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潮汐能
來源:互聯(lián)網(wǎng)

潮汐能(tidal 能量)是海水受月球和太陽(yáng)對(duì)地球產(chǎn)生的引潮力的作用而周期性漲落所儲(chǔ)存的勢(shì)能。是海水周期性自然漲落運(yùn)動(dòng)中所具有的能量,是人類認(rèn)識(shí)和利用最早的一種海洋能,是一種可再生能源。

人們對(duì)潮汐能的利用已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。早在900多年前,我國(guó)泉州市就利用它來搬運(yùn)石塊以便在洛陽(yáng)市江上架橋。在15-18世紀(jì),法、英等國(guó)曾在大西洋沿岸利用它來推動(dòng)水輪機(jī)。20世紀(jì)出現(xiàn)了潮汐磨坊。世界最早的潮汐發(fā)電裝置由法國(guó)于1913年在諾的斯特蘭德島上建造。1966年,法國(guó)又建造了世界上最大的240MW朗斯潮汐電站,商業(yè)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)40年。加拿大于1979年在芬迪灣的阿娜波利斯河口建造潮汐電站。中國(guó)1980年建造了3200kW的江廈電站。截至2020年6月底,中國(guó)潮汐能電站總裝機(jī)容量為4.225MW,累計(jì)發(fā)電量超過2.39×10kW·h,其中,2019年發(fā)電量約718×104kW·h,電費(fèi)收入約1710萬(wàn)元。

潮汐能的大小直接與潮差有關(guān),潮差越大,能量也就越大。利用方式主要是發(fā)電。發(fā)展像潮汐能這樣的新能源,可以間接使大氣中的CO2含量的增加速度減慢。

技術(shù)原理

原理

由于受到太陽(yáng)和月亮的引力作用,而使海水流動(dòng)并每天上漲2次。當(dāng)這種上漲接近陸地時(shí),可能會(huì)因共振而加強(qiáng)。共振的程度視海岸情況而定。月球的引力大約是太陽(yáng)引力的2倍,因?yàn)榫嚯x較近。伴隨著地球的自轉(zhuǎn),海面的水位大約每天2次周期性地上下變動(dòng),這就是“潮汐”現(xiàn)象。海水水位具有按照類似于正弦的規(guī)律隨時(shí)間反復(fù)變化的性質(zhì),水位達(dá)到最高狀態(tài),稱為“滿潮”;水位落到最低狀態(tài),稱為“干潮”;滿潮與干潮兩者水位之差稱為“潮差”。海洋潮汐的漲落變化形成了一種可供人們利用的海洋能量。

潮汐發(fā)電的工作原理與常規(guī)水力發(fā)電的原理相同,它是利具潮水的漲落產(chǎn)生的水位差所具有的勢(shì)能來發(fā)電,也是把海水漲落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能,再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。具體地說,就是在有條件的海灣或感潮河口建筑堤壩、閘門和廠房,將海灣(或河口)與外海隔開,圍成水庫(kù),并在壩中或壩旁安裝水輪發(fā)電機(jī)組,對(duì)水閘適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行啟閉調(diào)節(jié),使水庫(kù)內(nèi)水位的變化后于海面的變化,水庫(kù)水位與外海潮位就會(huì)形成一定的潮差(即工作水頭),從而可驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。從能量的角度來看,就是利用海水的勢(shì)能和動(dòng)能,通過水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能的過程。潮汐能的能量與潮量及潮差成正比,或者說與潮差的平方及水庫(kù)的面積成正比。潮汐能的能量密度較低,相當(dāng)于微水頭發(fā)電的水平。

發(fā)電條件

利用潮汐發(fā)電必須具備兩個(gè)物理?xiàng)l件。

第一,潮汐的幅度必須大,至少要有幾米。

第二,海岸的地形必須能儲(chǔ)蓄大量海水,并可進(jìn)行土建工程。

基本特點(diǎn)

作為海洋能發(fā)電的一種方式,潮汐發(fā)電最早、規(guī)模最大、技術(shù)也最成熟。潮汐發(fā)電的特點(diǎn)如下:

