潮汐能與潮汐發(fā)電解析課件

潮汐能與潮汐發(fā)電解析潮汐能與潮汐發(fā)電解析潮汐能與潮汐發(fā)電解析§4潮汐能與潮汐發(fā)電關(guān)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?fàn)顩r如何？教學(xué)目標(biāo)了解人類認(rèn)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(yīng)用情況。通過閱讀報刊，我們能增長見識，擴大自己的知識面。潮汐能與潮汐發(fā)電解析潮汐能與潮汐發(fā)電解析潮汐能與潮汐發(fā)電解析1§4潮汐能與潮汐發(fā)電關(guān)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?fàn)顩r如何？教學(xué)目標(biāo)了解人類認(rèn)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(yīng)用情況?！?潮汐能與潮汐發(fā)電關(guān)注的問題2§4.1人類對潮汐的認(rèn)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”。§4.1.1人類對潮汐的認(rèn)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(rèn)識和利用我國古人把白天的海水漲落叫做3§4.1人類對潮汐的認(rèn)識和利用§4.1.1人類對潮汐的認(rèn)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(dāng)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?！?.1人類對潮汐的認(rèn)識和利用§4.1.1人類對潮汐的4§

4.1.2人類對潮汐的早期利用潮汐是人類最早認(rèn)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：洛陽橋，是一座長834米，寬7米跨江接海的大石橋，建于北宋年間。幾十噸重的大石梁，怎么架到橋墩上去的呢？工匠發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)馗哌_(dá)6米的潮差可利用，漲潮時，將石料放在木排上，將木排引入兩個橋墩之間，潮水上漲，慢慢高過橋墩；潮水下落，石料就落在石墩上了。6~7世紀(jì)，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。§4.1.2人類對潮汐的早期利用潮汐是人類最早認(rèn)識和5§

4.1.2人類對潮汐的早期利用10世紀(jì)左右，在波斯灣，人們開始以潮汐能為動力驅(qū)動水車進(jìn)行面粉加工。11～12世紀(jì)，大西洋沿岸也出現(xiàn)了潮汐磨坊，有些一直沿用到20世紀(jì)。英國至今仍保留著一個12世紀(jì)的潮汐磨，碾谷子供游客參觀。16世紀(jì)，俄國沿海居民也使用過類似的潮汐能水磨，18世紀(jì)，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(jì)，潮汐能的魅力達(dá)到了高峰，人們開始懂得利用潮差能來發(fā)電?！?.1.2人類對潮汐的早期利用10世紀(jì)左右，在波6§

4.2潮汐能資源

§

4.2.1潮汐的描述和分類用于描述潮汐的各個要素如圖所示。潮位基本點§4.2潮汐能資源

§4.2.1潮汐的描述和分類用于7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（24小時50分鐘）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。半日潮：在一個太陰日里海面有兩漲兩落，半日完成一個周期。世界上多數(shù)海區(qū)的潮汐都是半日潮。全日潮：在一個太陰日里只有一漲一落，一日完成一個周期?；旌铣保好咳諠q落兩次和漲落一次混雜出現(xiàn)的潮汐。又分為不規(guī)則半日潮和不規(guī)則全日潮?！?/p>

4.2.1

潮汐的描述和分類海面的一漲一落兩個過程為一個潮汐循環(huán)?！?.2.1潮汐的8§4.2.2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(shù)條件下最為現(xiàn)實的一種?！?.2.2潮汐能資源及其分布海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生9§4.2.2.1

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(shù)上允許利用的約1億千瓦。潮汐能大小直接與潮差有關(guān)，潮差越大，能量也就越大。在深海大洋中的潮差一般較小，潮汐能量并不大；而淺海、狹窄的海灣和某些河口區(qū)潮差較大。實踐證明，平均潮差≥3m才有經(jīng)濟效益，否則難于實用化?！?.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10

