能源科學(xué)概論

1、潮汐能與能源能源科學(xué)概論節(jié)課作業(yè)姓名：吳俊學(xué)號：2015301530130學(xué)院：城市設(shè)計學(xué)院摘要：潮汐能是一種取之不盡的、清潔無污染的可再生新能源，發(fā)展利用這種新能源可以間接使大氣中的CO2含量的增加速度減慢。文章總結(jié)了潮汐能在我國的發(fā)展利用現(xiàn)狀，并簡要介紹潮汐能在我國開發(fā)利用的意義和可能性以及主要的了一些利用技術(shù)，同時還介紹了開發(fā)利用潮汐能可能存在的問題。為我國潮汐能的開發(fā)利用提供依據(jù)。本文首先介紹了潮汐能的基本信息；隨后分析了潮汐能在我國的發(fā)展利用現(xiàn)狀，并簡要介紹潮汐能在我國開發(fā)利用的現(xiàn)狀和前景。1潮汐能概況潮汐能潮汐能(tide energy)海水周期性漲落運動中所具有的能量。其水位差表

2、現(xiàn)為勢能，其潮 流的速度表現(xiàn)為動能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。由于在海水的各種運動中 潮汐最守信，最具規(guī)律性，又漲落于岸邊，也最早為人們所認識和利用，在各種海洋能的利用 中，潮汐能的利用是最成熟的。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)生的能量稱為潮汐能。這種能量是永恒的、無污染的能量。 潮汐能的能量與潮量和潮差成正比，或者說，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。潮汐能的優(yōu)缺點優(yōu)點：1、潮汐能是一種清潔、不污染環(huán)境、不影響生態(tài)平衡的可再生能源。潮水每日漲落，周 而復(fù)始，取之

3、不盡，用之不竭。它完全可以發(fā)展成為沿海地區(qū)生活、生產(chǎn)和國防需要的重要補 充能源2、它是一種相對穩(wěn)定的可靠能源，很少受氣候、水文等自然因素的影響，全年總發(fā)電量穩(wěn)定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。3、潮汐電站不需淹沒大量農(nóng)田構(gòu)成水庫，因此，不存在人口遷移、淹沒農(nóng)田等復(fù)雜問題。 而且可用攔海大壩，促淤圍墾大片海涂地，把水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利、海洋化工、交通運輸結(jié)合起來， 大搞綜合利用。這對于人多地少、農(nóng)田非常寶貴的沿海地區(qū)，更是個突出的優(yōu)點。4、潮汐電站不需筑高水壩，即使發(fā)生戰(zhàn)爭或地震等自然災(zāi)害，水壩受到破壞，也不至于 對下游城市、農(nóng)田、人民生命財產(chǎn)等造成嚴重災(zāi)害。5、潮汐能開發(fā)一次能源和二次能源相結(jié)合

4、，不用燃料，不受一次能源價格的影響，而且 運行費用低，是一種經(jīng)濟能源。但也和河川水電站一樣，存在一次投資大、發(fā)電成本低的特點。6、機組臺數(shù)多，不用設(shè)置備用機組。缺點：1、潮差和水頭在一日內(nèi)經(jīng)常變化，在無特殊調(diào)節(jié)措施時，出力有間歇性，給用戶帶來不 便。但可按潮汐預(yù)報提前制定運行計劃，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，以克服其間歇性。2、潮汐存在半月變化，潮差可相差二倍，故保證出力、裝機的年利用小時數(shù)也低。3、潮汐電站建在港灣?？?，通常水深壩長，施工、地基處理及防淤等問題較困難。故土 建和機電投資大，造價較高。4、潮汐電站是低水頭、大流量的發(fā)電形式。漲落潮水流方向相反，敵水輪機體積大，耗 鋼量多，進出水建筑物結(jié)構(gòu)

