潮汐發電

潮汐發電

潮汐發電與普通水力發電原理類似,通過出水庫,在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式儲存,然後,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。

  • 中文名稱
    潮汐發電
  • 現象
    潮汐作為一種自然現象
  • 特征
    與普通水利發電原理類似
  • 利用
    潮汐能
  • 特點
    適合低水頭、大流量的特點
  • 發電特點
    潮汐能是一種清潔、不污染環境

發電原理

潮汐能

在海灣或感潮河口,可見到海水或江水每天有兩次的漲落現象,早上的稱為潮,晚上的稱為汐。潮汐作為一種自然現象,為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便。這種現象主要是由月球、太陽的引潮力以及地球自轉效應所造成的。漲潮時,大量海水洶涌而來,具有很大的動能;同時,水位逐漸升高,動能轉化為勢能。落潮時,海水奔騰而歸,水位陸續下降,勢能又轉化為動能。海水在運動時所具有的動能和勢能統稱為潮汐能。潮汐是一種蘊藏量極大、取之不盡、用之不竭、不需開採和運輸、潔凈無污染的可再生能源。建設潮汐電站,不需要移民,不淹沒土地,沒有環境污染問題,還可以結合潮汐發電發展圍墾、水生養殖和海洋化工等綜合利用項目。

潮汐發電潮汐發電

利用

潮汐能的主要利用方式是潮汐發電。潮汐發電與普通水利發電原理類似,通過出水庫,在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式儲存,然後,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。差別在于海水與河水不同,蓄積的海水落差不大,但流量較大,並且呈間歇性,從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。

潮汐發電原理圖潮汐發電原理圖

潮汐發電是水力發電的一種。在有條件的海灣或感潮口建築堤壩、閘門和廠房,圍成水庫,水庫水位與外海潮位之間形成一定的潮差(即工作水頭),從而可驅動水輪發電機組發電。

與潮汐發電相關的技術進步極為迅速,已開發出多種將潮汐能轉變為機械能的機械設備,如螺旋漿式水輪機、軸流式水輪機、開敞環流式水輪機等,日本甚至開始利用人造衛星提供潮流信息資料。利用潮汐發電日趨成熟,已進入實用階段。

使用歷史

潮汐能的主要利用方式是潮汐發電。

20世紀初,歐、美一些國家開始研究潮汐發電。1913年德國在北海海岸建立了第一座潮汐發電站。第一座具有商業實用價值的潮汐電站是1967年建成的法國郎斯電站。該電站位于法國聖馬洛灣郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米,平均潮差8米。一道750米長的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋,壩下設定船閘、泄水閘和發電機房。郎斯潮汐電站機房中安裝有24台雙向渦輪發電機,漲潮、落潮都能發電。總裝機容量24萬千瓦,年發電量5億多度,輸入國家電網。

1968年,前蘇聯在其北方摩爾曼斯克附近的基斯拉雅灣建成了一座800千瓦的試驗潮汐電站。1980年,加拿大在芬地灣興建了一座2萬幹瓦的中間試驗潮汐電站。試驗電站、中試電站,那是為了興建更大的實用電站做論證和準備用的。

由于常規電站廉價電費的競爭,建成投產的商業用潮汐電站不多。然而,由于潮汐能蘊藏量的巨大和潮汐發電的許多優點,人們還是非常重視對潮汐發電的研究和試驗。

1957年我國在山東建成了第一座潮汐發電站。1978年8月1日山東乳山縣白沙口潮汐電站開始發電,年發電量230萬千瓦時。1980年8月4日我國第一座"單庫雙向"式潮汐電站──江廈潮汐試驗電站正式發電,裝機容量為3000千瓦,年平均發電1070萬千瓦時,其規模僅次于法國朗斯潮汐電站(裝機容量為24萬千瓦,年發電5.4億千瓦時),是當時世界第二大潮汐發電站。

簡單地說,潮汐發電就是在海灣或有潮汐的河口建築一座攔水堤壩,形成水庫,並在壩中或壩旁放置水輪發電機組,利用潮汐漲落時海水水位的升降,使海水通過水輪機時推動水輪發電機組發電。從能量的角度說,就是利用海水的勢能和動能,通過水輪發電機轉化為電能

