潮汐发电技术 王均锋

1、潮汐发电技术王均锋 2009031191（山东建筑大学 热能学院热动091,山东省济南市 邮编250101）摘要：介绍了潮汐发电的类型、国内外发展现状，分析了我国发展潮汐发电存在的问题，提出了我国潮汐 发电需要解决的关键问题。展望了我国潮汐发电应用的前景。关键词：潮汐发电现状分析中图分类号：SJ001文献标识码：A0.引言能源对经济的发展有着举足轻重的作用，煤、石油、天然气等属不可再生的能源。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，海洋被认

2、为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。从技术及经济上的可行性，可持 续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术 将得到更大规模的利用。潮汐能作为洁净的、可再生的新能源，受到广泛的重视。世界海洋 潮汐能蕴藏量约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kWh。潮汐能作为一种可再生的洁净能源，在国内外很早就引起人们的关注。目前，随着地球上矿 物能源日趋短缺，潮汐能和风能、太阳能这些有利于环境保护的可再生能源越来越受到世界 各国的重视。潮汐发电的原理在海湾或感潮河口，可见到海水 或江水每天有两次的涨落现象，早上 的称为潮，晚上的称为汐。这种现象

3、 主要是由月球、太阳的引潮力以及地 球自转效应所造成的。潮汐是一种蕴 藏量极大、取之不尽、用之不竭、不 需开采和运输、洁净无污染的可再生 能源。建设潮汐电站，不需要移民， 不淹没土地，没有环境污染问题，还 可以结合潮汐发电发展围垦、水生养 殖和海洋化工等综合利用项目。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。利用潮汐发电必须具备两个物理条

4、件：首先潮汐的幅度必须大，至少有几米；其次海岸 地形必须能储蓄大量海水，并可惊醒土建工程。潮汐发电的工作原理与一般手里发电的原理 是相近的，即在河口或海湾筑一条大坝，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦海大坝里。潮汐发电站的类型关闭阀门术轮机停用开启耕门开动水轮机关闭阀门水轮机停用开启阀门关闭阀门术轮机停用开启耕门开动水轮机关闭阀门水轮机停用开启阀门坝外湖位过程曲线痴甬深成建甬线图i潮沙发电示意图素1潮汐电站三种方案的比较方索作蜻押优缺点在意潮时将贮水库闸门打爪 向水序花水，平潮时关成 落糊旧，待说点扯役备结筒牝投梵少：能点是潮贮水将勺外泡打定成位片时升闸,境M水粒发电机绢发电沙能利卅率低.爸

5、电4；连续中庠横向型利用御会阿门抨制两条而水粕机引水的管ifi.在激潮网滔醐时，海水适应犬然制汐过程，潮汐能利用率高，投分别乱务口的当水曾道讶入水轮肌，使水轮机旋转带网发他机叔垸单向型采用两个水力用暇的束库.扇沏时,向府漫、水摩充水：落潮肘，由低 贮木库排水,利出两水昨间的水位笙，使水轮发电机蛆连续他向旋转 发电可实现连续发电。块点是要建两个水库. 投新人FLL作本关阱低2.1单库单向电站即只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电，我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这 种类型。2.2单库双向电站用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在平潮时不能发电，广东省东莞市的 镇口潮汐电站及浙江省温岭市江

6、厦潮汐电站，就是这种型式。2.3双库双向电站它是用二个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，这样 前一个水库的水位总比后一个水库的水位高，故前者称为上水库，后者称为下水库。水轮发 电机组放在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故可以全天发电。表1潮汐电站3种方案的比较方案工作原理优缺点单瘁单向型单库双向型双库单向型在涨潮时将贮水库闸 J方案工作原理优缺点单瘁单向型单库双向型双库单向型在涨潮时将贮水库闸 J打开，向水库充水1 平潮时关闸：落潮后，待贮水库与外海有一 定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。利用两套阀门控制两条向水轮机引水的管道= 在洗潮和落潮时,海水分

