新能源之潮汐能 副本

1、潮汐能潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能，其利用原理和水力發(fā)電相似。潮汐能是以勢能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。它包括潮汐和潮流兩種運動方式所包含的能量，潮水在漲落中蘊(yùn)藏著巨大能量，這種能量是永恒的、無污染的能量。1因月球引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量成為潮汐能。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比?；蛘哒f，與潮差的平方和水庫的面積成正比。和水力發(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。 簡 介2應(yīng) 用 領(lǐng) 域海洋的潮汐中蘊(yùn)藏著巨大的能量。在漲潮的過程中，洶涌而來的海水具有很大的動能，而隨著海水水位

2、的升高，就把海水的巨大動能轉(zhuǎn)化為勢能；在落潮的過程中，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢能又轉(zhuǎn)化為動能。世界上潮差的較大值約為1315m，但一般說來，平均潮差在3m以上就有實際應(yīng)用價值。潮汐能是因地而異的，不同的地區(qū)常常有不同的潮汐系統(tǒng)，他們都是從深海潮波3應(yīng)用 方 面獲取能量，但具有各自獨特的特征。盡管潮汐很復(fù)雜，但對于任何地方的潮汐都可以進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報。潮汐能的利用方式主要是發(fā)電。潮汐發(fā)電是利用海灣、河口等有利地形，建筑水堤，形成水庫，以便于大量蓄積海水，并在壩中或壩旁建造水利發(fā)電廠房，通過水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。只有出現(xiàn)大潮，能量集中時，并且在地理條件適于建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有

3、可能。雖然這樣的場所并不是到處都有，但世界各國都已選定了相當(dāng)數(shù)量的適宜開發(fā)潮汐電站的站址。4意義 貢獻(xiàn) 發(fā)展像潮汐能這樣的新能源，可以間接使大氣中的2含量的增加速度減慢。潮汐是一種世界性的海平面周期性變化的現(xiàn)象，由于受月亮和太陽這兩個萬有引力源的作用，海平面每晝夜有兩次漲落。潮汐作為一種自然現(xiàn)象，為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便，更值得指出的是，它還可以轉(zhuǎn)變成電能，給人帶來光明和動力。5現(xiàn) 象真實月球引力和平均引力的差值稱為干擾力，干擾力的水平分量迫使海水移向地球、月球連線并產(chǎn)生水峰。對應(yīng)于高潮的水峰，每隔24小時50分鐘（即月球繞地球一周所需時間）發(fā)生兩次，亦即月球每隔12小時25分鐘即導(dǎo)

4、致海水漲潮一次，此種漲潮稱為半天潮。 潮汐導(dǎo)致海水平面的升高與降低呈周期性。每一月份滿月和 中國東海新月的時候，太陽、地球和月球三者排列成一直線。此時由于太陽和月球累加的引力作用，使得產(chǎn)生的潮汐較平時高，此種潮汐稱為春潮。當(dāng)?shù)厍颉⒃虑蚝偷厍?、太陽成一直角，則引力相互抵消，因此而產(chǎn)生的潮汐較低，是為小潮。 各地的平均潮距不同，如某些地區(qū)的海岸線會導(dǎo)致共振作用而增強(qiáng)潮距，而其他地區(qū)海岸線卻會降低潮距。影響潮距的另一因素科氏力，其源自流體流動的角動量守恒。若洋流在北半球往北流，其移動接近地球轉(zhuǎn)軸，故角速度增大，因此，洋流會偏向東方流，即東部海岸的海水較高；同樣，若北半球洋流流向南方,則西部海岸的海水

5、較高。6發(fā) 電 原 理潮汐發(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(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)要適合低水頭、大流量的特點。 7發(fā) 電 形 式潮水的流動與河水的流動不同，它是不斷變換方向的，潮汐發(fā)電有以下三種形式： 1）單池單向發(fā)電； 2）單池雙向發(fā)電； 3）雙池雙向發(fā)電。8發(fā)電具備的條件 利用潮汐發(fā)電必須具備兩個物理條件。 第一，潮汐的幅度必須大，至少要有幾米。 第二，海岸的地形必須能儲蓄大量海水，并可