5、復(fù)雜。而且因浸泡在海水中，海水、海生物對金屬結(jié)構(gòu)物和海工建 筑物有腐蝕和沾污作用，放需作特殊的防腐和防海生物粘附處理。5、潮汐變化周期為太陰日(24h50min),月循環(huán)約為14天多，每天高潮落后約 50min, 故與按太陽日給出之日需電負荷圖配合較差。潮汐發(fā)電雖然存在以上不足之處，但隨著現(xiàn)代技 術(shù)水平的不斷提高，是可以得到改善的。如采用雙向或多水庫發(fā)電、利用抽水蓄能、納人電網(wǎng) 調(diào)節(jié)等措施，可以彌補第一個缺點；采用現(xiàn)代化浮運沉箱進行施工，可以節(jié)約土建投資；應(yīng)用 不銹鋼制作機組，選用乙烯樹脂系列涂料，再采用陰極保護，可克服海水的腐蝕及海生物的粘 附。1.3潮汐能的發(fā)電形式潮水的流動與河水的流動不

6、同，它是不斷變換方向的，潮汐發(fā)電有以下三種形式：單庫單向電站：即只用一個水庫，僅在漲潮（或落潮）時發(fā)電，我國浙江省溫嶺市沙山潮 汐電站就是這種類型。單庫雙向電站：用一個水庫，但是漲潮與落潮時均可發(fā)電，只是在平潮時不能發(fā)電，廣東 省東莞市的鎮(zhèn)口潮汐電站及浙江省溫嶺市江廈潮汐電站，就是這種型式。雙庫雙向電站：它是用兩個相鄰的水庫，使一個水庫在漲潮時進水，另一個水庫在落潮時 放水，這樣前一個水庫的水位總比后一個水庫的水位高，故前者稱為上水庫，后者稱為下水庫。 水輪發(fā)電機組放在兩水庫之間的隔壩內(nèi)，兩水庫始終保持著水位差，故可以全天發(fā)電。2我國的潮汐能發(fā)展我國潮汐能發(fā)展歷史潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污

7、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站，1961年進一步建為電站，裝機容量僅 40千瓦，每年可發(fā)電10萬千瓦時，

8、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)， 第一臺機組于1980年開始發(fā)電，1985 年底全面建成，年發(fā)電量可達1070萬千瓦時，每千瓦時電價只要0.067元。每年自身經(jīng)濟效益，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 330萬元。社會效 益，以每千瓦時電可創(chuàng)社會產(chǎn)值5元計，可達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加拿大安納波利斯潮汐電站，居世界第三位。潮汐能是潮差所具有的勢能

9、，開發(fā)利用的基本方式同建水電站差不多：先在海灣或河口筑堤設(shè) 閘，漲潮時開閘引水入庫，落潮時便放水驅(qū)動水輪機組發(fā)電，這就是所謂“單庫單向發(fā)電”。這種類型的電站只能在落潮時發(fā)電，一天兩次，每次最多 5小時。為提高潮汐的利用率，盡量做到在漲潮和落潮時都能發(fā)電，人們便使用了巧妙的回路設(shè)施或雙 向水輪機組，以在漲潮進水和落潮出水時都能發(fā)電，這就是“單庫雙向發(fā)電”，像上述江廈潮 汐電站就屬這種類型。然而，這兩種類型都不能在平潮（沒有水位差）或停潮時水庫中水放完的情況下發(fā)出電壓比較 平穩(wěn)的電力。于是人們又想出了配置高低兩個不同的水庫來進行雙向發(fā)電，這就是“雙庫雙向 發(fā)電”。這種方式不僅在漲落潮全過程中都可連

10、續(xù)不斷發(fā)電，還能使電力輸出比較平穩(wěn)。它特 別適用于那些孤立海島，使海島可隨時不間斷地得到平穩(wěn)的電力供應(yīng)。像浙江省玉環(huán)縣茅蜒島 上的海山潮汐電站就屬這種類型。它有上下兩個蓄潮水庫，并配有小型抽水蓄能電站。這樣， 它每月可發(fā)電25天，產(chǎn)電10000千瓦時。為了抽水蓄能，它每月要以3千瓦時換1千瓦時 的代價用去5000千瓦時電來獲得供電的持續(xù)性和均衡性，故有一定的電力損失。我國潮汐能發(fā)展先狀由于常規(guī)電站廉價電費的競爭，建成投產(chǎn)的商業(yè)用潮汐電站不多。然而，由于潮汐能蘊藏 量的巨大和潮汐發(fā)電的許多優(yōu)點，人們還是非常重視對潮汐發(fā)電的研究和試驗。|中國潮汐能的理論蘊藏量達到 1.1億千瓦，在中國沿海，特別是

