新能源技术潮汐能与潮汐发电

§5潮汐能与潮汐发电关注的问题潮汐是怎样形成的？人类从何时开始懂得潮汐能的利用，又是如何利用的？潮汐发电的原理是怎样的？潮汐电站什么样？潮汐发电有什么特点？潮汐发电的发展状况如何？教学目标了解人类认识和利用潮汐历史，了解或掌握潮汐资源的特征及其分布，掌握潮汐发电的基本原理和潮汐电站的构成，了解潮汐发电的发展应用情况。§5.1人类对潮汐的认识和利用我国古人把白天的海水涨落叫做“潮”，夜间的海水涨落叫做“汐”，合起来称为“潮汐”。§5.1.1人类对潮汐的认识潮汐是由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的海水有规律的、周期性的涨落现象。太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。§5.1人类对潮汐的认识和利用§5.1.1人类对潮汐的认识俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一条直线上，日月的引力方向相同，合力最大，形成大潮。每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形成大潮（想想：为什么？）当太阳和月球对地成直角方向时，太阳潮的落潮和太阴潮的涨潮，二者共同作用，相互抵消，形成潮势较弱的小潮。趣闻：我们和地心的距离也是变化的？

（详见教材）§

5.1.2人类对潮汐的早期利用潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。我国对潮汐能的利用最早，可追溯到1300多年前的唐朝。宋代有巧用潮汐建石桥的工程实例（见教材引例故事）6~7世纪，我国就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物。

近些年在山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。中国最早的潮汐能水轮泵站（详见教材）§

5.1.2人类对潮汐的早期利用10世纪左右，在波斯湾，人们开始以潮汐能为动力驱动水车进行面粉加工。11～12世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿用到20世纪。英国至今仍保留着一个12世纪的潮汐磨，碾谷子供游客参观。16世纪，俄国沿海居民也使用过类似的潮汐能水磨，18世纪，俄国还出现了以潮汐能为动力的锯木厂。欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路，并把它带到美洲新大陆。到了20世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利用潮差能来发电。§

5.2潮汐能资源

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5.2.1潮汐的描述和分类用于描述潮汐的各个要素如图所示。海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环。相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平均周期。按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、全日潮和混合潮三种类型。§

5.2.1潮汐的描述和分类§5.2.2潮汐能资源及其分布海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能称为潮汐能。很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能，而潮汐能特指海水涨落形成的势能。在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济技术条件下最为现实的一种。§5.2.2.1世界潮汐能资源联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为30亿千瓦，是目前全球发电能力的1.6倍。估计技术上允许利用的约1亿千瓦。中国商业情报网的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。实践证明，平均潮差≥3m才有经济效益，否则难于实用化。§5.2.2.2我国的潮汐汐能资源据初步统计计，全国潮汐能蕴藏藏量约为2.9亿亿千瓦，年发电量量可达2750亿亿度。《中国新能能源与可再再生能源1999白白皮书》》资料显示示我国可开开发潮汐能能资源装机机容量达2000多多万千瓦瓦，年发电量量可达600多多亿度。教材中给出出了1958年潮潮汐资源蕴蕴藏量的调调查结果，，表4.1和表4.2分别别沿海各省省、市、自自治区和各各主要河流流的潮汐能能资源理论论蕴藏量。。1982年年可开发潮潮汐资源的的调查，中中国各省可可开发利用用潮汐能总总装机容量量如表4.3所示示。§5.3潮潮汐发电电原理和电电站构成和内陆河川川的水力发发电相比，，潮汐能的的能量密度度很低，相相当于微水头发电电的水平。世界上平均均潮差（注意这个概概念）的较大值值约为13～15m。想想：我国的最大大平均潮差差会出现在哪哪里？潮汐发电和和水力发电电的基本原原理是一样样的，所用用设备也大大致相同。。§5.3.1潮汐汐发电的原原理§5.3.1.1潮汐发电的的方式广义的潮汐汐发电，按按能量利用用的形式分分为两种：：一种是利用用潮汐时流流动的海水水所具有的的动能驱动动水轮机带带动发电机机发电，称称为潮流发电；