7、别从各自的引水管道 进入水轮机，使水轮机旋转带动发电机 采用两个水力相联的水库。涨潮时，向高贮 水瘁充水；落潮时，由低贮水库排水，利用两 水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向 旋转发电-优点是设各结构简单，投资少；缺点是潮汐能利用率低，发电不适应天然潮汐过程，潮汐能利用率高，投资较大=可实现连续发电。缺点是要建两个水库，投资大且工作水头降(C)双座单向型怎)单犀单向型Cb)单库取向型图2 3种不同方案的潮汐申站示意图潮汐发电的优缺点3.1潮汐发电的优点3.1.1潮汐能本身是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日 涨落，周而复始，取之不尽用之不竭。它完全可以发展成为沿海地区

8、生活、生产和国防需 要的重要补充能源。3.1.2它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总 发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。3.1.3潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复 杂问题。而且可用拦海大坝，促淤围垦大片海涂地，把水产养殖、水利、海洋化工、交通 运输结合起来，大搞综合利用。这对于人多地少、农田非常宝贵的沿海地区，更是个突出 的优点。3.1.4潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也 不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。3.1.5潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，

9、不受一次能源价格的影响， 而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低 的特点。3.1.6机组台数多，不用设置备用机组。3.2潮汐发电的缺点3.2.1潮差和水头在一日内经常变化，在无特殊调节措施时， 出力有间歇性，给用户带来不便。但可按潮汐预报提前制定运行计划，与大电网并网运行，以克服 其间歇性。3.2.2潮汐存在半月变化，潮 差可相差二倍，故保证出力、装 机的年利用时数也低。3.2.3潮汐电站建在港湾海口，通常水深坝长，施工、地基 处理及防淤等问题较困难。故土建和机电投资大，造价较高。潮汐发电站对环境的影响4.1潮汐电站的建成使得自然条件得以改善。电站库区

10、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.日.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4.2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动掺混，从而改变潮流及潮波状态，提高层化作用，夏季增加 水的表而温度，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，减少光射 深度，改变地下水动态、农田排水条件和潮汐电站水库小气候及临近地区的气候。潮汐电站 不但会改变潮差和潮流，还会改变海水的部分物理和化学参数，改变的性质

11、与程度取决于电 站规模与地理位置以及工程的规模和运行特性。4.3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，以及海边鸟类和水鸟在其 它湖区可能生活的范围。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、大麻哈鱼和淡莱的生产和生长。潮汐电站也会影响鱼类的叫游。此外，对于海洋哺乳 动物的话动来说，潮汐挡水建筑物也是一个障碍。4.4潮汐电站会改变海口的水流流态和天然冲砂运动。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闸门附近，水流流动会加剧。潮汐水库 内水流的减

12、弱会造成增加沉积并减少海岸冲刷。国内外潮汐发电的现状和发展5.1国外潮汐发电的现状和发展世界上潮汐能资源较丰富的国家几乎都在进行开发利用研究，尤以法国、英国、美国、 加拿大等国开展较早。潮汐发电的设想由来已久，但直到20世纪上半叶还没有一个在技术和经济上可行的方 案。1967年法国的圣罗马湾建成世界首座潮汐电站一一兰斯潮汐电站，日发电量约为4050万度，足够一座万人城镇照明使用。继法国之后，前苏联在巴伦支海建成基斯洛潮汐电站，其设计总装机为800 kW（现装机 400 kW）。1984年加拿大在芬地湾建成了取名为安那波利斯的潮汐发电站,装机容量5 X 104 kW（其中装有一台容量为2 X 1

13、04 kW的单向全贯流水轮发电机组）。芬地湾是世界上潮汐能 最大的地方，那里的海潮最高时达到18 m ,相当于6层楼房的高度4。表2世界上已建和研究中的大型潮汐电站国家站址年平均 潮差（rn）装机容量C y04kW）年发电量C心贝厉 h）建成时间发电型式法国朗斯S.5524.05.441966 年单库双向前苏联基斯洛2.30.040.0231968 年单瘁双向加拿大安那波利斯6.41.780.50984 年单库单向中国江厦5. 10.390. 111980 年单瘁双向中国幸福洋4.20. 1280.0321989 年单库单向中国海山4.90.0150.00311985 年双库单向怫罗斯美晋湾5

