新能源之潮汐能-副本-课件

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1、潮汐能,潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理和水力发电相似。潮汐能是以势能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴藏着巨大能量，这种能量是永恒的、无污染的能量。,因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。,简 介,应 用 领 域,海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水

2、水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。世界上潮差的较大值约为1315m，但一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的，不同的地区常常有不同的潮汐系统，他们都是从深海潮波,应用 方 面,获取能量，但具有各自独特的特征。尽管潮汐很复杂，但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能

3、量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有，但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址。,意义 贡献,发展像潮汐能这样的新能源，可以间接使大气中的2含量的增加速度减慢。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象，由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，它还可以转变成电能，给人带来光明和动力。,现 象,真实月球引力和平均引力的差值称为干扰力，干扰力的水平分量迫使海水移向地球、月球连线并产生水峰。对应于高潮的水峰，每隔24小时50分钟（即月球绕地球一周所需时间）发生两次，亦即月球每隔12小时25

4、分钟即导致海水涨潮一次，此种涨潮称为半天潮。 潮汐导致海水平面的升高与降低呈周期性。每一月份满月和 中国东海 新月的时候，太阳、地球和月球三者排列成一直线。此时由于太阳和月球累加的引力作用，使得产生的潮汐较平时高，此种潮汐称为春潮。当地球、月球和地球、太阳成一直角，则引力相互抵消，因此而产生的潮汐较低，是为小潮。 各地的平均潮距不同，如某些地区的海岸线会导致共振作用而增强潮距，而其他地区海岸线却会降低潮距。影响潮距的另一因素科氏力，其源自流体流动的角动量守恒。若洋流在北半球往北流，其移动接近地球转轴，故角速度增大，因此，洋流会偏向东方流，即东部海岸的海水较高；同样，若北半球洋流流向南方,则西部

5、海岸的海水较高。,发 电 原 理,潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。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结构要适合低水头、大流量的特点。,发 电 形 式,潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，潮汐发电有以下三种形式： 1）单池单向发电； 2）单池双向发电； 3）双池双向发电。,发电具备的条件,利用潮汐发电必须具备两个物理条件。第一，潮汐的幅度必须大，至少要有几米。 第二，海岸的地形必须能储蓄大量

6、海水，并可进行土建工程。,优缺点,潮汐能利用的主要方式是发电。潮汐发电的工作原理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要适合低水头、大流量的特点。具体地说,就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾(或河口)与外海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节，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,优 缺 点,一）蕴藏量十分可观。 二）中国潮汐能

7、资源的地理分布十分不均匀。沿海潮差以东海为最大，黄海次之，渤海南部和南海最小。河口潮汐能资源以钱塘江口为最丰富，其次为长江口，以下依次为珠江、晋江、闽江和瓯江等河口。以地区而言，主要集中在华东沿海，其中以福建、浙江、上海长江北支为最多，占可开发潮汐能的88%。 三）地形地质方面，中国沿海主要为平原型和港湾型两类，以杭州湾为界，杭州湾以北，大部分归平原海岸，海岸线平直，地形平坦，并由沙或淤泥组成，潮差较小，且缺乏较优越的港湾坝址；杭州湾以南，港湾海岸较多，地势险峻，岸线岬湾曲折，坡陡水深，海湾、海岸潮差较大，且有较优越的发电坝址。但渐、闽两省沿岸为淤泥质港湾，虽有丰富的潮汐能资源，但开发存在较大

8、的困难，需着重研究解决水库的泥沙淤积问题。,开 发 利 用,潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的再生能源。在海洋各种能源中，潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。中国早在20世纪50年代就已开始利用潮汐能，在这一方面是世界上起步较早的国家。1956年建成的福建省浚边潮汐水轮泵站就是以潮汐作为动力来扬水灌田的。到了1958年，潮汐电站便在全国遍地开花。据1958年10月份召开的“全国第一次潮力发电会议”统计，已建成的潮汐电站就有41座，在建的还有88座。装机容量有大到144千瓦的，也有小到仅为5千瓦的。主要都用于照明和带动小型农用设施。如1959年建成的浙江温岭县沙山潮

9、汐动力站，1961年进一步建为电站，装机容量仅40千瓦，每年可发电10万千瓦时，原建和改建总投资仅4万元（人民币，下同）。据1986年统计，其发电累计收入已超过投资的10多倍。中国尚在运行的潮汐电站还有近10座，其中浙江乐清湾的江厦潮汐电站，造价与600千瓦以下的小水电站相当，第一台机组于1980年开始发电，1985年底全面建成，年发电量可达1070万千瓦时，每千瓦时电价只要0.067元。每年自身经济效益，包括发电67万元，水产养殖74万元和农垦收入190万元，共计可达330万元。社会效益，以每千瓦时电可创社会产值5万元计，可达5000万元。这是中国，也是亚洲最大的潮汐电站，仅次于法国朗斯潮汐

