新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 7.1 潮汐能發(fā)電技術(shù)

7.1潮汐能蓄能發(fā)電技術(shù)任課老師：2018年06月目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機(jī)組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機(jī)組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望在海邊，海水存在規(guī)律的漲落現(xiàn)象：到了一定的時(shí)間，海水迅速上漲，過了一段時(shí)間以后，海水又自行退去，如此循環(huán)往復(fù)。海水的這種運(yùn)動(dòng)被稱為潮汐現(xiàn)象。

7.1.1.1潮汐現(xiàn)象潮汐運(yùn)動(dòng)的主要成因：天體的引潮力高潮和低潮高潮：在海水漲落的一次周期中海面上升到最高位置時(shí)稱為高潮低潮：在海水漲落的一次周期中海面下降到最低位置時(shí)稱為低潮漲潮、平潮落潮、停潮從低潮到高潮的過程稱為漲潮，從高潮到低潮的過程稱為落潮海面到達(dá)高潮時(shí)暫停升降的過程稱為平潮，海面降至低潮時(shí)暫停升降的過程稱為停潮。潮差在海水漲落的一次周期中，高潮高與低潮高的潮位高度差稱為潮差7.1.1.2潮汐的主要概念高潮低潮高潮高潮差落潮時(shí)間漲潮時(shí)間低潮高海底平面一張圖總結(jié)潮汐種類正規(guī)半日潮正規(guī)全日潮不正規(guī)全日潮不正規(guī)半日潮7.1.1.3潮汐的分類正規(guī)半日潮在一個(gè)太陰日內(nèi)有兩次漲潮和兩次落潮，且兩次漲落的程度大致相等在一個(gè)太陰日內(nèi)有兩次漲潮和兩次落潮，但兩次漲落的程度相差很大的潮汐被稱為不正規(guī)半日潮正規(guī)半日潮不正規(guī)半日潮正規(guī)半日潮與不正規(guī)半日潮正規(guī)全日潮不正規(guī)全日潮在一個(gè)月中，有連續(xù)一半以上的天數(shù)出現(xiàn)了一個(gè)太陰日內(nèi)只有一次漲潮和一次落潮的情況，漲潮和落潮時(shí)間大約都是12時(shí)25分，這種潮汐現(xiàn)象被稱為正規(guī)全日潮在一個(gè)月中，有不到一半的天數(shù)在一個(gè)太陰日內(nèi)只有一次漲潮和一次落潮，其他天數(shù)為不正規(guī)半日潮，這種現(xiàn)象叫做不正規(guī)全日潮正規(guī)全日潮與不正規(guī)全日潮引潮力做功導(dǎo)致了海水的漲落和流動(dòng)，因此而產(chǎn)生的勢能和動(dòng)能就是潮汐能。我國地處太平洋西岸，海域遼闊，海岸線迂回曲折，潮汐能資源的蘊(yùn)藏量極為豐富。2012年，根據(jù)國家海洋局組織實(shí)施的我國近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)的調(diào)查與研究，我國（不包括臺(tái)灣地區(qū)）近海10米等深線以內(nèi)潮汐能資源的總蘊(yùn)藏量為1.9286×108kW，其中可開發(fā)的500kW以上的潮汐能發(fā)電站站址有171個(gè)，技術(shù)可開發(fā)量為22830MW。7.1.1.4我國的潮汐能資源溫嶺江廈潮汐試驗(yàn)電站總的來說：我國潮汐能資源十分豐富！目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機(jī)組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望1.利用潮汐的動(dòng)能，由海水向前流動(dòng)的能量來推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)直接利用潮汐的動(dòng)能比較困難，效率也較低一般不采用2.潮汐能蓄能發(fā)電，又稱潮位發(fā)電潮汐能蓄能發(fā)電利用潮汐的勢能，由海水漲落所形成的水位差來推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。7.1.2.1潮汐能蓄能發(fā)電原理潮汐能發(fā)電是利用潮汐能的一種方法，一般可分為兩種形式單庫單向發(fā)電單庫雙向發(fā)電雙庫連接發(fā)電7.1.2.2潮汐能蓄能發(fā)電方式123單庫單向發(fā)電方式只有一個(gè)水庫，如圖所示。這種方式采用單向水輪發(fā)電機(jī)組，只能在漲潮或落潮時(shí)發(fā)電。落潮發(fā)電流程如下：1.單庫單向發(fā)電充水漲潮時(shí)，水閘開啟，上漲的潮水進(jìn)入水庫，直至水庫內(nèi)外的水位一致為止。等待落潮時(shí)，水閘關(guān)閉，水庫內(nèi)的水位維持不變，水庫外的潮位不斷下降。