§4.2.2.2

我國的潮汐能資源據(jù)初步統(tǒng)計，全國潮汐能蘊藏量約為2.9億千瓦（比10個三峽電站還要多），年發(fā)電量可達(dá)2750億度，可供應(yīng)一億個城市家庭用電?！吨袊履茉磁c可再生能源1999白皮書》資料顯示我國可開發(fā)潮汐能資源裝機容量達(dá)2000多萬千瓦，年發(fā)電量可達(dá)600多億度。據(jù)1982年可開發(fā)潮汐資源調(diào)查數(shù)據(jù)，福建、浙江可開發(fā)的潮汐能裝機容量為1913萬千瓦，年發(fā)電量為547億千瓦時，占全國可開發(fā)利用潮汐能總裝機容量的88.65%?！?.2.2.2我國的潮汐能資源據(jù)初步統(tǒng)計，全國潮汐能11§4.3潮汐發(fā)電原理和電站構(gòu)成和內(nèi)陸河川的水力發(fā)電相比，潮汐能的能量密度很低，相當(dāng)于微水頭發(fā)電的水平。世界上平均潮差（多次潮差的平均值）的較大值約為13～15m。我國的最大平均潮差為8.9m，出現(xiàn)在浙江杭州的灣瞰浦。潮汐發(fā)電和水力發(fā)電的基本原理是一樣的，所用設(shè)備也大致相同?！?.3潮汐發(fā)電原理和電站構(gòu)成和內(nèi)陸河川的水力發(fā)電相比，潮12§4.3.1潮汐發(fā)電的原理

§4.3.1.1

潮汐發(fā)電的方式廣義的潮汐發(fā)電，按能量利用的形式分為兩種：

一種是利用潮汐時流動的海水所具有的動能驅(qū)動水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，稱為潮流發(fā)電；

一種是在河口、海灣處修筑堤壩形成水庫，利用水庫與海水之間的水位差所蓄積的勢能來發(fā)電，稱為潮位發(fā)電?！?.3.1潮汐發(fā)電的原理

§4.3.1.1潮汐發(fā)電13§4.3.1.1

潮汐發(fā)電的方式漲潮和落潮時，潮汐發(fā)電的原理如圖所示?！?.3.1.1潮汐發(fā)電的方式漲潮和落潮時，潮汐發(fā)電的原14§4.3.1.2

潮汐電站的裝機容量和發(fā)電量電站的可能裝機容量，理論上可根據(jù)潮汐勢能大小計算。例如，半日潮的潮汐電站裝機容量P，可用公式計算：式中H——平均潮差（m）；

S——水庫平均面積（km2）。若水面積為1km2的水庫、落差為3米時，可供發(fā)電的最大功率為1800kW；落差為7米時，可供發(fā)電的最大功率9800kW；落差為10米時，可供發(fā)電的最大功率20000kW

?！?.3.1.2潮汐電站的裝機容量和發(fā)電量電站的可能裝機容15建潮汐電站時，年發(fā)電量可利用下面公式進(jìn)行計算：式中a——單向發(fā)電時取0.40，雙向發(fā)電時取0.55；可用這個公式估算潮汐能蘊藏量和潮汐電站的年發(fā)電量。建潮汐電站時，年發(fā)電量可利用下面公式進(jìn)行計算：式中a——單16§4.3.2潮汐電站的結(jié)構(gòu)潮汐電站的選址：潮汐電站可建在三角洲、河口、海灘或其它的受潮汐影響的海水伸展地帶，最好選在“口小肚大”的海灣上，這樣只要修建一個短短的大壩，就可以圍住很多海水，成為一個大水庫。潮汐電站的構(gòu)成：潮汐能電站是綜合的建設(shè)工程，主要由攔水堤壩、水閘和發(fā)電廠三部分組成。有通航要求的潮汐能電站還應(yīng)設(shè)置船閘?！?.3.2潮汐電站的結(jié)構(gòu)潮汐電站的選址：17潮汐電站對水輪發(fā)電機組有特殊的要求，例如：1）應(yīng)滿足潮汐低水頭、大流量的水力特性；2）在海水中工作時，防腐、防污、密封和發(fā)電機防潮；3）需要性能好的開關(guān)設(shè)備，適應(yīng)機組隨潮汐漲落而頻繁啟動和停止；§4.3.3潮汐電站的水輪發(fā)電機組潮汐電站對水輪發(fā)電機組有特殊的要求，例如：§4.3.3潮18根據(jù)水輪機的布置和結(jié)構(gòu)型式，潮汐電站所用的水輪發(fā)電機組有以下幾類：（1）立軸定槳式水輪發(fā)電機組:水輪機和發(fā)電機的軸豎向連接，垂直于水面。水輪機置于混凝土水渦殼內(nèi)，發(fā)電機置于廠房上部，廠房面積較大，工程投資偏高，進(jìn)水管和尾水管彎曲較多，水能損失大，效率低。（2）軸伸貫流式水輪發(fā)電機組：機組的軸臥置，發(fā)電機置于廠房內(nèi)。進(jìn)水管短，進(jìn)水管和尾水管的彎度大大減小，因而廠房結(jié)構(gòu)簡單，水流能量損失較少。但尾管仍很長，所以需要廠房也較長?！?.3.3潮汐電站的水輪發(fā)電機組根據(jù)水輪機的布置和結(jié)構(gòu)型式，潮汐電站所用的水輪發(fā)電機組有以下19（3）豎井貫流式水輪發(fā)電機組：發(fā)電機置于具有流線型斷面的豎井中。優(yōu)點：運行方便，發(fā)電機通風(fēng)冷卻條件好。（4）燈泡貫流式水輪發(fā)電機組：水輪機、發(fā)電機全部放在一個密封的混凝土燈泡體內(nèi)，只有水輪機槳葉露在外面。燈泡體置于發(fā)電機廠房的水流道內(nèi)。缺點：安裝操作不方便，占用水道太多。（5）全貫流式水輪發(fā)電機組：發(fā)電機定子置于水流道的周壁，水輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子則裝在水流通道中的一個密閉體內(nèi)。優(yōu)點：體積較小，操作運行方便。缺點：定子和轉(zhuǎn)子間的動密封難度大，設(shè)備不易制造?！?.3.3潮汐電站的水輪發(fā)電機組（3）豎井貫流式水輪發(fā)電機組：發(fā)電機置于具有流線型斷面的豎井20§4.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站§4.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站21§4.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站水流只在落潮時單方向通過水輪發(fā)電機組發(fā)電。運動方式：漲潮時打開水庫充水，到平潮時關(guān)閉閘門，落潮時打開水輪機閥門，使水通過水輪機組發(fā)電。整個潮汐周期內(nèi)，電站的運行按4個工況運行：

