能源低碳技术课程设计

XINYUUNIVERSITY成绩批阅老师能源低碳技术作业题目 新能源之潮汐能利用二级学院新能源科学与工程学院专 业新能源科学与工程班 级 学 号 学生姓名 联系方式 目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目录 1\o"CurrentDocument"新能源之潮汐能利用 2\o"CurrentDocument"摘要 2\o"CurrentDocument"概述 3\o"CurrentDocument"潮汐能的简介 4\o"CurrentDocument"2.1潮汐能的形成 4\o"CurrentDocument"2.2潮汐能的类型 4\o"CurrentDocument"潮汐能的发电 5\o"CurrentDocument"3.1发电原理 53.2发电条件 6\o"CurrentDocument"3.2.1利用潮汐发电必须具备两个物理条件 6\o"CurrentDocument"3.3潮汐能发电站的形式 6\o"CurrentDocument"3.4潮汐能的发电设备 73.4.1全贯流式水轮机 7\o"CurrentDocument"潮汐能的国内外形势 9\o"CurrentDocument"4.1国内潮汐能的发展形势 9\o"CurrentDocument"4.2国外潮汐能的发展形势 10\o"CurrentDocument"潮汐能的应用前景 11\o"CurrentDocument"5.1机遇 11\o"CurrentDocument"5.2挑战 11\o"CurrentDocument"5.3我国潮汐能利用存在的问题及解决方法 12\o"CurrentDocument"5.4结语 13【参考文献】 13新能源之潮汐能利用摘要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。这种能量是永恒的、无污染的能量。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。关键词：再生能源，潮汐能，发电利用概述凡在海边上生活过的人都知道，海水时进时退，海面时涨时落。海水的这种自然涨落现象就是人们常说的的潮汐。潮汐是海洋水体在太阳、月亮引力的作用下所做的振荡运动。我们把海面周期性的涨落叫潮汐，海水周期性的水平流动称为潮流，潮流与海流不同之处就在于潮流具有严格的周期性。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13—15m，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。潮汐能的简介2.1潮汐能的形成很早以前，人们就注意到海水的潮来潮往很有规律性；初一，十五涨大潮。潮汐的这种规律性与它的日月起因是分不开的。我国早在《山海经》中就说潮汐与月亮有关，十七世纪后期牛顿发现了万有引力定律，即宇宙中的一切物体都相互吸引。地球、月球、太阳三者当然也不例外。潮汐的产生就是由于月球和太阳对地球的引潮力作用引起的。在这一系统中，由于月球（又称太阴）离地球远较太阳近，故其质量虽小，但它产生的引潮力比太阳大得多，是它的两倍左右。在地球一一月球系统中，地球受到两个力的作用A：一是月球对它的引力，二是地球自转、绕日公转和绕地月系中心转动时产生的惯性离心力，这两个力结合产生合力。这种合力就称为“月球引潮力”，在引潮力的作用下导致海水运动形成潮汐。合力的两个分力就象四边形的两条边，中间有一个夹角，四边形的对角线就是“引潮力”。可以想像，当地月位置变化时，夹角也变化，对角线合力就变化。在向着月球的地方，月球的引力大于离必力，引力起主导作用，此时出现高潮；在背月的地方，离心力大于地球的引力，离心力起主导作用，也形成高潮。因此在高潮带之间的广阔海域，由于海水流向高潮区，水面下降，相对出现低潮。因为地球对着月球自转一周为24小时50分，这段时间内，某一海区就要经过向着月球和背着月球各一次出现两次高潮。2.2潮汐能的类型潮汐类型可分为三种：半日潮、全日潮和混合潮通常，地球上绝大部分地方的海水每天出现两次高潮和两次低潮，这种潮汐称为“半日潮”，有些地方，两次高潮与两次低潮的潮差很大，涨落时间不等，称为“混合潮”。有的地方一天只有一次高潮和一次低潮，高潮和低潮之大约相隔12小时25分，称为“全日潮”，掌握了潮汐的规律，对海边人民的生活有很大帮助。潮汐能的形式分为大潮和小潮，除了月球引潮力以外，太阳对地球也有引潮力。虽然较前者小得多，但其力学过程都是一样的。因为天体运动都有周期性和规律性，所以在月球和太阳的共同作用下，这海洋潮汐就很有规律性，每逢农历初一十五时，太阳，月球和地球三个天体差不多在同一条直线上，月球与太阳的引潮力几乎作用于同一个方向，两者的合力最大，此时海水受到的引潮力最大，因此这会海水涨得最高，落得最低，即大潮。到了初八（上弦），二十三（下弦），太阳、月球、地球三者位置形成直角，此时太阳引潮力和月球引潮力两者合力最小，这时潮涨得不高，落得也不低，出现两次最低的高潮和最高的低潮。潮汐是海洋中常见的自然现象之一。在我国，有闻名中外的钱塘江暴涨潮和深入内陆六百多公里的长江潮。主要是由于潮流沿着入海河流的河道溯流而上形成的。当潮流涌来时，潮端陡立，水花四溅，象一道高速推进的直立水墙，形成“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧”的壮观景象。