2025年新能源科学与工程(潮汐能利用与系统设计)试卷及答案

2025年新能源科学与工程(潮汐能利用与系统设计)试卷及答案2024-2025学年第二学期新能源科学与工程专业本科《潮汐能利用与系统设计》期末考试试卷（A卷）

适用专业：新能源科学与工程（大三）考试时间：120分钟满分：100分考试形式：闭卷一、填空题（共15空，每空1分，总计15分）潮汐按周期特征可分为三类，分别是_、_、混合潮。根据2023年全国沿海潮汐能资源普查结果，我国大陆沿岸可开发潮汐能总装机容量约_亿kW，年发电量约2750亿kWh，其中_省资源量居全国首位。常规坝式潮汐电站的核心构筑物包括_、泄水闸、发电厂房，存在通航需求的电站需配套建设船闸，有生态保护需求的需配套建设_。潮汐能的能量来源是_与太阳对地球的引潮力，潮流能的能量本质是海水水平运动产生的_。灯泡贯流式水轮机组是潮汐电站的主流机型，其适用水头范围为____m，机组综合效率普遍可达75%-85%。流体动能捕获的理论上限为贝茨极限，数值为_，该极限_（填“适用”或“不适用”）于潮流能发电装置的功率上限核算。单库单向潮汐电站的核心运行工况为____、落潮发电，平潮期无有效水头时停止运行。我国已投运规模最大的潮汐电站为____潮汐电站，总装机容量3.9MW，是亚洲规模最大的运营潮汐电站。海底固定式潮流能发电装置的常见固定方式包括重力式、桩基础式、____三类。潮汐电站发电量的核心影响因素包括潮差、____、机组效率、运行调度方式。二、单项选择题（共10题，每题2分，总计20分）潮汐大小潮的更替周期约为（）A.7天B.14.77天C.29.53天D.18.6年下列水轮机组类型中，最适配低水头大流量潮汐电站工况的是（）A.混流式机组B.轴流转桨式机组C.灯泡贯流式机组D.冲击式机组下列潮汐电站运行模式中，可实现24小时连续发电的是（）A.单库单向模式B.单库双向模式C.双库梯度调度模式D.抽水蓄能配套单库模式潮流能水平轴发电装置最大功率捕获的核心控制参数是（）A.叶尖速比B.桨距角C.额定转速D.来流流速某潮汐电站选址区域平均潮差为5.2m，水库面积为12km²，单次落潮过程的理论蓄能潜力约为（）（海水密度取1025kg/m³，g取9.8m/s²）A.1.62×10^6kWhB.4.52×10^5kWhC.9.04×10^5kWhD.2.33×10^6kWh潮汐电站坝址优先选择的地形条件是（）A.喇叭形河口湾B.平直开阔海岸C.缓坡沙滩D.离岸深水岛礁当潮流流速为3m/s时，理想状态下潮流能功率密度约为（）A.4.1kW/㎡B.13.8kW/㎡C.27.6kW/㎡D.9.2kW/㎡潮汐电站配套抽水蓄能工况的核心作用是（）A.降低机组损耗B.提升发电量与收益C.减少泥沙淤积D.提升通航能力下列选项中，属于潮汐发电相比于风电、光伏的核心优势的是（）A.建设成本低B.能量密度高C.出力可精准提前预测D.不受地形限制世界已投运规模最大的潮汐电站是（）A.法国朗斯潮汐电站B.韩国始华湖潮汐电站C.中国江厦潮汐电站D.加拿大安纳波利斯潮汐电站三、判断题（共10题，每题1分，总计10分）引潮力的大小与天体质量成正比，与天体到地球的距离成反比。（）单库双向潮汐电站可在涨潮、落潮阶段分别发电，平潮期仍可维持小负荷出力。（）灯泡贯流式机组的发电机与水轮机同轴布置在密封的灯泡形壳体内，可大幅降低水头损失。（）潮流能发电装置的出力波动幅度普遍小于坝式潮汐电站。（）潮汐电站的水库面积越大，相同潮差条件下可获得的发电量越高。（）双库潮汐电站通过两个水库分别在涨潮、落潮阶段蓄水，形成稳定水位差实现连续发电。（）潮汐电站建设不会对河口生态系统产生负面影响。（）潮流能发电装置的锚泊系统仅需承受装置自身重力即可满足运行要求。（）我国潮汐能资源主要集中在福建、浙江等东南沿海省份。（）潮汐电站的年利用小时数普遍可达3500h以上，高于陆上风电场。（）四、简答题（共4题，每题5分，总计20分）简述潮汐能与潮流能的能量形式差异及各自适配的开发场景。简述单库双向潮汐电站的运行原理及主要优缺点。列出潮汐电站坝址选择的5项核心影响因素并简要说明。简述水平轴潮流能发电装置的核心组成部分及各部分功能。五、计算题（共2题，每题10分，总计20分）某单库单向潮汐电站水库面积为6.5km²，选址区域平均潮差为5.6m，机组综合效率为78%，海水密度取1025kg/m³，g取9.8m/s²，潮汐周期按12.42h计算。请核算：（1）单个潮汐周期的理论发电量；（2）单个潮汐周期的实际发电量；（3）若当地燃煤基准价为0.38元/kWh，单个潮汐周期的发电收益（结果保留2位小数）。某水平轴潮流能发电装置叶轮直径为18m，总发电效率（含叶轮捕获、传动、发电损耗）为41%，海水密度取1025kg/m³，当来流流速为2.8m/s时，请核算：（1）装置的理论最大捕获功率（贝茨极限取0.593）；（2）装置的实际输出功率；（3）若该区域年有效流速运行时长为4100h，装置的年发电量（结果保留整数）。六、案例分析题（共1题，总计15分）某沿海地级市拟开发总装机容量80MW的潮汐电站，选址位于平均潮差4.5m的喇叭形河口，河口原有1000吨级通航需求，周边分布有1.1万亩水产养殖区，距离220kV电网接入点16km。请结合所学知识完成方案优化：（1）选择适配的电站运行方式并说明理由；（2）提出坝体及附属设施的核心设计要点；（3）给出3项以上生态影响减缓措施。参考答案一、填空题半日潮、全日潮2.1.1、福建3.拦水坝、鱼道4.月球、动能5.1-256.0.593、适用7.涨潮蓄水8.江厦9.锚泊式10.水库库容（或水库面积）二、单项选择题1.B2.C3.C4.A5.B6.A7.B8.B9.C10.B三、判断题1.×（与距离三次方成反比）2.×（平潮期无水位差，无法发电）3.√4.×（潮流流速波动幅度大，出力波动大于坝式电站）5.√6.√7.×（会影响鱼类洄游、改变水文环境）8.×（还需承受潮流冲击力、波浪载荷）9.√10.×（单库模式年利用小时数约2000h，双库模式约3000h，普遍低于3500h）四、简答题（1）能量形式差异：潮汐能是海水涨落形成的重力势能，以水位差为核心表征；潮流能是海水周期性水平运动产生的动能，以流速为核心表征。（2）开发场景：潮汐能适配潮差≥3m、封闭性好的河口、海湾，通过建坝蓄水利用水位差发电；潮流能适配流速≥1.5m/s的海峡、群岛水道、狭管效应区域，布置动能捕获装置发电，无需建坝。（1）运行原理：仅设1个水库，采用双向水轮机组，涨潮阶段外海水位高于水库水位，驱动机组正向发电；落潮阶段水库水位高于外海，驱动机组反向发电，平潮期无有效水头时停机。（2）优点：相比单库单向模式发电量提升30%-40%，机组利用率更高。（3）缺点：仍存在间歇性，平潮期无法出力；双向机组设计复杂度更高，造价比单向机组高10%-15%。（1）潮差：优先选择平均潮差≥3m的区域，潮差越大能量密度越高；（2）地形：优先选择口小肚大的喇叭形地形，缩短坝长、扩大库容，降低建设成本；（3）地质：坝址基岩稳定、渗透性低，减少渗漏与坝体沉降风险；（4）社会影响：避开人口密集区、生态敏感区，降低移民与生态补偿成本；（5）并网条件：距离电网接入点近，减少输电损耗。（1）叶轮：捕获潮流动能，转化为旋转机械能；（2）传动系统：将叶轮低转速转矩转换为适配发电机的转速，传递机械能；（3）发电机：将机械能转化为电能；（4）偏航系统：调整叶轮朝向正对来流方向，提升能量捕获效率；（5）支撑结构：固定整套装置，承受潮流、波浪载荷；（6）控制系统：实现最大功率捕获、故障保护、并网调度等功能。五、计算题解答：（1）潮汐势能计算需采用平均水头（潮差的1/2），理论发电量公式为E理=12ρgAH2/3.6×106