(a)充水工況(潮位高于水庫水位)：電站停止發(fā)電，開啟水閘，潮水進(jìn)入水庫，直至水庫內(nèi)外水位平齊為止。

(b)等候工況(水庫水位高于潮位，但水位差未達(dá)到水輪機組啟動水頭)：關(guān)閉水閘，保持水庫水位不變，海洋側(cè)因落潮而水位下降。

(c)發(fā)電工況：水輪機組發(fā)電，水庫水位下降，直至水庫內(nèi)外水位差小于發(fā)電所需最小水頭?！?.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站水流只在落潮時22§4.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站(d)等候工況：水輪機組停止運行，保持水庫水位不變，海洋側(cè)水位因漲潮而上升，直至水庫內(nèi)外水位平齊，轉(zhuǎn)入下一個周期。單方向發(fā)電，每日發(fā)電時間短，發(fā)電量較少。半日潮的地方，平均每天僅發(fā)電10~12h，潮汐能不能充分利用，電站效率僅為22%。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，投資較少。我國多數(shù)小型潮汐電站采用這種形式。例如，浙江的岳浦潮汐電站和山東的白沙口潮汐電站?！?.4潮汐電站的類型（1）單庫單向潮汐電站(d)23（2）單庫雙向潮汐電站§4.4潮汐電站的類型（2）單庫雙向潮汐電站§4.4潮汐電站的類型24§4.4潮汐電站的類型（2）單庫雙向潮汐電站只有一個水庫，但在漲潮時或落潮時都可發(fā)電。只有水庫內(nèi)外水位相平時，才不能發(fā)電。整個潮汐周期內(nèi)，電站有等候、漲潮發(fā)電、充水、等候、落潮發(fā)電、泄水6個工況運行。結(jié)構(gòu)上較單庫單向潮汐電站復(fù)雜，但每日發(fā)電時間長，發(fā)電量較多，一般每天可發(fā)電16~20h，能較為充分的利用潮汐的能量。適宜于大中型電站。浙江溫嶺的江廈潮汐電站（1980年建，總裝機容量3.2MW），江蘇太倉瀏河潮汐電站（1976年建，總裝機容量150kW）采用這種形式?！?.4潮汐電站的類型（2）單庫雙向潮汐電站只有一個水庫，25（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站§4.4潮汐電站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站§4.4潮汐電站的類型26§4.4潮汐電站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站有兩個水庫，一個專門進(jìn)潮（稱為上水庫），一個水庫專門出潮（稱為下水庫），在兩個水庫之間設(shè)置發(fā)電廠房并相連通。漲潮時潮位高于上庫水位，上水庫打開閘門進(jìn)水，水位增高；下水庫閘門關(guān)閉，水位不變。上、下水庫的水位達(dá)到一定落差時，開啟電站閥門，水從上水庫流向下水庫，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。過了高潮，當(dāng)潮位降到與上水庫水位相等時，關(guān)閉上水庫閘門。由于上、下水庫仍保持一定落差，可以繼續(xù)發(fā)電?！?.4潮汐電站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站有兩個水庫27§4.4潮汐電站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站當(dāng)潮位降低到低于下水庫水位時，打開下水口的閘門，下水庫水位下降，使上下水庫之間保持一定的落差，從而繼續(xù)發(fā)電。海面經(jīng)過低潮后開始回升，當(dāng)潮位與下水庫水位相等時，關(guān)閉下水庫閘門。在潮汐漲落中，通過控制進(jìn)水閥和出水閥，使高水庫和低水庫間始終保持一定落差，從而實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。效率較單庫單向形式提高34%，但建筑物多，工程投資高，經(jīng)濟上不合算，實際應(yīng)用不多?！?.4潮汐電站的類型（3）雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站當(dāng)潮位降低28§4.5潮汐發(fā)電的特點§4.5.1潮汐發(fā)電的優(yōu)點主要包括：（1）潮汐能源可循環(huán)再生。（2）潮汐變化有規(guī)律，發(fā)電輸出沒有季節(jié)性。（3）靠近用電中心，不消耗燃料，運行費用低。（4）潮汐發(fā)電不排放有害物質(zhì)，不會污染環(huán)境。（5）潮汐電站建設(shè)不需淹地、移民，還可以綜合利用?！?.5潮汐發(fā)電的特點§4.5.1潮汐發(fā)電的優(yōu)點主要包括29§4.5.2潮汐發(fā)電的不足作為新興的電力能源，目前也存在一些不足。（1）發(fā)電出力有間歇性。（2）水頭低，發(fā)電效率不高。（3）工程復(fù)雜，建設(shè)投資大。（4）關(guān)于泥沙淤積問題的疑慮?！?.5潮汐發(fā)電的特點§4.5.2潮汐發(fā)電的不足作為新興的電力能源，目前也存在一30§4.6潮汐發(fā)電的發(fā)展潮汐發(fā)電研究已有100多年歷史，最早從歐洲開始，德國和法國走在最前面。發(fā)電成為潮汐能利用的主要發(fā)展方向。19世紀(jì)末，法國人提出興建潮汐能發(fā)電站的設(shè)想。1912年世界上第一座潮汐能電站（布蘇姆潮汐電站）建成于德國，裝機容量5kW，第一次世界大戰(zhàn)期間遭破壞。1913年法國的潮汐電站成功的進(jìn)行了發(fā)電試驗，接著又在布列塔尼島建了一座容量為1865kW