10、电站和加拿大安纳波里斯潮汐电站，居世界第三位。,开 发 利 用,潮汐发电利用的是潮差势能，世界上最高的潮差也不过10多米，在我国潮差高才达9米，因此不可能像水力发电那样利用几十米、百余米的水头发电，潮汐发电的水轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点，水轮做得较大。但水轮做大了，配套设施的造价也会相应增大。于是，如何解决这个问题，就成为反映其技术水平高低的一种标志。1974年投产的广东甘竹滩洪潮电站就是一个成功的代表。它的特点是洪潮兼蓄，只要有0.3米高的落差就能发电，甘竹滩电站的总装机容量为5000千瓦，平均年发电1030万千瓦时。它的转轮直径为3米，加上大量采用水泥代用构件，成本较低，对民办

11、小型潮汐电站很有借鉴意义。,应 用 现 状,据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。潮汐能普查计算的方法是，首先选定适于建潮汐电站的站址，再计算这些地点可开发的发电装机容量，叠加起来即为估算的资源量。 20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米，平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥，坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦，年发

12、电量5亿多度，输入国家电网。,世 界 现 状,1968年，前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。试验电站 潮汐能 、中试电站，那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步，潮汐发电成本的不断降低，进入2l世纪，将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。,我 国 现

13、状,中国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦，在中国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差45m，最大潮差78m。其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9%。我国的江夏潮汐实验电站，建于浙江省乐清湾北侧的江夏港，装机容量3200kW，于1980年正式投入运行。 中国水力资源的蕴藏量达6.8亿kW，约占全世界的1/6，居世界第1位，建成后的长江三峡水电站将是世界上最大的水力发电站，装机容量1820万kW。,动 态 潮 汐 能,Kees Hulsbergen在清华大学演讲。 动态潮汐能或 DTP是最新的潮汐能发电技术。它涉及到建立大型水坝型建筑物，从海岸一直延伸到海洋并在远端建立垂

14、直的屏障，形成一个庞大的T形。 这个T型长坝干扰与海岸平行振荡的沿大陆架海岸的潮汐波，含有强大的落差流（常见于例如 中国，韩国和英国）。1234 这个概念是1997年由荷兰海岸工程师 Kees Hulsbergen 和 Rob Steijn 发明并获得专利的。,d t p,DTP大坝俯视图。蓝和红表示潮汐高低。 DTP是一个长为30至60公里的大坝。大坝垂直于海岸，没有封闭的区域，笔直地延伸至大海。 大坝阻止了潮汐的横向加速。在许多沿海地区，主要的潮汐运动平行于海岸：所有海水整体向一个方向加速，并在当天晚些时候转变为相反方向。DTP大坝足够长可以对水平潮汐运动产生影响，由而在大坝两侧产生水位差

15、（水头）。通过安装在大坝上的一系列的常见水轮机，水头可以被转换成电能。,我国的发展模式,中国属于能源进口大国，利用可再生能源是当务之急，特别是在中国水资源丰富的广大地区，中国政府应加大对水电设备的购买补贴，包括太阳能电池板屋顶的补贴，如果全国农村家用电能做到一半自给，能可以节约电能每年20亿度以上 。希望国家加大这方面运作力度。,dtp 优点,一个大坝的装机容量能达到8000兆瓦以上，对年预估发电230亿千瓦时(83PJ每年)的大坝，生产能力利用率达30%。5例如，一个欧洲人平均每年消耗约6800千瓦时，因此一个DTP大坝可以为约340万欧洲人提供能源。6若正确安装两大坝间的距离（相隔约200

16、公里），两者可平衡各自的输出量从而相互补足（一个坝完全输出时，另一个不发电）。和传统的潮汐坝乡比较，由于不被沿海区包围，T型动态潮汐能坝大大减少了对社会和环境的影响。动态潮汐发电不需要很高的天然潮位变幅，因此有更多的地点可供使用。其总体可用性在有适当条件的国家很高，如韩国、中国和英国（中国的总体可用性估计达815万兆瓦）。,dtp 技术发展,潮汐水轮机和风力涡轮机类似。尽管建设大坝的所有所需技术已经可以实现，DTP大坝还从未被建成过。已有多种数学和物理模型对动态潮汐能坝的水头或水位差进行了模拟。在大型工程项目中，潮汐和长坝间的交互作用已经被观察和记录下来，如荷兰的三角洲工程和Afsluitdijk 。众所周知潮汐流和自然形成的半岛间的相互作用，这些数据也被用于矫正潮汐的数值模型。计算附加质量的公式被应用于开发DTP的分析模型。观测到的水位差与当前的分析数字模型紧密匹配。1 预测由DTP大坝产生的水位差现在可以达到有效的精确度。 所需的关键要素包括： 低水头高容量双向水轮机（能够双向发电）。 操作运转部件存在海水环境的应用程序，效能超过75%。大坝建设方法可以通过模块化流动沉箱（混凝土砌块）来实现。这些沉箱会先在岸上制造好，并随后漂浮到大坝的位置。,