當(dāng)水庫內(nèi)外的水位差達(dá)到水輪發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)水頭時(shí)，機(jī)組開啟。發(fā)電水庫內(nèi)的水流外泄，機(jī)組發(fā)電，庫內(nèi)水位不斷下降，直到水庫內(nèi)外的水位差小于機(jī)組運(yùn)行要求的最小水頭。單庫單向發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)這種方式只能在落潮時(shí)發(fā)電，對正規(guī)半日潮地區(qū)而言，一天內(nèi)發(fā)電兩次，停電兩次，導(dǎo)致平均每天發(fā)電時(shí)間較短，約為9-11小時(shí)，發(fā)電量較少，一般發(fā)電效率僅為22%。單庫單向發(fā)電方式采用單向水輪發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電水頭大，具有較高的機(jī)組效率，工程建筑物的結(jié)構(gòu)也較為簡單。多數(shù)小型潮汐能蓄能發(fā)電站采用單庫單向發(fā)電方式。由于漲潮和落潮時(shí)的水流方向不同，單庫單向方式只能在落潮時(shí)發(fā)電。為了在漲潮和落潮時(shí)都能發(fā)電，可采用單庫雙向方式。2.單庫雙向發(fā)電這種發(fā)電方式同樣只有一個(gè)水庫，而“雙向”可通過兩種方法實(shí)現(xiàn)。采用雙向水輪發(fā)電機(jī)組來適應(yīng)漲潮和落潮時(shí)不同的水流方向。采用單向水輪發(fā)電機(jī)組，但是在布置水工建筑物時(shí)，讓流道在漲潮和落潮的兩種情況下都能沿著同一方向流入和流出水輪機(jī)。單庫雙向發(fā)電的兩種方式

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2無論使用何種方式，發(fā)電的運(yùn)行過程都包括：等候、漲潮發(fā)電、充水、落潮發(fā)電和泄水。因?yàn)椴捎昧穗p向發(fā)電，其平均發(fā)電水頭小于單向發(fā)電，機(jī)組效率較低。單庫雙向發(fā)電方式在一天內(nèi)發(fā)電四次，停電四次，平均每天發(fā)電時(shí)間約為14-16小時(shí)。相比于單庫單向發(fā)電，單庫雙向的發(fā)電量增加了15%-20%，能夠更充分地利用潮汐能。單庫雙向發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)雙庫連接，是指在海灣的出口處建造兩個(gè)相鄰的水庫，它們各自通過進(jìn)水閘和出水閘與外海相連，其中一個(gè)水庫只在外海潮位高時(shí)進(jìn)水，稱為高水庫，另一個(gè)水庫只在外海潮位低時(shí)出水，稱為低水庫，水輪發(fā)電機(jī)組建在高、低兩個(gè)水庫之間。3.雙庫連接發(fā)電在潮水漲落的整個(gè)周期中，通過控制進(jìn)水閘和出水閘，讓高水庫保持較高的水位，低水庫保持較低的水位，兩者之間始終有一定的水位差，則海水從高水庫向低水庫流動(dòng)時(shí)就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。發(fā)電原理發(fā)電方式工作原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單庫單向漲潮時(shí)向水庫充水，落潮后利用水庫內(nèi)外的水位差驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)組效率高發(fā)電量較少，潮汐能利用率低，發(fā)電不連續(xù)單庫雙向采用雙向水輪發(fā)電機(jī)組，或利用特殊的流道布置使潮水在漲潮和落潮時(shí)從同一方向流經(jīng)水輪機(jī)，從而使水流在漲潮和落潮時(shí)都能驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電量較大，潮汐能利用率高機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，發(fā)電不連續(xù)雙庫連接采用兩個(gè)分別與外海相連的水庫，通過控制水閘使它們始終保持一定的水位差，水流從高水庫流向低水庫時(shí)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)發(fā)電發(fā)電量較低，工程建筑多總結(jié)7.1.2.3潮汐能蓄能發(fā)電量計(jì)算潮汐勢能

裝機(jī)容量

年發(fā)電量