(1)潮汐能是一種不消耗燃料、蘊(yùn)藏量極大、用之不竭、取之不盡、不需開采和運(yùn)輸、不影響生態(tài)平衡、潔凈無(wú)污染的可再生能源,在海洋各種能源中潮汐能的開發(fā)利用最為現(xiàn)實(shí)、最為簡(jiǎn)便。潮汐電站的建設(shè)還具有附加條件少、施工周期短的優(yōu)點(diǎn)。

(2)潮汐是一種相對(duì)穩(wěn)定的可靠能源,不受氣候、水文等自然因素的影響,不存在豐水年、枯水年和豐水期、枯水期。但是由于存在半月變化,超差可相差2倍,因此潮汐電站的裝機(jī)利用小時(shí)較低。

(3)潮汐每天有兩個(gè)高潮和兩個(gè)低潮,變化周期較穩(wěn)定,潮位預(yù)報(bào)精度較高,可按潮汐預(yù)報(bào)制訂運(yùn)行計(jì)劃,安排日出力曲線,與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,克服其出力間歇性問題。隨著技術(shù)的進(jìn)步,要做到這一點(diǎn)并不難。

(4)潮汐發(fā)電時(shí)一次能源開發(fā)和二次能源轉(zhuǎn)換相結(jié)合,不受一次能源價(jià)格的影響,發(fā)電成本低。隨著技術(shù)的進(jìn)步,其運(yùn)行費(fèi)用還將進(jìn)一步降低。

(5)潮汐電站的建設(shè),其綜合利用效益極高,不存在沒農(nóng)田、遷移人口等復(fù)雜問題,而且可以促泌圍造田,發(fā)展水草養(yǎng)殖、海洋化工、旅游及綜合利用。

應(yīng)用

潮汐作為一種自然現(xiàn)象,為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便,早在11世紀(jì),英國(guó)法國(guó)西班牙就有利用潮汐能的筒車,當(dāng)時(shí)的潮汐水車被用來吸取總潛能中的一小部分能量,生產(chǎn)約30—100千瓦的機(jī)械能。

目前,潮汐能的利用方式主要是發(fā)電。潮汐發(fā)電是利用海灣、河口等有利地形,建筑水堤,形成水庫(kù),以便于大量蓄積海水,并在壩中或壩旁建造水利發(fā)電廠房,通過水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。世界上潮差的較大值約為13—15m,但一般說來,平均潮差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。潮汐能是因地而異的,不同的地區(qū)常常有不同的潮汐系統(tǒng),他們都是從深海潮波獲取能量,但具有各自獨(dú)特的特征。

只有出現(xiàn)大潮,能量集中時(shí),并且在地理?xiàng)l件適于建造潮汐電站的地方,從潮汐中提取能量才有可能。雖然這樣的場(chǎng)所并不是到處都有,但世界各國(guó)都已選定了相當(dāng)數(shù)量的適宜開發(fā)潮汐電站的站址。

電站類型

利用潮汐能發(fā)電分為兩種形式:一是利用潮汐的動(dòng)能,直接利用潮流前進(jìn)的力量來推動(dòng)筒車、水泵或水輪機(jī)發(fā)電;二是利用潮汐的勢(shì)能,在電站上下游有落差時(shí)引水發(fā)電。由于利用潮汐的動(dòng)能比較困難,效率低,所以,潮汐發(fā)電更多是利用潮汐的位能。

潮汐位能發(fā)電

潮汐位能發(fā)電的工作原理和一般的水力發(fā)電原理是相近的。它是利用潮水的漲落產(chǎn)生的水位差所具有的勢(shì)能來發(fā)電,就是營(yíng)造水頭(高度差),把海水漲落的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,再把機(jī)械能變?yōu)殡娔艿倪^程。這種發(fā)電方式也稱為有庫(kù)式發(fā)電即水庫(kù)式發(fā)電。潮汐位能發(fā)電主要有如下幾種形式。

