潮汐能的应用—刘春涛.doc

学号 109014015新能源应用基础论 文潮汐能的应用学生姓名刘春涛班级热能与动力工程101班成绩冶金与资源学院热能与动力工程2013年05月08日潮汐能的应用【摘要】潮汐能是可再生的洁净的新能源, 本文总结了国内外潮汐能利用利用状况，并简要介绍我国潮汐能开发利用的意义及其开发可行性情况，同时指出我国潮汐能大规模开发利用所面临的问题在此基础上提出未来研究的方向并给出相应建议。【关键词】潮汐能；新能源；潮汐发电；潮汐能利用。一、 引言能源对于经济的发展有着举足轻重的作用，煤、石油、天然气等属于不可再生的能源。随着世界经济的发展，能源需求也不断增长，世界各国都在寻求新能源，希望新能源既是可再生的又能避免像煤、石油、天然气等能源带来的环境污染问题。开发利用洁净的新能源是解决能源问题及环境问题的出路，潮汐能作为洁净的、可再生的新能源，受到广泛的重视。我国是一个能源生产和消费的大国，最近几年能源供应不足问题逐渐突出。为满足经济发展的需要，我国每年需进口大量石油。我国不仅仅存在能源供应问题，在经济发展过程中，大量使用煤、石油等能源导致有害物质的排放也在逐年增加。我国具有丰富的潮汐能，但目前新能源的发展还处于初级阶段，开发利用水平还很低，积极发展潮汐能等洁净可再生的能源是解决我国能源紧缺问题的一条有效途径，并能改善不利的环境状况。二、 潮汐能概述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称为潮汐能。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。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。世界上潮差的较大值约为1315米，但一般说来，平均潮差在3米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。三、 潮汐能的特点人类很早就会利用潮汐能，900年前我国泉州建洛阳桥时就是利用潮汐能搬运石块，在1518世纪，法国、英国等曾在大西洋沿岸利用潮汐能推动水轮机，但利用潮汐能发电是始于20世纪50年代，加拿大、法国、俄罗斯和中国都建有潮汐发电站。经估算，全世界可开发利用的潮汐能为20万亿KW，但潮汐发电具有很多得天独厚的优点。潮汐能发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量积蓄海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。潮汐能发电与普通水力发电原理相类似，差别在于海水与河水不同，积蓄的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐能发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。潮汐能发电的优点：潮汐能属于可再生资源，蕴藏量大，运行成本低;潮汐能发电对于环境影响小，发电不排放废气废渣废水，属于洁净能源；潮汐能发电的水库都是利用河口或海湾建成的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地；潮汐能发电不受洪水，枯水期等水温因素影响；潮汐能发电的堤坝较低，容易建造，投资也较少。潮汐能发电优点很多，但也有其薄弱之处，如机电设备常与海水、盐雾及海生物接触，有防腐、防污等要求；随着潮汐的涨落，能量亦有起伏变化，影响发电供电质量。同时潮汐电站也存在一些环境影响问题：潮汐电站不但会改变潮差和潮流，还会改变海水温度和水质；拦潮坝会对地下水和排水等带来不利影响，并会加剧海岸侵蚀；潮汐电站还会影响鸟类生长环境及种群的生存，另外由于水轮机的运转可能会导致鱼类死亡，并会妨碍溯河产卵的鱼种的溯游，因此潮汐电站也对鱼类有着潜在影响。随着科学技术水平的提高，这些问题将不断地解决。对于环境影响问题，可以采取一定的措施使这些不利影响降到最低程度。四、 国内外潮汐能利用情况由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。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。国外：世界上第一座潮汐发电站始建于德国，1912年德国在胡苏姆兴建的一座小型潮汐电站，开创了潮汐发电的新纪元。其后潮汐电站事业蓬勃发展，英国、美国、法国、加拿大、印度、韩国等都对其投入大量人力物力。现今，世界上运行的著名电站主要有法国朗斯潮汐电站、美国阿拉斯加尼克湾、加拿大芬地湾、英国赛文河口、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、韩国仁川湾等地的潮汐电站。1966年法国建成了朗斯潮汐电站，该电站最大潮差为13.4米，平均8米，水库面积22平方千米，拦潮拔高12米，长750米。其机容量为24KW，年发电量为5.44亿度，是当时世界上最大的潮汐电站。其技术创新是采用了与常规水电站不同的，具有正反向发电、泄水和抽水的灯泡式贯流水轮发电机组，不但提高了潮汐能的利用效率，同时降低了电站的造价。加拿大于1984年年在芬地湾建成了取名为安纳波利斯的潮汐发电站。该电站采取落潮发电运行，该区平均潮差为4.28.5米，年发电量为50GWh芬地湾是世界上潮汐能最大的地方，该处潮差最大可达18米。该潮汐电站总装机容量1.9万KW，采用新型全贯流式水轮发电机组，减少投资20%，取得良好的经济效益。该电站是建设芬迪湾大型潮汐电站坎伯兰和科别库依德的试验电站，它的建成和良好效益，证明了芬迪湾建大型潮汐电站的可行性，加拿大因此计划推进大型潮汐电站的兴建。英国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万千瓦的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究。