在全球範圍內潮汐能是海洋能中技術最成熟和利用規模最大的一種,潮汐發電在國外發展很快。歐洲各國擁有浩瀚的海洋和漫長海岸線,因而有大量、穩定、廉價的潮汐資源,在開發利用潮汐方面一直走在世界前列。法、加、英等國在潮汐發電的研究與開發領域保持領先優勢。

中國海岸線曲折漫長,主要集中在福建、浙江、江蘇等省的沿海地區。中國潮汐能的開發始于20世紀50年代,經過多年來對潮汐電站建設的研究和試點,我國潮汐發電行業不僅在技術上日趨成熟,而且在降低成本,提高經濟效益方面也取得了較大進展,已經建成一批性能良好、效益顯著的潮汐電站。

電力供應不足作為製約我國國民經濟發展的重要因素,尤其是在東部沿海地區。而潮汐能具有可再生性、清潔性、可預報性等優點,在我國最佳化電力結構,促進能源結構升級的大背景下,發展潮汐發電順應社會趨勢,有利于緩解東部沿海地區的能源短缺。潮汐電站建設可創造良好的經濟效益、社會效益和環境效益,投資潛力巨大。

詳細資訊

潮汐規律

潮汐的發生也是有規律的。潮汐的發生和太陽,月球都有關系,也和我國傳統農歷對應。在農歷每月的初一即朔點時刻處太陽和月球在地球的一側,所以就有了最大的引潮力,所以會引起"大潮",在農歷每月的十五或十六附近,太陽和月亮在地球的兩側,太陽和月球的引潮力你推我拉也會引起"大潮";在月相為上弦和下弦時,即農歷的初八和二十三時,太陽引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就發生了"小潮",故農諺中有"初一十五漲大潮,初八二十三到處見海灘"之說。另外在第天也有漲潮發生,由于月球每天在天球上東移13度多,合計為50分鍾左右,即每天月亮上中天時刻(為1太陰日=24時50分)約延後50分鍾左右,(下中天也會發生潮水每天一般都有兩次潮水)故每天漲潮的時刻也延後50分鍾左右。

我國勞動人民在千百年來總結經驗出來許多的算潮方法(推潮汐時刻)如八分算潮法就是其中的一例:簡明公式為:

高潮時=0.8h×[=0.8h×[農歷日期----1(或16)]+高潮間隙

上式可算得一天中的一個高潮時,對于正規半日潮海區,將其數值加或減12時25分(或為了計算的方便可加或減12時24分)即可得出另一個高潮時。若將其數值加或減6時12分即可得低潮出現的時刻--低潮時。但由于,月球和太陽的運動的復雜性,大潮可能有時延後一天或幾天,一太陰日間的高潮也往往落後于月球上中天或下中天時刻一小時或幾小時,有的地方一太陰日就發生一次潮汐。故每天的漲潮退潮時間都不一樣,間隔也不同。

發電條件

利用潮汐發電必須具備兩個物理條件:首先潮汐的幅度必須大,至少要有幾米;第二海岸地形必須能儲蓄大量海水,並可進行土建工程。即區域蘊有足夠大的潮汐能是十分重要的,潮汐能普查計算的方法是,首先選定適于建潮汐電站的站址,再計算這些地點可開發的發電裝機容量,疊加起來即為估算的資源量。

潮汐發電的工作原理與一般水力發電的原理是相近的,即在河口或海灣築一條大壩,以形成天然水庫,水輪發電機組就裝在攔海大壩裏。由于海水潮汐的水位差遠低于一般水電站的水位差,所以潮汐電站應採用低水頭、大流量的水輪發電機組。全貫流式水 輪發電機組由于其外形小、重量輕、通路短、效率高已為各潮汐電站廣泛採用。

