潮汐发电技术研究现状与应用前景

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1、1潮 汐 发 电 技 术 研 究 现 状 与 应 用 前 景饶 名 权（ 山 东 建 筑 大 学 热 能 学 院 热 ， 山 东 济 南 ）摘 要 ： 潮 汐 能 是 洁 净 的 可 再 生 能 源 。 开 发 和 利 用 潮 汐 能 ， 对 于 缓 解 我 国 能 源 危 机 具 有 重大 意 义 。 潮 汐 发 电 稳 定 ， 无 污 染 且 开 发 技 术 比 较 成 熟 。 根 据 潮 汐 发 电 站 站 址 选 择 在 潮 汐 、 海岸 地 貌 与 海 岸 演 变 、 地 质 、 综 合 利 用 、 工 程 水 文 、 社 会 经 济 等 方 面 的 要 求 ， 中 国 的 浙 江

2、福 建两 省 拥 有 丰 富 的 潮 汐 能 资 源 ， 而 且 地 形 地 质 条 件 优 越 。 利 于 溅 建 设 潮 汐 电 站 ， 尤 其 是 浙 江 乐清 是 建 设 潮 汐 电 站 的 优 良 站 址 。关 键 词 ： 潮 汐 能 ;发 电 ； 潮 汐 电 站0 引 言1974 年 能 源 会 议 统 计 ， 全 球 海 洋 中 所 蕴 藏 的 潮 汐 能 约 有 30108， 可 供 开 发 的 约 占 2%， 既 约6400104KW1。全球电力市场到 2000 年已达 8000 亿美元并继续呈上升趋势。但是，仍有 2 亿人的用点需求得不到满足，发展中国家的用电量以每 8 年

3、翻一番的速度在增长。在满足用点需求的同时，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，开发新型环保电站迫在眉睫2。 “潮汐能是一种不会给地球上未来人类带来污染和灾难的能源”3。前苏联的伯恩斯坦也指出利用这种昼夜间断断续续、一个月内波动起伏的潮汐能发电可以获得能量。在有条件利用潮汐能的沿海国家和地区，建设潮汐电站不失为缓解能源危机的一种方案4。1 潮 汐 发 电 的 基 本 原 理潮 汐 能 是 月 球 和 太 阳 等 天 体 的 引 力 使 海 洋 水 位 发 生 潮 汐 变 化 而 产 生 的 能 量 。 潮 汐 能 利用 的 主 要 方 式 是 发 电 。 潮 汐 发 电 的 工 作 原 理

4、 与 常 规 水 力 发 电 的 原 理 类 似 ， 它 是 利 用 潮 水 的 涨落 产 生 的 水 位 差 所 具 有 的 势 能 来 发 电 。 差 别 在 于 海 水 与 河 水 不 同 ， 蓄 积 的 海 水 落 差 不 大 ， 但流 量 较 大 ， 并 且 呈 间 歇 性 ， 从 而 潮 汐 发 电 的 水 轮 机 的 结 构 是 适 合 低 水 头 、 大 流 量 的 特 点 5。具体的说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，讲海湾（或河口）与海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。海洋潮位周期性的张璐过程曲线类似于正弦波6。对水闸适当的惊醒启闭调

5、节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的高度差（即工作水头） ，从而驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，就是将海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。由于潮水的流动方向是不断改变的，因此就使得潮汐发电出现不同的形式，即单库单向型、单库双向型和双库单向型三种2 潮 汐 发 电 的 优 缺 点 及 发 展 现 状潮 汐 电 站 由 七 个 基 本 部 分 组 成 ： 潮 汐 水 库 ； 堤 坝 ； 闸 门 和 泄 水 道 建 筑 ； 发 电 机 组 和 厂2房 ； 输 电 、 交 通 和 控 制 设 施 ； 航 道 、 鱼 道 等 7。潮汐发电的关键

6、技术主要包括低水头、大流量、变工况水轮机组设计制造；电站的运行控制；电站与海洋环境的相互作用，包括电站对环境的影响和海洋环境对电站的影响，特别是泥沙冲淤问题；电站的系统优化，协调发电量、间断发电以及设别造价和可靠性等之间的关系电站设备在海水中的防腐等。82.1 潮汐发电的优缺点2.1.1 优点1）能源清洁可靠，可以经久不息的利用，且不受气候条件的影响。2）虽然有周期性间歇，但有准确规律，可用电子计算器预报，并有计划纳入电网运行。3）一般离用点中心近，不必远距离送电。4）潮汐电站兴建后的最高库水位总是低于建站前最高潮水位，因此潮汐电站库区不但不淹没土地，还可以促淤围垦，发展水产养殖。以浙江江夏潮

