潮汐能是怎樣利用海洋能發(fā)電的 分析他的優(yōu)缺點(diǎn)

簡(jiǎn)介

　　潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢(shì)能，其利用原理和水力發(fā)電相似。潮汐能是以勢(shì)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(shì)能與動(dòng)能。它包括潮汐和潮流兩種運(yùn)動(dòng)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(wú)污染的能量。

　　應(yīng)用

　　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(lái)的海水具有很大的動(dòng)能，而隨著海水水位的升高，就把海水的巨大動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在落潮的過程中，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。世界上潮差的較大值約為13—15m，但一般說來(lái)，平均潮差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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獲取能量，但具有各自獨(dú)特的特征。盡管潮汐很復(fù)雜，但對(duì)于任何地方的潮汐都可以進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。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(kù)，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(shí)，并且在地理?xiàng)l件適于建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有可能。雖然這樣的場(chǎng)所并不是到處都有，但世界各國(guó)都已選定了相當(dāng)數(shù)量的適宜開發(fā)潮汐電站的站址。

　　意義

　　發(fā)展像潮汐能這樣的新能源，可以間接使大氣中的CO2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(yáng)這兩個(gè)萬(wàn)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(lái)光明和動(dòng)力。

　　來(lái)源

　　潮汐能是由潮汐現(xiàn)象產(chǎn)生的能源，它與天體引力有關(guān)，地球－月亮－太陽(yáng)系統(tǒng)的吸引力和熱能是形成潮汐能的來(lái)源。

　　形成方式

　　潮汐能是由日、月引潮力的作用，使地球的巖石圈、水圈和大氣圈中分別產(chǎn)生的周期性的運(yùn)動(dòng)和變化的總稱。固體地球在日、月引潮力作用下引起的彈性—塑性形變，稱固體潮汐能。

　　作為完整的潮汐科學(xué)，其研究對(duì)象應(yīng)將地潮、海潮和氣潮作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，但由于海潮現(xiàn)象十分明顯，且與人們的生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、交通運(yùn)輸?shù)汝P(guān)系密切，因而習(xí)慣上將潮汐能一詞狹義理解為海洋潮汐.

　　現(xiàn)象

　　真實(shí)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(duì)應(yīng)于高潮的水峰，每隔24小時(shí)50分鐘（即地球同一經(jīng)度從第一次正對(duì)月球到第二次正對(duì)月球所需時(shí)間）發(fā)生兩次，亦即月球每隔12小時(shí)25分鐘即導(dǎo)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。每一月份滿月和新月的時(shí)候，太陽(yáng)、地球和月球三者排列成一直線。此時(shí)由于太陽(yáng)和月球累加的引力作用，使得產(chǎn)生的潮汐較平時(shí)高，此種潮汐稱為春潮。當(dāng)?shù)厍?、月球和地球、太?yáng)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(huì)導(dǎo)致共振作用而增強(qiáng)潮距，而其他地區(qū)海岸線卻會(huì)降低潮距。影響潮距的另一因素科氏力，其源自流體流動(dòng)的角動(dòng)量守恒。若洋流在北半球往北流，其移動(dòng)接近地球轉(zhuǎn)軸，故角速度增大，因此，洋流會(huì)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,則西部海岸的海水較高。

　　發(fā)電原理

　　潮汐發(fā)電的主要的原理是利用天體引潮力導(dǎo)致海水發(fā)生水平流動(dòng)的動(dòng)能來(lái)制造電能。

　　發(fā)電形式

　　潮水的流動(dòng)與河水的流動(dòng)不同，它是不斷變換方向的，潮汐發(fā)電有以下三種形式：

　　單庫(kù)單向電站 　即只用一個(gè)水庫(kù)，僅在漲潮（或落潮）時(shí)發(fā)電，我國(guó)浙江省溫嶺市沙山潮汐電站就是這種類型。

　　單庫(kù)雙向電站 　用一個(gè)水庫(kù)，但是漲潮與落潮時(shí)均可發(fā)電，只是在平潮時(shí)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(kù)雙向電站 　它是用二個(gè)相鄰的水庫(kù)，使一個(gè)水庫(kù)在漲潮時(shí)進(jìn)水，另一個(gè)水庫(kù)在落潮時(shí)放水，這樣前一個(gè)水庫(kù)的水位總比后一個(gè)水庫(kù)的水位高，故前者稱為上水庫(kù)，后者稱為下水庫(kù)。水輪發(fā)電機(jī)組放在兩水庫(kù)之間的隔壩內(nèi)，兩水庫(kù)始終保持著水位差，故可以全天發(fā)電。

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　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(shì)能來(lái)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(diǎn)。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(kù)，并在閘壩內(nèi)或發(fā)電站廠房?jī)?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(duì)水閘適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行啟閉調(diào)節(jié)，使水庫(kù)內(nèi)水位的變化滯后于海面的變化，水庫(kù)水位與外海潮位就會(huì)形成一定的高度差(即工作水頭) ，從而驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。從能量的角度來(lái)看，就是將海水的勢(shì)能和動(dòng)能，通過水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能的過程。中國(guó)潮汐能資源特點(diǎn)