6、進(jìn)行土建工程。9優(yōu)缺點潮汐能利用的主要方式是發(fā)電。潮汐發(fā)電的工作原理與常規(guī)水力發(fā)電的原理類似，它是利用潮水的漲、落產(chǎn)生的水位差所具有的勢能來發(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(jī)的結(jié)構(gòu)要適合低水頭、大流量的特點。具體地說,就是在有條件的海灣或感潮河口建筑堤壩、閘門和廠房，將海灣(或河口)與外海隔開圍成水庫，并在閘壩內(nèi)或發(fā)電站廠房內(nèi)安裝水輪發(fā)電機(jī)組。海洋潮位周期性的漲落過程曲線類似于正弦波。對水閘適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行啟閉調(diào)節(jié)，使水庫內(nèi)水位的變化滯后于海面的變化，水庫水位與外海潮位就會形成 10優(yōu) 缺 點一）蘊(yùn)藏量十分可觀。 二）中國潮汐能資源的地理

7、分布十分不均勻。沿海潮差以東海為最大，黃海次之，渤海南部和南海最小。河口潮汐能資源以錢塘江口為最豐富，其次為長江口，以下依次為珠江、晉江、閩江和甌江等河口。以地區(qū)而言，主要集中在華東沿海，其中以福建、浙江、上海長江北支為最多，占中國可開發(fā)潮汐能的88%。 三）地形地質(zhì)方面，中國沿海主要為平原型和港灣型兩類，以杭州灣為界，杭州灣以北，大部分歸平原海岸，海岸線平直，地形平坦，并由沙或淤泥組成，潮差較小，且缺乏較優(yōu)越的港灣壩址；杭州灣以南，港灣海岸較多，地勢險峻，岸線岬灣曲折，坡陡水深，海灣、海岸潮差較大，且有較優(yōu)越的發(fā)電壩址。但漸、閩兩省沿岸為淤泥質(zhì)港灣，雖有豐富的潮汐能資源，但開發(fā)存在較大的困難

8、，需著重研究解決水庫的泥沙淤積問題。11開 發(fā) 利 用潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污染、不受洪水或枯水影響、用之不竭的再生能源。在海洋各種能源中，潮汐能的開發(fā)利用最為現(xiàn)實、最為簡便。中國早在20世紀(jì)50年代就已開始利用潮汐能，在這一方面是世界上起步較早的國家。1956年建成的福建省浚邊潮汐水輪泵站就是以潮汐作為動力來揚(yáng)水灌田的。到了1958年，潮汐電站便在全國遍地開花。據(jù)1958年10月份召開的“全國第一次潮力發(fā)電會議”統(tǒng)計，已建成的潮汐電站就有41座，在建的還有88座。裝機(jī)容量有大到144千瓦的，也有小到僅為5千瓦的。主要都用于照明和帶動小型農(nóng)用設(shè)施。如1959年建成的浙江溫嶺縣沙山潮汐動力

9、站，1961年進(jìn)一步建為電站，裝機(jī)容量僅40千瓦，每年可發(fā)電10萬千瓦時，原建和改建總投資僅4萬元（人民幣，下同）。據(jù)1986年統(tǒng)計，其發(fā)電累計收入已超過投資的10多倍。中國尚在運行的潮汐電站還有近10座，其中浙江樂清灣的江廈潮汐電站，造價與600千瓦以下的小水電站相當(dāng)，第一臺機(jī)組于1980年開始發(fā)電，1985年底全面建成，年發(fā)電量可達(dá)1070萬千瓦時，每千瓦時電價只要0.067元。每年自身經(jīng)濟(jì)效益，包括發(fā)電67萬元，水產(chǎn)養(yǎng)殖74萬元和農(nóng)墾收入190萬元，共計可達(dá)330萬元。社會效益，以每千瓦時電可創(chuàng)社會產(chǎn)值5萬元計，可達(dá)5000萬元。這是中國，也是亞洲最大的潮汐電站，僅次于法國朗斯潮汐電站和