潮汐能的发电潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关。实验表明，潮汐能量和海面的面积及潮差高度的平方成正比。目前，利用潮汐发电是开发利用潮汐的主要方向。由于涨潮、落潮的不连续性，生成发电也不连续。据计算，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿度。潮汐发电严格地讲应称为〃潮汐能发电〃，潮汐能发电仅是海洋能发电的一种，但是它是海洋能利用中发展最早、规模最大、技术较成熟的一种。现代海洋能源开发主要就是指利用海洋能发电。利用海洋能发电的方式很多，其中包括波力发电、潮汐发电、潮流发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等，而国内外已开发利用海洋能发电主要是潮汐发电。由于潮汐发电的开发成本较高和技术上的原因，所以发展不快。3.1发电原理潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电。潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电。

潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。3.2发电条件3.2.1利用潮汐发电必须具备两个物理条件1、 潮汐的幅度必须大，至少要有几米。（世界上潮差的较大值约为13—15m，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获取能量，但具有各自独特的特征。）2、 海岸的地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。X在有条件的海湾或库，并在闸坝内进水库，并在闸坝内进水）（b）单库双向型3.3潮汐能发电站的形式（b）单库双向型①单库单向型，只能在落潮时发电。海特点：只有一个水库，且只在落潮时发电；双向目优点：设备机构简单，投资少； ::尼发勺.二~缺点：潮汐能利用率低，发电不连续；

②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。特点：只有一个水库，但在涨潮和落潮时均可发电;优点:适应天然潮汐过程，潮汐能利用率高；③双库双向型：可以连续发电，但经济上CC）双座单向型缺点:投资较大；③双库双向型：可以连续发电，但经济上CC）双座单向型不合算，未见实际应用。特点:两个相邻水库，高水库在涨潮时进水，低水库在落潮时放水；优点:可实现连续发电；缺点:投资大且工作水头降低;3.4潮汐能的发电设备3.4.1全贯流式水轮机贯流式水轮机适用于1〜25m的水头。水流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式转轮相似，类似于电风扇叶片，贯流式水轮机转轮也有定桨和转桨两种，其工作原理这里不再介绍了。由于水流在流道内基本上沿轴向运动，不转弯，因此机组的过水能力和水力效率能有所提高。贯流式水轮机作水轮机运行与作水泵运行均有较好的水力性能，特适用于潮汐电站，其双向发电、双向抽水和双向泄水等功能很适合综合利用低水头水力资源。轴伸贯流式水轮机轴伸贯流式水轮发电机组采用卧式布置，也有倾斜安装的，其结构简单，造价与工程投资少，但效率较低，在低水头小水电站中应用较广，其中水平卧式用得最多。轴伸贯流式水轮发电机组水轮机部分主要有转轮室、转轮、导叶与控制机构、S形尾水管组成，转轮主轴穿出尾水管连接到发电机。由于低转速发电机体积庞大、价格贵，小型贯流式水轮发电机组多采用齿轮增速后带动高速发电机的形式。图中蓝绿色箭头线表示水流走向，水流沿轴向进入，经过导叶进入转轮室，推动转轮旋转做功，流经转轮叶片后，通过S形尾水管排出。竖井贯流式水轮机竖井贯流式水轮机是将发电机组安装在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中水轮机部分主要由导叶机构、转轮室、转轮、尾水管组成，转轮主轴伸入混凝土竖井中，通过齿轮箱等增速装置连接到发电机。也有把发电机布置在上面厂房，转轮主轴通过扇齿轮或皮带轮与发电机连接，使竖井尺寸更小一些。水流进入后从混凝土竖井两旁通过再汇集到导叶进入转轮室，水流推动转轮旋转做功后从尾水管排出。竖井贯流式水轮机组结构简单、造价低廉、运行和维护方便，但效率较低，在低水头小水电站中应用较广。灯泡贯流式水轮机灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。钢制灯泡通过上支柱、下支柱固定在混凝土基础中，上支柱也是人员出入灯泡的通道。由于目前中高水头水电资源开发殆尽，可开发的水电资源多为低水头，贯流式水轮机适合低水头应用，而且效率高投资低，近年来发展较快，而且功率也越来越大。目前我国最大的灯泡贯流式水轮机组是2009年投产的桥巩水电站，单机容量达5.7万KW；我国帮巴西制造的世界上最大的灯泡贯流式水轮机组达7.5万KW；在国外世界上最大的竖井贯流式水轮机组单机容量已达2.5万KW。潮汐能的国内外形势4.1国内潮汐能的发展形势中国潮汐能资源蕴藏量十分可观但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，占中国可开发潮汐能的88%。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，但开发存在较大的困难，需着重研究解决水库的泥沙淤积问题。