　　一）蘊(yùn)藏量十分可觀。

　　二）中國(guó)潮汐能資源的地理分布十分不均勻。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(zhǎng)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(zhǎng)江北支為最多，占中國(guó)可開發(fā)潮汐能的88%。

　　三）地形地質(zhì)方面，中國(guó)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(shì)險(xiǎn)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，需著重研究解決水庫(kù)的泥沙淤積問題。

　　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(shí)、最為簡(jiǎn)便。中國(guó)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(guó)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(dòng)力來(lái)?yè)P(yáng)水灌田的。到了1958年，潮汐電站便在全國(guó)遍地開花。據(jù)1958年10月份召開的“全國(guó)第一次潮力發(fā)電會(huì)議”統(tǒng)計(jì)，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(dòng)小型農(nóng)用設(shè)施。如1959年建成的浙江溫嶺縣沙山潮汐動(dòng)力站，1961年進(jìn)一步建為電站，裝機(jī)容量?jī)H40千瓦，每年可發(fā)電10萬(wàn)千瓦·時(shí)，原建和改建總投資僅4萬(wàn)元（人民幣，下同）。據(jù)1986年統(tǒng)計(jì)，其發(fā)電累計(jì)收入已超過投資的10多倍。中國(guó)尚在運(yùn)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(jià)與600千瓦以下的小水電站相當(dāng)，第一臺(tái)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(wàn)千瓦·時(shí)，每千瓦·時(shí)電價(jià)只要0.067元。每年自身經(jīng)濟(jì)效益，包括發(fā)電67萬(wàn)元，水產(chǎn)養(yǎng)殖74萬(wàn)元和農(nóng)墾收入190萬(wàn)元，共計(jì)可達(dá)330萬(wàn)元。社會(huì)效益，以每千瓦·時(shí)電可創(chuàng)社會(huì)產(chǎn)值5元計(jì)，可達(dá)5000萬(wàn)元。這是中國(guó)，也是亞洲最大的潮汐電站，僅次于法國(guó)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(shì)能，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(shí)開閘引水入庫(kù)，落潮時(shí)便放水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)組發(fā)電，這就是所謂“單庫(kù)單向發(fā)電”。這種類型的電站只能在落潮時(shí)發(fā)電，一天兩次，每次最多5小時(shí)。

　　為提高潮汐的利用率，盡量做到在漲潮和落潮時(shí)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(jī)組，以在漲潮進(jìn)水和落潮出水時(shí)都能發(fā)電，這就是“單庫(kù)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(shí)水庫(kù)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(gè)不同的水庫(kù)來(lái)進(jìn)行雙向發(fā)電，這就是“雙庫(kù)雙向發(fā)電”。這種方式不僅在漲落潮全過程中都可連續(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(shí)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(gè)蓄潮水庫(kù)，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(shí)。為了抽水蓄能，它每月要以3千瓦·時(shí)換1千瓦·時(shí)的代價(jià)用去5000千瓦·時(shí)電來(lái)獲得供電的持續(xù)性和均衡性，故有一定的電力損失。

　　從總體上看，現(xiàn)今潮能開發(fā)利用的技術(shù)難題已基本解決，國(guó)內(nèi)外都有許多成功的實(shí)例，技術(shù)更新也很快。

　　作為國(guó)外技術(shù)進(jìn)步標(biāo)志的法國(guó)朗斯潮汐發(fā)電站，1968年建成，裝有24臺(tái)具有能正反向發(fā)電的燈泡式發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑為5.35米，單機(jī)容量1萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量達(dá)5.4億千瓦·時(shí)。1984年建成的加拿大安納波利斯潮汐電站，裝有1臺(tái)容量為世界最大的2萬(wàn)千瓦單向水輪機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑為7.6米，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)在水輪機(jī)葉片外緣，采用了新型的密封技術(shù)，冷卻快，效率高，造價(jià)比法國(guó)燈泡式機(jī)組低15%，維修也很方便。 中國(guó)自行設(shè)計(jì)的潮汐電站中，江廈電站比較正規(guī)，技術(shù)也較成熟。該電站原設(shè)計(jì)裝6臺(tái)單機(jī)容量為500千瓦的燈泡式機(jī)組，實(shí)際上只安裝了5臺(tái)，總?cè)萘烤瓦_(dá)到了3200千瓦。單機(jī)容量有500千瓦、600千瓦和700千瓦三種規(guī)格，轉(zhuǎn)輪直徑為2.5米。在海上建筑和機(jī)組防銹蝕、防止海洋生物附著等方面也以較先進(jìn)的辦法取得了良好效果。尤其是最后兩臺(tái)機(jī)組，達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平，具有雙向發(fā)電、泄水和泵水蓄能多種功能，采用了技術(shù)含量較高的行星齒輪增速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣既不用加大機(jī)組體積，又增大了發(fā)電功率，還降低了建筑的成本。

　　潮汐發(fā)電利用的是潮差勢(shì)能，世界上最高的潮差也不過10多米，在我國(guó)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(diǎn)，水輪做得較大。但水輪做大了，配套設(shè)施的造價(jià)也會(huì)相應(yīng)增大。于是，如何解決這個(gè)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(gè)成功的代表。它的特點(diǎn)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(wàn)千瓦·時(shí)。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(duì)民辦小型潮汐電站很有借鑒意義。