10、加拿大安納波里斯潮汐電站，居世界第三位。 12開 發(fā) 利 用 潮汐發(fā)電利用的是潮差勢能，世界上最高的潮差也不過10多米，在我國潮差高才達(dá)9米，因此不可能像水力發(fā)電那樣利用幾十米、百余米的水頭發(fā)電，潮汐發(fā)電的水輪機(jī)組必須適應(yīng)“低水頭、大流量”的特點，水輪做得較大。但水輪做大了，配套設(shè)施的造價也會相應(yīng)增大。于是，如何解決這個問題，就成為反映其技術(shù)水平高低的一種標(biāo)志。1974年投產(chǎn)的廣東甘竹灘洪潮電站就是一個成功的代表。它的特點是洪潮兼蓄，只要有0.3米高的落差就能發(fā)電，甘竹灘電站的總裝機(jī)容量為5000千瓦，平均年發(fā)電1030萬千瓦時。它的轉(zhuǎn)輪直徑為3米，加上大量采用水泥代用構(gòu)件，成本較低，對民辦小

11、型潮汐電站很有借鑒意義。13應(yīng) 用 現(xiàn) 狀據(jù)海洋學(xué)家計算，世界上潮汐能發(fā)電的資源量在10億千瓦以上，也是一個天文數(shù)字。潮汐能普查計算的方法是，首先選定適于建潮汐電站的站址，再計算這些地點可開發(fā)的發(fā)電裝機(jī)容量，疊加起來即為估算的資源量。 20世紀(jì)初，歐、美一些國家開始研究潮汐發(fā)電。第一座具有商業(yè)實用價值的潮汐電站是1967年建成的法國郎斯電站。該電站位于法國圣馬洛灣郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米，平均潮差8米。一道750米長的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋，壩下設(shè)置船閘、泄水閘和發(fā)電機(jī)房。郎斯潮汐電站機(jī)房中安裝有24臺雙向渦輪發(fā)電機(jī)，漲潮、落潮都能發(fā)電。總裝機(jī)容量24萬千瓦，年發(fā)電

12、量5億多度，輸入國家電網(wǎng)。 14世 界 現(xiàn) 狀1968年，前蘇聯(lián)在其北方摩爾曼斯克附近的基斯拉雅灣建成了一座800千瓦的試驗潮汐電站。1980年，加拿大在芬地灣興建了一座2萬干瓦的中間試驗潮汐電站。試驗電站 潮汐能、中試電站，那是為了興建更大的實用電站做論證和準(zhǔn)備用的。世界上適于建設(shè)潮汐電站的20幾處地方，都在研究、設(shè)計建設(shè)潮汐電站。其中包括：美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷圣約瑟灣、澳大利亞達(dá)爾文范迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠(yuǎn)東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨著技術(shù)進(jìn)步，潮汐發(fā)電成本的不斷降低，進(jìn)入2l世紀(jì)，將不斷會有大型現(xiàn)代潮汐電站建成使用。 15我 國 現(xiàn)

13、 狀 中國潮汐能的理論蘊(yùn)藏量達(dá)到1.1億千瓦，在中國沿海，特別是東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差45m，最大潮差78m。其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大，約占全國的80.9%。我國的江夏潮汐實驗電站，建于浙江省樂清灣北側(cè)的江夏港，裝機(jī)容量3200kW，于1980年正式投入運行。 中國水力資源的蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億kW，約占全世界的1/6，居世界第1位，建成后的長江三峽水電站將是世界上最大的水力發(fā)電站，裝機(jī)容量1820萬kW。16動 態(tài) 潮 汐 能 Kees Hulsbergen在清華大學(xué)演講。動態(tài)潮汐能或 DTP是最新的潮汐能發(fā)電技術(shù)。它涉及到建立大型水壩型建筑物，從海岸一直延伸到海洋并在遠(yuǎn)端建立