發電類型

潮汐電站可以是單水庫或雙水庫。單水庫潮汐電站隻築一道堤壩和一個水庫,雙水庫潮汐電站建有兩個相鄰的水庫。

單庫單向電站

即隻用一個水庫,僅在漲潮(或落潮)時發電,因此又稱為單水庫單程式潮汐電站。我國浙江省溫嶺市沙山潮汐電站就是這種類型。

單庫雙向電站

用一個水庫,但是漲潮與落潮時均可發電,隻是在水庫內外水位相同的平潮時不能發電,這種電站稱之為單水庫雙程式潮汐電站,它大大提高了潮汐能的利用率。廣東省東莞市的鎮口潮汐電站及浙江省溫嶺市江廈潮汐電站,就是這種型式。

潮汐發電的型式潮汐發電的型式

雙庫雙向電站

為了使潮汐電站能夠全日連續發電就必須採用雙水庫的潮汐電站。它是用二個相鄰的水庫,使一個水庫在漲潮時進水,另一個水庫在落潮時放水,這樣前一個水庫的水位總比後一個水庫的水位高,故前者稱為上水庫(高水位庫),後者稱為下水庫(低水位庫)。水輪發電機組放在兩水庫之間的隔壩內,兩水庫始終保持著水位差,故可以全天發電。

潮汐發電實用裝置潮汐發電實用裝置

發電特點

優點

1、潮汐能是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源。潮水每日漲落,周而復始,取之不盡,用之不竭。它完全可以發展成為沿海地區生活、生產和國防需要的重要補充能源。2、它是一種相對穩定的可靠能源,很少受氣候、水文等自然因素的影響,全年總發電量穩定,不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。

潮汐發電機潮汐發電機

3、潮汐電站不需淹沒大量農田構成水庫,因此,不存在人口遷移、淹沒農田等復雜問題。而且可 用攔海大壩,促 淤圍墾大片海塗地,把水產養殖、水利、海洋化工、交通運輸結合起來,大 搞綜合利用。這對于人多地少、農田非常寶貴的沿海地區,更是個突出的優點。

4、潮汐電站不需築高水壩,即使發生戰爭或地震等自然災害,水壩受到破壞,也不至于對下遊城市、農田、人民生命財產等造成嚴重災害。

5、潮汐能開發一次能源和二次能源相結合,不用燃料,不受一次能源價格的影響,而且運行費用低,是一種經濟能源。但也和河川水電站一樣,存在一次投資大、發電成本低的特點。

6、機組台數多,不用設定備用機組。

缺點

1、潮差和水頭在一日內經常變化,在無特殊調節措施時,出力有間歇性,給使用者帶來不便。但可按潮汐預報提前製定運行計畫,與大電網並網運行,以克服其間歇性。

潮汐發電潮汐發電

2、潮汐存在半月變化,潮差可相差二倍,故保證出力、裝機的年利用小時數也低。

3、潮汐電站建在港灣海口,通常水深壩長,施工、地基處理及防淤等問題較困難。故土建和機電 投資大,造價較高。

4、潮汐電站是低水頭、大流量的發電形式。漲落潮水流方向相反,故水輪機體積大,耗鋼量多, 進出水建築物結構復雜。而且因浸泡在海水中,海水、海生物對金屬結構物和海工建築物有腐蝕和沾污作用,放需作特殊的防腐和防海生物粘附處理。

5、潮汐變化周期為太陰日(24h50min),月迴圈約為14天多,每天高潮落後約50min,故與按太 陽日給出之日需電負荷圖配合較差。 潮汐發電雖然存在以上不足之處,但隨著現代技術水準的不斷提高,是可以得到改善的。如採用雙向或多水庫發電、利用抽水蓄能、納人電網調節等措施,可以彌補第一個缺點;採用現代化浮運沉箱進行施工,可以節約土建投資;套用不銹鋼製作機組,選用乙烯樹脂系列塗料,再採用陰極保護,可克服海水的腐蝕及海生物的粘附。