7、汐试验电站为例，电站年上网电量 500104KW h，按 0.5 元/（ KW h）电价计，年售电收入扣除税收后约 200 万元。单水库围垦了 366hm农田，年收入超过 10005）潮汐电站的主要部分建在水下，不污染环境，而且还梅花环境，提高旅游效益。如法国朗思潮汐电站建成后，高水位比天然潮位降低了 0.51.0m。原波涛汹涌的朗斯河三角湾变成了平静的湖泊，成了人们旅游休闲场所。此外，通过 700m 长的坝顶公路连接城市，是城市之间的距离缩短了 30km，每年从坝上通过的汽车达到 50 万辆112.1.2 缺点1）单库潮汐电站发电有间歇性。这种间歇性周期变化又和日夜周期不一致。2）几点设备常

8、和海水、盐雾及海生物接触，在防雾和防污等方面有其特殊要求12。目前多采取的解决方式是以防腐防污涂料为主，辅之以外加电流阴极保护盒点解海水的防腐防污措施。3)单位千万的造价较常规水电站高。国外大型潮汐电站的投资约为 30004500 美元/kw ，大型河川水电站的投资只有 4001400 美元/kw（1000kw 以下的河川水电站的投资为 20003500 美元/kw ） ，潮汐电站的投资比合川水电站的投资高 27 倍13。目前常用的降低造价的技术有：水轮发电机组由灯泡贯流式改为全贯流式；机组所用的草料用新型的硬塑料来代替钢材；水工建筑物用新型的预制浮运钢筋混凝土结构、橡胶闸，土工织物结构等清醒

9、的又无需围堰施工的结构形式代替。3 潮 汐 能 利 用 的 前 景全 球 用 许 多 地 方 适 于 兴 建 潮 汐 电 站 。 近 海 （ 距 海 岸 1km 以 内 ） ， 水 深 在 2030m 的 水 域 为 理 想 海 域 。 欧洲 工 会 以 探 测 出 106 处 适 于 兴 建 潮 汐 电 站 的 海 域 ， 英 国 就 有 42 处 。 英 国 金 还 用 水 轮 机 研 究 所 的 专 家 弗 兰 克彼 得 认 为 ， 在 菲 律 宾 、 印 度 尼 西 亚 、 中 国 、 日 本 海 域 都 适 于 兴 建 潮 汐 电 站 。 而 且 随 着 技 术 的 日 臻 完 善

10、， 潮汐 电 站 的 发 电 成 本 在 现 有 的 基 础 上 还 将 降 低 2。33.1 站 址 选 择1） 潮 汐潮 汐 条 件 是 选 择 潮 汐 电 站 站 址 的 最 主 要 因 素 。 潮 汐 电 站 的 课 利 用 水 头 与 发 电 水 量 主 要 取 决 于 潮 汐 情况 ， 业 余 库 区 地 形 和 大 坝 的 位 置 有 关 。 潮 汐 能 的 强 度 与 潮 差 有 关 8。一般来说，利用潮汐发电必须具有3m 以上的潮差。加拿大芬地湾是世界上潮差最大的海域，最大潮差达 15.6m，我国最大潮差的区域通常被认为是在杭州湾，最大潮差 8.93m。然而南京大学及国家海洋

11、局第一研究所在江苏如东县黄沙洋潮汐水道实测最大潮差达到 9.28m18。潜在的输出功率与平均超差的平方成正比19 。潮汐电站的理论功率可用下士表示20 ：P= VgA/T=gFA/T式中: 为海水密度，V 为水库平均有效库容积，g 为重力加速度， F 为水库平均有效库容面积，A为平均潮差，T 为单潮周期。而其他如潮汐电站坝高、坝基稳定性及水闸规模等的分析计算都和潮汐变化过程，尤其是潮汐特征值密切相关21 。2）海岸地貌与海岸演变总体来说，应选择那些口门小而水库水域面积大9，可以储备大量海水，修建土建工程的低于。影响潮汐电站正常运行的一个重要因素是泥沙淤积问题。在某些海湾和寇仲，泥沙含量较大，电