代入数据：ρ=解答：（1）叶轮扫风面积A=πD24=3.14×182/4=254.34㎡

理论最大捕获功率（贝茨极限下）运行方式选择：采用双库连续发电模式，配套抽水蓄能功能。理由：（1）电站装机规模大，需为电网提供稳定基础负荷，双库模式可规避单库模式的间歇性，提升电网接纳意愿；（2）选址区域平均潮差4.5m，喇叭形河口库容充足，可分割为高水位库、低水位库，满足梯度水头需求；（3）配套抽水蓄能可在用电低谷时抽抬升高库水位，用电高峰时增发，提升发电收益。（5分）坝体及附属设施设计要点：（1）拦水坝采用土石坝+混凝土溢流坝组合结构，沿河口最窄处布置，缩短坝长，采用混凝土防渗墙降低渗漏率；（2）高低库分别设置双向泄水闸，配套冲沙孔，满足汛期排洪、日常冲沙需求；（3）发电厂房采用竖井贯流式机组，布置在高低库隔离坝段，减少输水水头损失；（4）配套建设1000吨级双线船闸，独立于发电调度系统，满足原有通航需求；（5）采用220kV架空线路接入电网，线路沿河口非养殖侧布置，减少征地与输电损耗。（5分）生态影响减缓措施：（1）鱼类保护：在隔离