11、東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差45m,最大潮差78mo其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，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，裝機容量3200kW/于1980年正式投入運行。中國水力資源的蘊藏量達 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，裝機容量1820萬kW我國沿海多港灣、島嶼，大陸岸線長達 6134.9km,島嶼岸線長11673.9km,沿岸分布著眾多 的潮汐電站廢址。根據(jù)我國1978年對156個壩址的普查分析表明，技術(shù)上可開發(fā)的潮汐能蘊藏量為2000X 104kM口380X 108kW*h。

12、根據(jù)1981你那的估算(壩址已增加到500個)，潮汐潛能有1.10 X108kW和2700X 108kW (2)東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差3.5-4.3m ,最大潮差7-8m,自然環(huán)境優(yōu)越的壩址，可建104kW級以上電站的壩址有浙江杭州灣、浙江樂清灣、長江北支、浙江象山港、福建大觀版等。其中浙江杭州灣最大潮差達8.9m,潮汐能蘊藏量居全國首位 我國是世界建造潮汐電站最多的國家，先后建造數(shù)十座，但現(xiàn)今仍在運行的不多。溫嶺江廈潮汐試驗電站是我國已建成的最大的潮汐電站。電站位于浙江省溫嶺市西南的江廈港上。 電站于1972年經(jīng)當(dāng)時的國家計委批準建設(shè)，電站工程被列為水利電力潮汐電站項目，研究重

13、點 包括潮汐能特點、潮汐機組研制、海工建筑物技術(shù)問題、綜合利用等。電站當(dāng)時設(shè)計安裝6臺雙向燈泡貫流式機組,1號機組于1980-05-04日投產(chǎn)發(fā)電，到1985-12完成了共5臺機組的安裝建設(shè) 和并網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)時總裝機容量,3200kWo 2007-10有完成第6臺700kW機組的安裝，從而是江夏潮汐電站的總裝機容量達到 3900kW.規(guī)模至今是亞洲第二，年發(fā)電量穩(wěn)定在600多萬kWh 2010年江夏電站全年發(fā)電量達 731.74kWh4。我國潮汐能發(fā)展前景目前而言，潮汐發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)主要包括低水頭、大流量、變工況水輪機組設(shè)計制造；電 站的運行控制；電站與海洋環(huán)境的相互作用，包括電站對環(huán)境的影響和

14、海洋環(huán)境對電站的影響，特別是泥沙沖淤問題；電站的系統(tǒng)優(yōu)化，協(xié)調(diào)發(fā)電量、間斷發(fā)電以及設(shè)備造價和可靠性等之間 的關(guān)系；電站設(shè)備在海水中的防腐及預(yù)制沉箱的制造、拖運和沉放等。對于潮汐能技術(shù)來說，主要需發(fā)展對環(huán)境友好、低運行成本和低維護成本的潮汐能并網(wǎng)發(fā) 電系統(tǒng)。潮汐能技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢為：開展新型潮汐能開發(fā)方式研究。近海潮汐發(fā)電在距離海岸線數(shù)千米的淺灘用毛石等堆砌防 波堤形成蓄水庫，漲潮蓄水發(fā)電，落潮發(fā)電泄水。這種開發(fā)模式無須占用寶貴的天然港口、海 灣、多功能岸線、不妨礙航行，也不會影響生態(tài)環(huán)境。也可以考慮和岸線治理、海島綜合開發(fā)、 促淤圍墾加速土地資源儲備、海上風(fēng)電等聯(lián)合開發(fā)。開展低成本電站建設(shè)研究，降低發(fā)電成本。合理選擇潮汐機組參數(shù)，使得綜合性價比最優(yōu)；開展替代材料研究，挖掘降低造價的潛力；開展新型施工方法研究，以減少土建投資。完善提高小型潮汐電站開發(fā)技術(shù)，推進發(fā)電機組的設(shè)計定型，形成系列產(chǎn)品，降低造價，以利于小型潮汐電站大規(guī)模推廣。3結(jié)語綜合以上對潮汐能的定義，發(fā)電原理及其發(fā)展前景和發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，不難看出，潮汐能 的原理很簡單，但是在發(fā)電過程中還存在很多問題，比如單位電造價問題就是個很現(xiàn)實的問題，還有就是渦輪機在發(fā)電過程中被海水腐蝕的問題，我覺的在以后研究過程中要針對海水腐蝕上下功夫，應(yīng)該加強