14、垂直的屏障，形成一個龐大的T形。 這個T型長壩干擾與海岸平行振蕩的沿大陸架海岸的潮汐波，含有強(qiáng)大的落差流（常見于例如 中國，韓國和英國）。1234 這個概念是1997年由荷蘭海岸工程師 Kees Hulsbergen 和 Rob Steijn 發(fā)明并獲得專利的。17d t p DTP大壩俯視圖。藍(lán)和紅表示潮汐高低。DTP是一個長為30至60公里的大壩。大壩垂直于海岸，沒有封閉的區(qū)域，筆直地延伸至大海。 大壩阻止了潮汐的橫向加速。在許多沿海地區(qū)，主要的潮汐運動平行于海岸：所有海水整體向一個方向加速，并在當(dāng)天晚些時候轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾捶较?。DTP大壩足夠長可以對水平潮汐運動產(chǎn)生影響，由而在大壩兩側(cè)產(chǎn)生水位

15、差（水頭）。通過安裝在大壩上的一系列的常見水輪機(jī)，水頭可以被轉(zhuǎn)換成電能。18我國的發(fā)展模式中國屬于能源進(jìn)口大國，利用可再生能源是當(dāng)務(wù)之急，特別是在中國水資源豐富的廣大地區(qū)，中國政府應(yīng)加大對水電設(shè)備的購買補(bǔ)貼，包括太陽能電池板屋頂?shù)难a(bǔ)貼，如果全國農(nóng)村家用電能做到一半自給，能可以節(jié)約電能每年20億度以上 。希望國家加大這方面運作力度。 19dtp 優(yōu)點一個大壩的裝機(jī)容量能達(dá)到8000兆瓦以上，對年預(yù)估發(fā)電230億千瓦時(83PJ每年)的大壩，生產(chǎn)能力利用率達(dá)30%。5例如，一個歐洲人平均每年消耗約6800千瓦時，因此一個DTP大壩可以為約340萬歐洲人提供能源。6若正確安裝兩大壩間的距離（相隔約2

16、00公里），兩者可平衡各自的輸出量從而相互補(bǔ)足（一個壩完全輸出時，另一個不發(fā)電）。和傳統(tǒng)的潮汐壩鄉(xiāng)比較，由于不被沿海區(qū)包圍，T型動態(tài)潮汐能壩大大減少了對社會和環(huán)境的影響。動態(tài)潮汐發(fā)電不需要很高的天然潮位變幅，因此有更多的地點可供使用。其總體可用性在有適當(dāng)條件的國家很高，如韓國、中國和英國（中國的總體可用性估計達(dá)815萬兆瓦）。20dtp 技術(shù)發(fā)展 潮汐水輪機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)類似。盡管建設(shè)大壩的所有所需技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)，DTP大壩還從未被建成過。已有多種數(shù)學(xué)和物理模型對動態(tài)潮汐能壩的水頭或水位差進(jìn)行了模擬。在大型工程項目中，潮汐和長壩間的交互作用已經(jīng)被觀察和記錄下來，如荷蘭的三角洲工程和Afsluitdijk 。眾所周知潮汐流和自然形成的半島間的相互作用，這些數(shù)據(jù)也被用于矯正潮汐的數(shù)值模型。計算附加質(zhì)量的公式被應(yīng)用于開發(fā)DTP的分析模型。觀測到的水位差與當(dāng)前的分析數(shù)字模型緊密匹配。1 預(yù)測由DTP大壩產(chǎn)生的水位差現(xiàn)在可以達(dá)到有效的精確度。 所需的關(guān)鍵要素包括： 低水頭高容量雙