòu)簡單造價低但是，發(fā)電不穩(wěn)定利用潮汐勢能發(fā)電：在海灣或者河口修筑攔潮大壩，利用壩內(nèi)外漲落潮時候的水位差來發(fā)電。利用勢能發(fā)電造價高、發(fā)電量大7.2.1潮汐能發(fā)電的原理及型式

(2)潮汐能發(fā)電站按照開發(fā)方式不同分為單庫單向式：只在落潮時發(fā)電充水、等候、發(fā)電、等候工況（4個工況）投資少,發(fā)電少,單向發(fā)電,天均發(fā)電10-12h,效率22%單庫雙向式：在漲、落潮時都能發(fā)電等候,漲潮發(fā)電,充水,等候,落潮發(fā)電,泄水(6個工況)廠房水工建筑物的結(jié)構(gòu)和水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)均要復(fù)雜一些，一般每天可發(fā)電16~20小時，能充分利用潮汐能雙庫單向式：可連續(xù)發(fā)電分為上水庫和下水庫工程量大、投資大，但可以連續(xù)發(fā)電，效率高發(fā)電結(jié)合抽水蓄能式：漲潮將水抽入水庫，落潮將水抽出水庫，增加有效水頭，提高發(fā)電量7.2.2潮汐能發(fā)電站的組成

(1)攔水堤壩：將河口或港灣水域與外海隔開，形成潮汐水庫土壩石壩混凝土和鋼筋混凝土壩水閘：調(diào)節(jié)水庫的進(jìn)出水量漲潮向水庫進(jìn)水落潮從水庫往外放水發(fā)電廠：將潮汐能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)構(gòu)，主要設(shè)備是水輪發(fā)電機(jī)組豎軸式機(jī)組臥軸式機(jī)組貫流式機(jī)組：減小廠房長度7.2.3潮汐能可開發(fā)資源量計算(1)單向潮汐電站裝機(jī)容量：N=200A2F(kW)年發(fā)電量：E=0.40×106A2F(kWh)A---平均潮差（m）F---水庫面積（m2）雙向潮汐電站裝機(jī)容量：N=200A2F(kW)年發(fā)電量：E=0.55×106A2F(kWh)

A---平均潮差（m）

F---水庫面積（m2）7.2.4潮汐能發(fā)電的若干技術(shù)問題(1)潮汐發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)問題低水頭、大流量、變工況水輪發(fā)電機(jī)組電站運(yùn)行和控制電站與海洋環(huán)境的相互作用電站對環(huán)境的影響海洋環(huán)境對電站的影響電站系統(tǒng)優(yōu)化協(xié)調(diào)電量、間斷發(fā)電設(shè)備造價和可靠性等電站設(shè)備海水中防腐蝕法國朗斯潮汐能電站，加拿大安納波利斯潮汐能

電站和中國江廈潮汐能電站，技術(shù)比較成熟7.2.4潮汐能發(fā)電的若干技術(shù)問題(2)潮汐發(fā)電要進(jìn)一步研究解決的技術(shù)問題泥沙淤積問題：會使水庫的容積縮小，通水渠道變窄，水庫使用壽命縮短，發(fā)電量減少，加速水輪機(jī)葉片的磨損海工結(jié)構(gòu)的防腐蝕和防海洋生物附著問題：使通流部分阻塞、轉(zhuǎn)動部分失靈等影響電力的補(bǔ)償問題：補(bǔ)償不能發(fā)電的時段采用雙水庫：上下水庫終日保持水位差旁加抽水蓄能電站另配置火電機(jī)組與河川水電站聯(lián)合運(yùn)行與較大電力系統(tǒng)相連調(diào)整適應(yīng)間斷供電的用電負(fù)荷7.2.4潮汐能發(fā)電的若干技術(shù)問題(3)確定建設(shè)潮汐能發(fā)電站應(yīng)考慮的主要問題從當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用電的需要出發(fā)必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、科學(xué)認(rèn)真分析建設(shè)潮

汐能發(fā)電的客觀條件潮汐條件：根據(jù)一段時間的最大、最小、平均超差進(jìn)行綜合分析判斷地形條件：選海灣內(nèi)或通海河口作為建站地址地質(zhì)條件：攔水壩建成以后，壩基的地質(zhì)條件要足以承受壩體的質(zhì)量；壩基和兩岸地帶還要滿足不漏水的要求；進(jìn)行投資和效率綜合分析，選出最合理的方案建筑材料條件7.2.5潮汐能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性(1)潮汐能發(fā)電優(yōu)點(diǎn)能量可以再生，取之不盡潮汐漲落有規(guī)律，可以預(yù)報，沒有枯水期清潔，不污染環(huán)境運(yùn)行費(fèi)用低基本沒有淹地、移民問題除發(fā)電外可以農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、灌溉綜合利用潮汐能發(fā)電主要問題單位建設(shè)投資大，造價高水頭低，機(jī)組耗鋼多發(fā)電具有間斷性工程上有泥沙、海水腐蝕和污黏等問題7.3世界潮汐能發(fā)電7.3.1潮汐能利用簡史(1)潮汐能利用11-12世紀(jì)，法國英國等潮汐能水磨16世紀(jì)，俄國出現(xiàn)潮汐能水磨18世紀(jì)，潮汐能鋸木廠19世紀(jì)末，法國出現(xiàn)建立潮汐能電站構(gòu)想1913年，德國在北海海岸蘇姆灣建立了世界上第一座潮汐發(fā)電站。后法國建立1865kW的潮汐能電站1957年,中國在山東建成中國第一座潮汐發(fā)電站1967年，法國朗斯潮汐發(fā)電站建成，這是世界上