12、站江城后，该处过水断面缩小，发电是又时断时续，会促进泥沙落淤增多，导致电站不能充分发挥作用。单弱潮汐电站选址适当，落潮平均流速大于张超平均流速，有利于泥沙的冲刷，且建造潮汐电站后，可利用水闸控制进出水量，冲刷现有喝道淤沙22 ，从目前已建或进行过前期工作的潮汐电站位置看，有海湾、河口、湾中湾等。其中以湾中湾最为理想。因其不知手外海风浪的作用，海区泥沙运动较弱，电站库区淤积较为严重。根据潮汐岔道经验公式，A=CPn，A 为口门过水断面积，P 为纳潮量23。据计算，相同面积的过水断面，湖型的纳潮量要比其他类型的小一倍24.而建在湖出口处的白沙口潮汐电站，1972 年至 1974年间，蓄沙量已经增加

13、约 12000m。因此必须根据各地的水流、泥沙具体情况，利用潮汐能量和泥沙冲淤规律加以研究解决。253）地质基岩是电站厂房最理想的地基。因此基岩港湾海岸是最适合建设潮汐电站的海岸类型。大坝通常都建在软秥土地基上，坝址尽可能选择软黏土层较薄而下面为不易压缩层或基岩为好。江夏潮汐电站坝基为软粘土，平均厚度为 20m。最大厚度为 46m，其下为粘土或砂石的铄石层。据建成后 10 年观测资料统计，堤坝平均沉陷量为 79cm，目前沉陷较小，渐趋稳定。 214）综合利用潮汐电站工程的综合利用，不仅会增加经济效益，而且还会大幅度降低工程单位投资25。因此，潮汐电站应以水库、堤坝和岸滩为依托，提高除发电以外的

14、综合效益，包括水产养殖、围垦海涂、改善交通及发展旅游等多方面21 。如浙江的乐清湾与雁荡山风景区相邻。现雁荡山山脚在低潮4时大片滩涂裸露，景观单调。若在此修建潮汐电站，建库后便会形成长年山水相映的景观，促进旅游业的发展。潮汐电站的建设若能与带完建设相结合，实现“哪朝发电，冲淤建港” ，也可以提高综合效益。海港需要大量电力，需建许多建筑物，潮汐发电可以满足海港的电力需求，而海港的海工建筑物课可以为潮汐电站利用，降低建造成本。255）工程、水文进行点知评价是还应该考虑到潮汐挡水建筑物的总长度、厂房的位置及长度、地震情况、航道和鱼道设施的要求等工程条件以及抄袭水库的规模、沿挡水建筑物轴线的平均水深、

15、挡水建筑物对风和波浪的方位、潮流和节流的流速等水文条件7。6）社会经济条件除此之外，潮汐电站站址选择必须综合考虑腹地社会经济状况、典礼供需条件一级符合输送距离等因素。3.2 环境影响1）潮汐电站的建成使得自然条件得以改善。电站库区削弱了风暴作用，为休闲旅游创造了良好的环境。由于水库内的水位更为稳定并且深度增加，通航条件也得到了改善。潮汐电站的建立减小了风浪、流速，加快泥沙和悬浮生物沉淀，增加光合作用的深度，优化了海洋养殖环境26。2）潮汐电站筑坝后，由于谐振条件发生变化，潮差和潮汐电站库水位的变幅可能发生变化。这将减少库内水流的紊懂掺混，从而改变潮流及超波状态，提高层化作用，夏季增加水的表面温

16、度，冬季降低水的表面温度，改变含盐度，同时使结冰条件发生变化，见识广舍身堵，改变地下水动态、农田排水条件和潮汐电站水库小气候及邻近地区的气候27 。潮汐电站不但会改变潮差和潮流，还会改变海水的部分五力和化学参数，改变的性质与成都取决于电站规模与地理位置以及工程的规模和运行特性。3）潮汐电站通常不会造成现有陆地面积的淹没，但却会减小纳潮面积从而造成海底生物栖息区的变化，影响程度的大小主要取决于所变化的纳潮面积，一级海边鸟类和水鸟在其他湖区核能生活的范围。夏季的温度升高，有可能会造成独特的水产养殖条件，促进牡蛎、鳟鱼、大马哈鱼和但来的生产和生长。潮汐电站也会影响鱼类的会有。此外，对于海洋哺乳动物的活动来说，潮汐挡谁建筑也是一种障碍。74）潮汐电站会改变海口的回流刘泰和天然冲砂运动，由于相互交换的水量减少。一般潮汐水库内的水流流动会减弱。但靠近水轮机和蓄水衙门附近，水流流动会加剧。潮汐水库内水流的减弱