预计到2030年，世界潮汐电站的年发电总量将达600亿KWh。国内：我国是世界上建造潮汐电站最多的国家，先后建造了几十座潮汐电站，但由于各种原因，目前只有8个电站在正常运行发电，总装机容量为6000KW，年发电量1000多万KWh，仅次于法国、加拿大。东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差3.54.3米，最大潮差78米，自然环境条件优越的坝址，可建1万KW级以上电站的坝址有浙江杭州湾、浙江乐清湾、长江北支、浙江象山港、福建大官坂等。其中浙江杭州湾最大潮差8.9米，潮汐能蕴藏量居全国首位。温岭江厦潮汐实验电站是我国已建成的最大的潮汐电站。双向贯流式机组6台。总装机容量3900KW，2010年全年发电量达731.74万KWh。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大大芬地湾安娜波利斯潮汐电站，居世界第三。我国大陆海岸线长达1.8万千米，据全国沿海普查资料，全国有近200个海湾、河口可开发潮汐能，可开发的潮汐能年总发电量达600亿KWh，可装机总容量可达20GW。东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差 45米，最大潮差78米，自然环境条件优越的坝址，如钱塘江口，最大潮差7.5米，据估计能建5000MW 级潮汐电站有上海的长江口北支，最大潮差6米，具有建造700MW 级潮汐电站的潜力。尽管我国这些潮汐电站的容量都比较小，但它们为我们积累了经验，为进一步开发和利用潮汐能做准备，在我国现有的潮汐电站中还有大量的工作要做，如调整潮汐电站的运行，使其以最优方式并入电网，发展多元生产模式，努力消除潮汐电站给环境带来的不利影响等。我国已公布的可开发潮汐资源量是鉴于现时开发技术水平的一个较保守的统计数据，其中还不包括平顺海岸外滩和浅海的潮汐能资源，随着现代工程技术的发展，巨大的潜在潮汐能资源会受到越来越多的重视和开发利用。五、 潮汐能的发展前景全球潮汐能的理论蕴藏量大约在2030万亿KWh，相当于所有河川水力发电总量，但可供开发程度比较低，不同国家情况不一。初期研究表明：全球经济型潮汐电站年供电能力在1万亿KWh左右，最高为2万亿KWh，但这仅仅只占未来电力需求的一小部分。河川水力发电潜力较低，大约是1000亿kWh。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。电力供应不足是制约我国国民经济发展的重要因素，尤其实在东部沿海地区。2010年入夏以来，北京、天津最大负荷分别突破1600万和1000万KW关口，河北、山西、山东也均创历史新高。东部沿海地区是我国工农业发展最发达地区，该区占有我国绝大多数的潮汐能资源，如能对其开发利用，将会显著促进本区的工农业生产发展，带来显著的经济效益。潮汐能源具有清洁性、可再生性，对其开发利用不会污染环境，同时，潮汐电站水库可以开发利用为水产养殖区和渔船避风港。我国海岸线曲折漫长，北起中朝交界的鸭绿江口，南达中越相交的北仑河口，大陆岸线长达18000多千米，加上6500多个海岛的岸线，岸线长度超过32000千米。以杭州湾为界，以北主要是平原型海岸（除辽东半岛、山东半岛外），由厚而松散的粉砂或淤泥组成，岸线平直，潮差较小，良好的潮汐发电港湾坝址较少；以南主要为基岩港湾形海岸，岸线曲折，海岸坡度陡，水深潮大，有优良的潮汐发电坝址。据对全国开发装机容量200KW以上的424处港湾坝址的调查资料表明，我国的潮汐能蕴藏量为1.1亿KW。我国沿海地区以杭州湾为界，以北主要是平原型海岸（除山东半岛和辽东半岛），由厚而松散的粉砂或淤泥组成，岸线平直，潮差较小，良好的潮汐发电港湾坝址较少；以南主要为基岩港湾型海岸，岸线曲折，海岸坡度陡，水深潮大，有优良的潮汐发电坝址。我国可建万KW级电站的港址有杭州湾、象山湾等数十处。我国潮汐能发电技术已经取得了很大进展，以后的研究重点应该从以下几方面入手：首先，做好先期规划工作，主要有潮汐能调查、坝址选择、社会可行性分析等，在电站建设之前充分论证其可行性。其次，提高电站建设的质量及经营管理水平等主观因素，提高电站的运行寿命。再次，要加大对国外已有潮汐能发电技术的研究及开发潮汐能利用的新技术，我国可以借鉴俄罗斯、英国等潮汐发电技术先进国家的先进技术和经验，学以致用，在此基础之上，积极研发自主技术，力求我国跻身于潮汐发电技术先进国家行列。最后，积极拓展潮汐电站的其他功能，分担潮汐电站建设成本，例如开展水产养殖、旅游等，充分利用电站。六、 展望虽然潮汐能开发利用未形成规模且依旧面临诸多待解决问题，但随着人类社会的发展，化石能源将会逐步消失，同时人类对新能源的要求将会越加趋向环保化，以此维护人类赖以生存的环境。在这样的背景下，我国应该积极总结潮汐电站的运行经验，充分借鉴国外的先进经验和技术，同时，政府应该发挥主导作用，重视潮汐能的开发利用，可以设立专项基金用于潮汐能开发利用研究工作以及相关人员培训工作，同时应该给予潮汐能开发利用的优惠条件，制定相应的扶持政策，如税收减免和电价补贴等来吸收投资者，并制定和完善相应的电力竞争制度，使投资者更注重技术和管理的改革，从而使潮汐电站得以健康发展。潮汐能具有巨大的开发前景, 对解决世界能源问题将发挥越来越大的作用。合理利用潮汐能, 既可减少环境污染, 又可减轻能源短缺的压力。我国是发展中国家,是能源消耗大国, 目前处在能源不足, 污染严重的状态,能源的多元化、可持续化已是大势所趋, 洁净的可再生能源对实现我国的能源结构转型、可持续发展具有重要意义。【参考文献】1) 范波芹，索丽生，周杰，重视潮汐电站的开发与利用J，水电能源科学，2001,19（2）：71-73。2) 沈祖诒，潮汐电站M，北京：中国电力出版社，1998。3) 张发华，综合开发我国潮汐能的探讨J，水力发电学报，1996，（3）