使用狀況

國內情況

潮汐發電,作為一種清潔能源,在大力發展海洋經濟的今天,不僅得到政府部門的重視,更成為裝備製造企業進軍戰略性新興產業的新商機。潮汐能作為一種可再生能源,已成為"十二五"戰略性新興產業規劃中新能源的重要組成部分。與風能和太陽能相比,潮汐能更為可靠,其發電量不會產生大的波動,而且不佔用農田、不污染環境,成本隻有火電的八分之一,而中國的潮汐資源豐富,為發展潮汐發電提供了充足的機遇。隨著煤、石油、天然氣等傳統化石能源日益減少,能源短缺現象日益加重,人們紛紛將能源發展重點轉向面積更加遼闊的大海。潮汐發電具有資源豐富、儲備量大、可再生等特點,而且環保、無污染,成為開發"藍色能源"的重點。在大力發展海洋經濟的背景下,潮汐發電已經被我國列為"十二五"戰略新興產業規劃中新能源的重要組成部分,更是為裝備製造業進軍戰略性新興產業提供了巨大商機,發展潛力巨大。潮汐發電對自然條件和設備條件要求都比較高。潮汐發電是利用有潮汐的海灣、河口等有利地形,通過建築攔水堤壩形成水庫,在壩中或壩旁放置水輪發電機組,利用潮汐漲落時潮位的落差推動水輪機旋轉,將海水的勢能和動能轉化為電能。此外,由于潮汐發電是以海水為介質,發電設備常年泡在海水中,因此對設備防腐蝕、防海生物附著等方面有嚴格要求。

我國潮汐能資源豐富,長達18000多公裏的大陸海岸線,北起鴨綠江口,南到北侖河口,加上5000多個島嶼的14000多公裏海岸線,共約32000多公裏的海岸線中蘊藏著豐富的潮汐能資源。據不完全統計,全國潮汐能蘊藏量為1.9億千瓦,其中可供開發的約3850萬千瓦,年發電量870億千瓦時,大約相當于40多個新安江水電站。目前我國潮汐電站總裝機容量已有1萬多千瓦。根據中國海洋能資源區劃結果,我國沿海潮汐能可開發的潮汐電站壩址為424個,以浙江和福建沿海數量最多。

浙江沿海

根據浙江省政府發布的《浙江省海洋功能區劃》,全省的海洋能利用區包括潮汐能區4個,重點區域為南田島灣潮汐能區、三門灣潮汐能區、江廈潮汐能區、海山潮汐能區;潮流能區1個,即龜山水道潮流能區,所在的舟山群島佔我國潮流能量的一半左右,開發潛力較大。

據了解,浙江近岸均為強潮區。浙江沿海平均潮差為4.29米,潮汐能理論裝機容量為2896萬千瓦,可開發的潮汐能裝機容量為880萬千瓦,約佔全國總量的40%;沿海平均波高為1.3米,理論波浪能密度為5.3千瓦/米,可裝機容量為250萬千瓦,波浪能佔全國總量的16.5%。

福建省

1980年12月16日,福建省水電廳、省水利科研所、省農機科研所等單位組織技術人員到平潭調查潮汐能源。1983年10月,省科委決定在平潭縣幸福洋墾區的小結嶼海堤內側建設潮汐發電站。工程由福建省水利電力勘測設計院設計,平潭縣幸福洋試驗潮汐電站工程指揮部施工。潮汐電站以墾區的排洪溝和深水養殖池(面積73公頃),作為蓄水水庫,庫容量為167萬立方米,有效庫容量133萬立方米,採用單向退潮發電。

1984年10月,動工圍埝和基礎開炸。在小結嶼岸邊,動工興建主副廠房,其中主廠房建築面積522.7平方米,副廠房184.4平方米。機組安裝高程為-3.8米,裝置水輪機和發電機各4台。水輪機為國產貫流式GDBWS-190型,軸功率381.71千瓦,轉速155轉/分,效率83%。發電機為交流同步水輪TSWN99/37-12型,容量320千瓦,額定電壓400伏,額定電流577安,轉速500轉/分。設備操作層的高程為-1.55米,其中設定調速器、控製屏、動力屏、恆電位器等。內設中央控製室、主變間、廠內變電室及10千伏開關櫃等。電站的輸電線路為10千伏二回路,一回路經標準砂廠至縣城,長13公裏;另一回路經中樓鄉與縣電網連線,長12公裏。

1988年主體工程竣工,1989年6月12日驗收,9月與縣網並網發電。電站總裝機容量1280千瓦,日發電2次10小時,設計年發電量315.17萬千瓦時,當年發電2.28萬千瓦時。總投資530萬元。1991年7月,因電機銹蝕而停役維修。此後時停時發,發電時限短,且不穩定。1995年發電量2.25萬千瓦時。