第一座具有經(jīng)濟(jì)價值，而且也是目前世界上最大

的潮汐發(fā)電站。7.3.2世界潮汐能利用現(xiàn)狀(1)目前，世界潮汐能發(fā)電站裝機(jī)265MW，年發(fā)電量約6億kWh，是海洋能中最成熟的，利用規(guī)模最大的一種法國1967年，朗斯電站投入運(yùn)行世界上裝機(jī)容量最大的潮汐能電站，位于法國西北部英吉利海峽沿岸24臺1萬kW的機(jī)組，機(jī)組利用率95％發(fā)電工程主要包括發(fā)電站廠房船閘泄水閘堆石壩7.3.2世界潮汐能利用現(xiàn)狀(2)法國朗斯電站主要參數(shù)最大潮差：13m平均潮差：8.5m庫容：1.84億m3壩長：750m壩高：12m水庫面積：22km2廠房總長384.5m機(jī)組型式：雙向六工況燈泡貫流式機(jī)組年發(fā)電能力：6億kWh總投資：4.8億法郎控制方式：計算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)電成本：1975年0.0872法郎/kWh7.3.2世界潮汐能利用現(xiàn)狀(3)前蘇聯(lián)1968年在烏拉灣建立基斯拉雅潮汐電站最大潮差：3.9m平均潮差：2m壩長：50m機(jī)組型式：燈泡貫流式機(jī)組裝機(jī)容量:400kW英國塞汶河口潮汐能豐富,平均潮差8.8m,最大潮差

15.6m。塞汶灣潮汐電站安裝水輪發(fā)電機(jī)組160臺，總裝機(jī)容量7200MW，年發(fā)電量14.4TWh加拿大1972年成立“潮汐發(fā)電評議委員會”，提出計劃。1984年建成的安納波利斯潮汐能電站總裝機(jī)為2萬kW，是目前世界上單機(jī)容量最大的機(jī)組7.3.2世界潮汐能利用現(xiàn)狀(4)日本1970年進(jìn)行了理論探討潮汐能不豐富，建設(shè)小型試驗性潮汐能發(fā)電站朝鮮1974年開始建立試驗性潮汐能電站有兩臺機(jī)組于1976年和1977年開始運(yùn)轉(zhuǎn)韓國正在規(guī)劃建設(shè)潮汐能電站，裝機(jī)容量為40萬kW美國正在建設(shè)42.4萬kW的潮汐電站7.4中國潮汐能發(fā)電7.4.1中國潮汐能開發(fā)利用簡史(1)潮汐能利用1900年前東漢有人給出潮汐能的解釋1000年前有了潮汐磨潮汐能當(dāng)作動力來運(yùn)石塊制鹽1955年建立中國第一座潮汐水能泵站，可進(jìn)行抽水灌溉1958年廣東順德建了中國第一座潮汐能發(fā)電站——雞州潮汐電站7.4.2中國潮汐能資源(1)潮汐能資源中國潮汐能堤線長2-5km以下、堤線下水深10m以下，平均潮差0.5m，500處潮汐能地址理論蘊(yùn)藏量1.1億kW分布于河北、天津、山東、江蘇、上海、浙江、

福建、廣東、廣西和臺灣其中浙江福建兩省的蘊(yùn)藏量占80％以上可開發(fā)裝機(jī)2157.5萬kW,年發(fā)電量618億kWh,閩、浙兩省可開發(fā)裝機(jī)1912.6萬kW具有開發(fā)價值的主要有福建大官坂、福建八尺門、浙江健跳港、浙江黃墩港杭州灣、樂清灣、長江口北支7.4.3中國潮汐能發(fā)電現(xiàn)狀(1)總體潮汐能資源利用現(xiàn)狀1958年來，共建設(shè)小型潮汐電站50多座到2002年，正在運(yùn)行的潮汐電站8座，總裝機(jī)容量10650kW江廈潮汐能發(fā)電站位于浙江樂清灣中國最大雙向潮汐能發(fā)電站總裝機(jī)3200kW臥軸雙向燈泡貫流機(jī)組單機(jī)容量500、600、700kW7.4.3中國潮汐能發(fā)電現(xiàn)狀(2)潮汐電站白沙口潮汐能發(fā)電站：山東省，總裝機(jī)容量為640kW，由4臺單機(jī)容量為160kW的豎軸貫流式機(jī)組組成沙山潮汐能發(fā)電站：浙江省，是一座蓄水式單項型的潮汐能發(fā)電站岳浦潮汐能發(fā)電站：浙江省，蓄水庫面積約為1900m2，可蓄水40萬m3，裝機(jī)容量為150kW，由兩臺75kW的單機(jī)組成海山潮汐能發(fā)電站：浙江省，裝機(jī)容量為150kW，由