目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機(jī)組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.3.1潮汐能蓄能發(fā)電站的組成發(fā)電廠水閘攔水堤壩作為外海與海灣水域之間的一道屏障，用以形成水庫，并保證水庫內(nèi)外有一定的水位差，為潮汐發(fā)電提供條件水閘用于調(diào)節(jié)水庫的進(jìn)、出水量發(fā)電廠最為核心的設(shè)備就是水輪發(fā)電機(jī)組立軸式水輪發(fā)電機(jī)組橫軸式水輪發(fā)電機(jī)組貫流式水輪發(fā)電機(jī)組7.1.3.2水輪發(fā)電機(jī)組的分類1.立軸式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把軸流式水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的軸豎向連接起來，垂直于水平面水輪機(jī)被置于較大的混凝土蝸殼內(nèi)，發(fā)電機(jī)被置于廠房的上部。優(yōu)勢和劣勢優(yōu)勢：這種形式的機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠。劣勢：進(jìn)水管和尾水管有較多彎曲，水頭損失很大，導(dǎo)致效率較低。運(yùn)用場所一般小型的潮汐電站可采用立軸式水輪發(fā)電機(jī)組。2.橫軸式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同于立軸式機(jī)組，橫軸式水輪發(fā)電機(jī)組將機(jī)組的軸橫置，其他方面大體相同。優(yōu)勢和劣勢優(yōu)勢：機(jī)組的進(jìn)水管縮短，進(jìn)水管和尾水管的彎度也較立軸式機(jī)組大大減少，因此水頭損失較少。劣勢：其尾水管很長，對廠房的長度有一定要求。運(yùn)用場所廠房有一定規(guī)模的潮汐電站可采用立軸式水輪發(fā)電機(jī)組。貫流式半貫流式燈泡貫流式豎井貫流式軸伸貫流式全貫流式3.貫流式水輪發(fā)電機(jī)組燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)：發(fā)電機(jī)被安裝在一個(gè)燈泡型的金屬殼體內(nèi)，與水輪機(jī)同軸連接特點(diǎn)：燈泡式機(jī)組的效率較高，并且結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)：流道中設(shè)有豎井，發(fā)電機(jī)安裝在豎井內(nèi)，通過豎井中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與水輪機(jī)相連接特點(diǎn)：流道短，布置形式簡單，但是豎井處于流道中，對水流流動(dòng)造成了一定阻礙，因而機(jī)組效率較低軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)：發(fā)電機(jī)被安裝在流道外的尾水管頂部，水輪機(jī)的主軸從尾水管穿出后與發(fā)電機(jī)相連接，尾水管一般為“S”形特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，彎曲的尾水管內(nèi)有水力損失，其效率較低半貫流式水輪發(fā)電機(jī)組1.流道平直，水流直貫水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪2.水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間沒有傳動(dòng)軸，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在流道外水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的外緣處1.發(fā)電機(jī)的尺寸不受限制，能夠采用最佳的轉(zhuǎn)子直徑，因而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大2.全貫流式機(jī)組效率高，其適用水頭可達(dá)40m因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，在承受潮流的推力和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)較難保持穩(wěn)定，要求水輪機(jī)和轉(zhuǎn)子輪緣間有良好的密封，因而全貫流式機(jī)組的制造要求很高優(yōu)勢構(gòu)造缺點(diǎn)全貫流式水輪發(fā)電機(jī)組總結(jié)水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)立軸式結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠水頭損失大，效率低橫軸式水頭損失較少長度長，需要較大的廠房面積貫流式半貫流式燈泡貫流式結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，效率高－豎井貫流式流道短，布置形式簡單效率較低軸伸貫流式結(jié)構(gòu)簡單效率較低全貫流式效率高制造工藝要求高不同于一般的水力發(fā)電，潮汐能蓄能發(fā)電使用的工作介質(zhì)是海水，其水輪發(fā)電機(jī)組的許多部件需要長時(shí)間浸泡在海水中，其余部件接觸到的空氣所含的鹽分也很高，這會(huì)對金屬材料產(chǎn)生極大的腐蝕作用，也會(huì)對機(jī)組中的電氣元件產(chǎn)生不良影響。