14、.6615(10500研究中单库双向英国塞汶河曰8.46(X)144研究中单库单向加拿大芬地湾11.838(1127研究中单库单向澳大利亚金伯利湾8.49030研究中单库双向韩国加露林湾4.74S.0120研究中单库单向阿根廷圣何塞湾6.5495120研究中单库单向英国、韩国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万kW的潮汐电站建设 方案作了不同深度的研究。最近几年，潮汐能的开发研究仍在进行。据不完全统计，目前在英、加、俄、印、韩等13个国家运行、兴建、设计、研究及拟 建的潮汐发电站139座。国外预测，21世纪初在英、加、俄、印等国将会有100万千瓦级 的潮汐电站建成。也就是说，国际上

15、一个大规模研究、发展潮汐发电时代带来了。5.2国内潮汐发电现状和发展我国大陆海岸线长达18000多公里，有大小岛屿6960多个，海岛总面积6700平方公里， 有人居住的岛屿有430多个，是世界上海流能量资源密度最高的国家之一，发展海流能有良 好的资源优势。我国潮汐能开发已经有40多万年的历史，建成并长期运行的有八座，总装机总量6120 千瓦。其中最大的是位于浙江省温岭市的江夏潮汐试验电站，总装机容量3200千瓦，1980 年开始发电，1985年底五台机组全部并网发电。随着我国经济的不断发展，电力不足的问题已越来越严重。特别是东部沿海地区为我国 的电力负荷中心所在，每年的电力消费约占全国的40%

16、。而这些地区煤、石油等常规能源 资源比较贫乏，可再生能源蕴藏量大。因此，立足于本地区的可再生清洁能源的开发利用成 为解决电力供应不足的重要途径。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，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6000 kWh，年发电量1000多万kWh， 仅次于法国、加拿大。世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站 是1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，其装机 容量为24万kW，年均发电量为5.44亿kWh。相比之下，我国的潮汐电站规模较小，江夏 潮汐试验电站是我国已建成的最大的

17、潮汐电站。双向贯流式机组6台，总装机容量3200kW， 年发电量600万kWh。规模仅次于法国郎斯洛潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯洛潮汐 电站，居世界第三。我国在潮汐能开发方面，具有丰富的资源优势和雄厚的技术力量，并积累了一定的管理 和运行经验，但由于种种原因，潮汐电站的建设长期未得到足够的重视。到2000年，潮汐 电站数目非但没有增加，反而在减少，目前仅剩几座座处于艰难维持状态，江夏潮汐试验电 站则长期处于负债运行状态。究其原因，主要有以下几个方面：一是潮汐电站规模小、投资高。浙江江夏试验电站，装机容量只有3200千瓦，低于千 瓦级的经济规模，单机容量最大为700千瓦。二是经济效益差。我国

18、潮汐电站的总装机容量小、设备落后、运行自动程度低。三是政府有关部门缺乏对潮汐能开发的激励政策和优惠措施。应把潮汐能作为常规能源 的补充，给予开发工作大力支持，但目前把利用潮汐能等同于常规的小电站来开发，从而削 弱了开发利用潮汐能的积极性。6结语电力供应不足是制约我国国民经济发展的重要因素，尤其是在东部沿海地区。另一方面 我国海岸线漫长曲折，蕴藏着丰富的潮汐能资源。潮汐能发电具有可再生性、清洁性、可预 报性等优点。经过多年来对潮汐电站建设的研究和试点，不仅在技术上日趋成熟，而且在降 低成本，提高经济效益方面也取得了很大进展。潮汐能发电技术前景广阔。我国应积极借鉴 英国、瑞典等潮汐能发电技术相对成熟国家的新技术，例如新型的潮汐发电装置、水