我国沿海多港湾、岛屿，大陆岸线长达613419千米，岛屿岸1167319千米，沿岸分布着众多的潮汐电站库址。根据我国1978年对156个坝址的普查分析表明，技术上可开发的潮汐能蕴藏量2000X104千瓦•时和380X108千瓦•时。根据1981年的估算（坝址已增加到500个），潮汐潜能有1110X108~2700X108千瓦•时。东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差3~5米，最大潮差7~8米，自然环境条件优越的坝址，可建104千瓦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达8~9米，该工程最突出的问题是电站水库泥沙淤积问题。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6000千瓦,发电量1000X104千瓦•时。温岭江厦潮汐试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3200千瓦,发电量1070X104千瓦•时。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安那波利斯潮汐电站，居世界第三。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化生产模式，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能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。4.2国外潮汐能的发展形势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。1968年,法国在朗斯河口建成朗斯潮汐电站，该站址潮差最大1314m,平均8m。单库面积最高海平面时为22平方千米,平均海平面时为12平方千米。大坝高12米，宽25米，总长750米。坝上有公路沟通朗斯河两岸，是第一个商业化电站，也是世界上最大的潮汐发电站，其发电量5144X108千瓦•时。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800千瓦（现装机400千瓦）。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5X104千瓦（其中装有一台容量为2X104千瓦，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米,相当于6层楼房的高度。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。作为国外技术进步标志的法国朗斯潮汐发电站，1968年建成，装有24台具有能正反向发电的灯泡式发电机组，转轮直径为5.35米，单机容量1万千瓦，年发电量达5.4亿千瓦•时。1984年建成的加拿大安纳波利斯潮汐电站，装有1台容量为世界最大的2万千瓦单向水轮机组，转轮直径为7.6米，发电机转子设在水轮机叶片外缘，采用了新型的密封技术，冷却快，效率高，造价比法国灯泡式机组低15%，维修也很方便。中国自行设计的潮汐电站中，江厦电站比较正规，技术也较成熟。该电站原设计装6台单机容量为500千瓦的灯泡式机组，实际上只安装了5台，总容量就达到了3200千瓦。单机容量有500千瓦、600千瓦和700千瓦三种规格，转轮直径为2.5米。在海上建筑和机组防锈蚀、防止海洋生物附着等方面也以较先进的办法取得了良好效果。尤其是最后两台机组，达到了国外先进技术水平，具有双向发电、泄水和泵水蓄能多种功能，采用了技术含量较高的行星齿轮增速传动机构，这样既不用加大机组体积，又增大了发电功率，还降低了建筑的成本。潮汐能的应用前景5.1机遇•潮汐发电，作为一种清洁能源，在大力发展海洋经济的今天，不仅得到政府部门的重视，更成为装备制造企业进军战略性新兴产业的新商机。•潮汐能作为一种可再生能源，与风能和太阳能相比，潮汐能更为可靠，其发电量不会产生大的波动，而且不占用农田、不污染环境，成本只有火电的八分之一。•中国的潮汐资源丰富，为发展潮汐发电提供了充足的机遇。•随着煤、石油、天然气等传统化石能源日益减少，能源短缺现象日益加重，人们纷纷将能源发展重点转向面积更加辽阔的大海。•潮汐发电具有资源丰富、储备量大、可再生等特点，而且环保、无污染，成为开发"蓝色能源"的重点。•在大力发展海洋经济的背景下，潮汐发电已经被我国列为"十二五"战略新兴产业规划中新能源的重要组成部分。5.2挑战•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。•潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，故水轮机体积大，耗钢量多，进出水建筑物结构复杂。•而且因浸泡在海水中，海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀和沾污作用，需作特殊的防腐和防海生物粘附处理。5.3我国潮汐能利用存在的问题及解决方法•有关潮汐电站的研究、开发方案及设计做了许多，但建成投运的潮汐电站为数甚少。有待进一步研究的主要问题是：•如何进一步降低潮汐电站的造价。目前潮汐电站的经济效益虽超过多种其他新能源电站，但一般还低于常规水电站，这是发展潮汐能资源利用的根本障碍。如朗斯潮汐电站每于