一种是是在河口、、海湾处修修筑堤坝形形成水库，，利用水库库与海水之之间的水位位差所蓄积积的势能来来发电，称称为潮位发电。§5.3.1.1潮汐发电的的方式涨潮和落潮潮时，潮汐汐发电的原原理如图所所示。§5.3.1.2潮汐电站的的装机容量量和发电量量电站的可能能装机容量量，理论上上可根据潮潮汐势能大大小计算。。例如，半日日潮的潮汐汐电站装机机容量P，，可用公式式计算：式中H——平均潮潮差（m））；S——水库平平均面积（（km2）。教材中表7.5给出出了面积为为1km2的水库、落落差为3～～10米时时，可供发发电的最大大功率。建潮汐电站站时，年发发电量可利利用下面公公式进行计计算：式中a——单向发发电时取0.40，，双向发电电时取0.55；可用这个公公式估算潮汐能蕴藏藏量和潮汐电站的的年发电量量。§5.3.2潮汐汐电站的结结构潮汐电站的的选址：潮汐电站可可建在三角洲、河河口、海滩滩或其它的受受潮汐影响响的海水伸伸展地带，，最好选在““口小肚大”的海湾上上，这样只只要修建一一个短短的的大坝，就就可以围住住很多海水水，成为一一个大水库库。潮汐电站的的构成：潮汐能电站站是综合的的建设工程程，主要由由拦水堤坝、、水闸和发发电厂三部部分组成。有通航要求求的潮汐能能电站还应应设置船闸。潮汐电站对对水轮发电电机组有特特殊的要求求，例如：：1）应满足足潮汐低水头、大流量的水力特性性；2）在海水水中工作时时，防腐、防污、密封和发电机机防潮；3）需要性性能好的开开关设备，，适应机组组随潮汐涨涨落而频繁繁启动和停停止；§5.3.3潮汐汐电站的水水轮发电机机组根据水轮机的布布置和结构型式，潮汐电站站所用的水水轮发电机机组有以下下几类：（1）立轴定桨式式水轮发电机机组。（2）轴伸贯流式式水轮发电机机组。（3）竖井贯流式式水轮发电机机组。（4）灯泡贯流式式水轮发电机机组。（5）全贯流式水轮发电机机组。§5.3.3潮汐汐电站的水水轮发电机机组§5.4潮潮汐电站的的类型（1）单库单向潮潮汐电站（2）单库双向潮潮汐电站§5.4潮潮汐电站站的类型（3）双库连续发发电潮汐电电站§5.4潮潮汐电站站的类型§5.5潮潮汐发电的的特点§4.5.1潮汐发发电的优点点主要包包括：：（1））潮汐汐能源源可循环环再生生。（2））潮汐汐变化化有规规律，，发电电输出出没有季季节性性。（3））靠近近用电电中心心，不消耗耗燃料料，运行费费用低低。（4））潮汐汐发电电不排排放有有害物物质，，不会污污染环环境。（5））潮汐汐电站站建设设不需淹淹地、、移民民，还可可以综合利利用。§4.5.2潮潮汐发发电的的不足足作为新新兴的的电力力能源源，目目前也也存在在一些些不足足。（1））发电电出力力有间歇歇性。（2））水头头低，，发电电效率不不高。（3））工程程复杂杂，建建设投资大大。（4））关于于泥沙淤淤积问问题的疑虑虑。§5.5潮潮汐发发电的的特点点§5.6潮潮汐发发电的的发展展潮汐发发电研研究已已有100多多年年历史史，最最早从从欧洲洲开始始，德德国和和法国国走在在最前前面。。发电电成为为潮汐汐能利利用的的主要要发展展方向向。19世世纪纪末，法国人提出出兴建建潮汐汐能发发电站站的设设想。。1912年年世界上上第一一座潮潮汐能能电站站建成成（参见教教材）。1913年年法法国的潮汐汐电站站成功功的进进行了了发电电试验验，接接着又又建了了一座座容量量为1865kW的潮汐汐电站站。§5.6.1世世界潮潮汐发发电的的发展展直到1960s，潮潮汐发发电才才在世世界范范围内内有了了较快快发展展。1967年年世界上上第一座座具经济济价值值的生生产性性潮汐汐发电电站，，标志志着潮潮汐发发电进进入了了实用用阶段段。前苏联联、英英国、、美国国、加加拿大大、瑞瑞典、、丹麦麦、挪挪威、、印度度等国国，也也都陆陆续研研究，，相继继建成成一批批潮汐汐发电电站。。教材表表4-5给给出了了世界界上现现有的的大型型潮汐汐电站站。联合国国《开开发论论坛》》曾估估计，，2000年年世界潮潮汐发发电可可达300至至600亿亿千千瓦时时，实际际进展展却没没有这这么快快。初初步统统计，，全世世界潮潮汐电电站的的总装装机为为26.5万万千千瓦(265MW)。预计到到2020年年，世界界潮汐汐电站站发电电总量量将达达120亿亿到到600亿亿千千瓦瓦时时。世界界之之最最：：（详详见见教教材材））世界界上上最早早的潮潮汐汐电电站站；；世界界上上装机机容容量量最最大大的潮潮汐汐电电站站；；世界界上上第第一一座座具经经济济价价值值的的生生产产性性潮汐汐发发电电站站；；世界界上上单机机容容量量最最大大的潮潮汐汐电电站站。。§5.6.2我我国国潮潮汐汐发发电电的的发发展展中国国是是世世界界上上建建造造潮潮汐汐电电站站最多多的国国家家。。1950s－－1970s，，先先后后建建了了约约50座潮潮汐汐电电站站，，但但据据1980s初初的的统统计计，，其其中中大大多多数数已已经经不不再再使使用用。。例如如，，1977年年初初广广西西曾曾在在钦钦州州果果子子山山建建成成一一座座小小型型的的实实验验性性潮潮汐汐电电站站…………。。我国国的的潮潮差差偏偏小小，，平平均均潮潮差差都都<5m，因因而而潮潮汐汐