國外情況

國家或地區

地點

裝機容量(兆瓦)

年發電量(萬兆瓦·小時)

機組(台)

潮差(米)

法國

朗斯

240

4.8

24

8

英國

塞泣河口灣

7200

1300

230

9.3

默西河口灣

620

120

21

6.7

斯特蘭福德灣

53

53

31

3.1

愛爾蘭

香農河口灣

318

71.5

30

3.8

印典

卡奇灣

600

160

43

5.2

韓國

加露林灣

480

120

32

4.6

巴西

巴岡加

30

5.5

2

4.1

美國

尼克灣

2220

550

80

7.8

加拿大

坎伯蘭灣

1147

342

37

10.5

魁北克灣

4028

1260

106

12.4

安納波利斯羅爾

20

5

1

6.7

俄羅斯

倫博夫斯基

400




緬珍斯卡亞

15000

5000

800

9

品仁

87000

20000
13.5

前景

潮汐發電是一項潛力巨大的事業,據海洋學家計算,世界上潮汐能發電的資源量在10億千瓦以上,也是一個天文數位。經過多年來的實踐,在工作原理和整體構造上基本成型,可以進入大規模開發利用階段。潮汐發電的前景是廣闊的。

據估計到2000年全世界潮汐發電站的年發電量可達到3X1010~6X1010kw·h。潮汐電站除了發電外還有著廣闊的綜合利用前景,其中最大的效益是圍海造田、增加土地,此外還可進行海產養殖及發展旅遊。正由于以上原因潮汐發電已倍受世界各國重視。

世界上適于建設潮汐電站的20幾處地方,都在研究、設計建設潮汐電站。其中包括:美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷聖約瑟灣、澳大利亞達爾文範迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨著技術進步,潮汐發電成本的不斷降低,進入21世紀,將不斷會有大型現代潮汐電站建成使用。

著名電站

法國朗斯潮汐電站建成于1966年,總裝機容量為240MW,單機功率為10MW,共24台水輪機,年發電5.4億度,是當時世界上最大的海洋能發電工程。其技術創新是採用了與常規水電站不同的,具有正反向發電、泄水和抽水的燈泡式貫流水輪發電機組,不但提高了潮汐能的利用效率,同時降低了電站的造價。該電站總的基建費用為5.7億法郎(約1億美元),若按1973年的實際發電量計算,每度電的成本大概是水力發電的2倍。由于潮汐發電是波動和間歇的,輸出功率變化大,全年平均輸出的電量為額定裝機能力的25%。

愛爾蘭斯特蘭福特灣的潮汐電站,斯特蘭福特灣潮汐電站是世界上十大可再生能源工程之一,也是目前為止,海洋上最大的潮汐發電站。不過該記錄將在2015年被建在韓國Wando Hoenggan Waterways的工程打破,該工程投資8.2億美元,裝機容量有300兆瓦,60英尺高(18米)的渦輪靠自身重力固定于海底。

中國江廈潮汐實驗電站位于我國浙江省樂清灣北端的江廈港。該電站是1974年在原"七一"塘圍墾工程的基礎上建造的,集發電、圍墾造田、海水養殖和發展旅遊業等各種功能為一體。該電站的特點是採用類似法國朗斯電站的雙向發電的燈泡貫流式水輪發電機組。該站址最大潮差8.39m,平均潮差5.1m,原設計為6台500kW機組,有6個機坑,實際安裝了5台機組,第一台為500kW,在1980年5月投入運行;第二台為600kW,其餘3台為700kW,最後一台于1986年投入運行。總裝機為3200kW,為當時世界第三大潮汐電站。壩址以上港灣面積約8000畝,由于庫區原計畫圍墾造田5600畝,當地農民私自佔地圍墾或養殖,可供發電的水面積不足2000畝。1986年五台機組年發電量約600萬度,低于1070萬度的原設計年發電量,發電的的經濟效益不高。多年來,電廠計畫加高圍堰,提高庫區的水位,並在第六號機坑增加一台機組,增加發電量,提高發電的經濟效益。

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