因此，潮汐電站的水輪發(fā)電機(jī)組必須采用防腐處理。7.1.3.3水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：防腐處理技術(shù)涂敷防腐涂料所有需要與海水接觸的水輪發(fā)電機(jī)組的部件表面都應(yīng)涂敷防腐蝕的涂料常見的有環(huán)氧瀝青防腐涂料等選用耐腐蝕的制造材料對關(guān)鍵性的部件可在滿足機(jī)械強(qiáng)度條件的情況下選用鉻、鉬、鎳含量較高的不銹鋼來制造，以提高其耐腐蝕性采用陰極保護(hù)在金屬部件上安裝輔助陽極，通過海水形成回路，使部件處于陰極狀態(tài)，降低了被腐蝕的可能性陰極保護(hù)適用于不易涂覆防腐涂料或涂料容易脫落的部件上防腐處理的主要手段目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機(jī)組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望7.1.4.1潮汐電站的發(fā)展簡史191219611966196719681984德國建成了全世界第一座小型潮汐電站——布蘇姆電站1961年，法國朗斯電站正式開工建設(shè)朗斯電站全部24臺(tái)單機(jī)容量為10MW的機(jī)組投入運(yùn)行朗斯電站第一臺(tái)機(jī)組正式發(fā)電前蘇聯(lián)在基斯拉雅灣建成潮汐電站并且有兩臺(tái)400kW機(jī)組投入運(yùn)行加拿大安納波利斯電站一臺(tái)17.8MW的機(jī)組投入運(yùn)行電站名稱國家平均潮差（m）庫容（km2）總裝機(jī)容量（MW）首臺(tái)投產(chǎn)時(shí)間（年）朗斯法國8.5172401966基斯拉雅前蘇聯(lián)3.920.81968江廈中國5.123.91980安納波利斯加拿大5.1617.81984目前世界潮汐電站概覽電站名稱地址總裝機(jī)容量（kW）投產(chǎn)時(shí)間（年）沙山浙江溫嶺401961岳浦浙江象山3001971海山浙江玉環(huán)1501975瀏河江蘇太倉1501976果子山廣西欽州401977白沙口山東乳山9601978江廈浙江溫嶺39001980世界概覽中國概覽法國朗斯電站建于1966年，裝機(jī)容量達(dá)到240MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為544GW·h。電站位于法國西北部圣馬洛海灣的朗斯河口以南約2.5km處，這里是世界上著名的大潮差地點(diǎn)之一，平均潮差為8.5m，最大潮差可達(dá)13.5m，潮汐能資源量十分可觀。7.1.4.2法國朗斯潮汐電站幾個(gè)之最全世界第一座具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的潮汐電站目前全球規(guī)模最大的已建成的潮汐能蓄能發(fā)電站目前全球規(guī)模最大的已投入運(yùn)行的海洋能發(fā)電工程重要意義全世界第一座具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的潮汐電站標(biāo)志著潮汐能發(fā)電開始進(jìn)入實(shí)用階段1973年，江廈電站在浙江溫嶺樂清灣開工建設(shè)。電站采用單庫雙向發(fā)電方式，安裝有五臺(tái)雙向燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，其中一、二號(hào)機(jī)組水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間裝有增速器；三、四、五號(hào)機(jī)組水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)直接相連；六號(hào)機(jī)組是一臺(tái)新型的雙向臥軸燈泡貫流式機(jī)組。7.1.4.3浙江溫嶺江廈潮汐電站成就年發(fā)電量約為7.2GW·h，居于世界第三位我國第一座潮汐能雙向發(fā)電站我國目前規(guī)模最大的潮汐電站重要意義除發(fā)電以外，還兼有圍墾造田、海水養(yǎng)殖等多種功能