的潮汐電站?！?.6.1世界潮汐發(fā)電的發(fā)展§4.6潮汐發(fā)電的發(fā)展潮汐發(fā)電研究已有100多年歷史，31直到1960s，潮汐發(fā)電才在世界范圍內(nèi)有了較快發(fā)展。1967年，法國建成朗斯電站（裝機240MW，平均潮差8.5m），是世界上第一座具經(jīng)濟價值的生產(chǎn)性潮汐發(fā)電站，標(biāo)志著潮汐發(fā)電進(jìn)入了實用階段。前蘇聯(lián)、英國、美國、加拿大、瑞典、丹麥、挪威、印度等國，也都陸續(xù)研究，相繼建成一批潮汐發(fā)電站。聯(lián)合國《開發(fā)論壇》曾估計，2000年世界潮汐發(fā)電可達(dá)300至600億千瓦時，實際進(jìn)展卻沒有這么快。初步統(tǒng)計，全世界潮汐電站的總裝機為26.5萬千瓦(265MW)。預(yù)計到2020年，世界潮汐電站發(fā)電總量將達(dá)120億到600億千瓦時。直到1960s，潮汐發(fā)電才在世界范圍內(nèi)有了較快發(fā)展。32世界之最：世界上最早的潮汐電站：1921年，德國布蘇姆潮汐電站，裝機容量5kW。世界上裝機容量最大的潮汐電站：法國朗斯潮汐電站，裝機容量240MW，共有24臺10MW的水輪機和可逆式燈泡發(fā)電機組。世界上第一座具經(jīng)濟價值的生產(chǎn)性潮汐發(fā)電站：法國朗斯潮汐電站，1967年。世界上單機容量最大的潮汐電站：加拿大安納波利斯潮汐實驗電站。建成于1984年，采用單庫單向形式，采用20MW的全貫流水輪發(fā)電機組。世界之最：33§4.6.2我國潮汐發(fā)電的發(fā)展中國是世界上建造潮汐電站最多的國家。1950s－1970s，先后建了約50座潮汐電站，但據(jù)19