單水庫(kù)單向發(fā)電

漲潮時(shí)將儲(chǔ)水庫(kù)閘門打開,向水庫(kù)充水,平潮時(shí)關(guān)閘;落潮后,待儲(chǔ)水庫(kù)與外海有一定水位差時(shí)開閘,驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,如圖8-3所示。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少;缺點(diǎn)是潮汛能利用率低,發(fā)電不連續(xù)。

單水庫(kù)雙向發(fā)電

利用兩套閥門控制兩條向水輪機(jī)引水的管道。在漲潮和落潮時(shí),海水分別從各自的引水管道進(jìn)入水輪機(jī),使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī),如圖8-4所示。這種方案適用于天然潮汐過程,潮汐能利用率高,但投資大。

雙水庫(kù)連續(xù)發(fā)電

采用兩個(gè)水力相聯(lián)的水庫(kù)。漲潮時(shí),向高儲(chǔ)水庫(kù)充水,落潮時(shí),向低儲(chǔ)水庫(kù)排水,利用兩水庫(kù)間的水位差,使水輪發(fā)電機(jī)組連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)發(fā)電,如圖8-5所示。該方案可實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電,但是要建兩個(gè)水庫(kù),投資大且工作水頭低。

發(fā)電結(jié)合抽水蓄能式電站

在潮汐電站水庫(kù)水位與潮位接近并且水頭小時(shí),用電網(wǎng)的電力抽水蓄能。漲潮時(shí)將水抽入水庫(kù),落潮時(shí)將水庫(kù)內(nèi)的水往海中抽,以增加發(fā)電的有效水頭,提高發(fā)電量。

上述4種形式的電站各有特點(diǎn),各有利。在建設(shè)時(shí),要根據(jù)當(dāng)?shù)氐某毙汀?a href="/hebeideji/4467705472721468108.html">潮差、地形和電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求、發(fā)電設(shè)備的組成情況以及建筑材料和施工條件等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),綜合進(jìn)行考慮,慎重選擇。

潮汐動(dòng)能發(fā)電

如果海灣或河口處在潮汐漲落中的流速較高,可直接利用潮流前進(jìn)的動(dòng)能來推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電方式突破常規(guī)發(fā)電的概念,也稱為無(wú)庫(kù)式潮汐能發(fā)電。方法類似于風(fēng)力發(fā)電機(jī),兼顧風(fēng)和海流的密度等條件的不同而開發(fā)設(shè)計(jì),因此這種發(fā)電技術(shù)所用水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)有庫(kù)式機(jī)組的結(jié)構(gòu)形式有很多不同點(diǎn)。根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)組成不同,目前總體分為海底風(fēng)車式機(jī)組和全貫流式機(jī)組。

由于渦輪的面積比起潮汐流的截面是很微小的,所以對(duì)整個(gè)潮汐能的利用率非常低但是不用建設(shè)壩堤及相關(guān)設(shè)施,投資少,且不影響生態(tài)環(huán)境,發(fā)電的必備條件是潮汐要形成足夠的流速。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

潮汐能的功率密度與流速的三次方和海水的密度成正比。與其他可再生能源相比,潮汐能具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)具有較強(qiáng)的規(guī)律性和可預(yù)測(cè)性,可有計(jì)劃納入電網(wǎng);

(2)功率密度大,能量穩(wěn)定,易于電網(wǎng)的發(fā)、配電管理,是一種優(yōu)秀的可再生能源;

(3)潮流能的利用形式通常是開放式的,不會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成大的影響。綜合利用潮汐的電站建于沿海的海灣或河口,可進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖,并且可以結(jié)合海涂圍墾增加農(nóng)田,沒有河川水電站的水庫(kù)沒及遷移人口等問題。

缺點(diǎn)

(1)潮位的有效落差低。即使像在加拿大芬迪灣潮差最大值18.5m,平均值14m)那樣潮差最大的地區(qū),潮差仍然低于河水發(fā)電的水頭,更何況世界上絕大多數(shù)沿岸地區(qū)潮差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)字。為了利用低水頭,水輪機(jī)就要做得很大,機(jī)組造價(jià)高,因而大大降低了潮汐發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)電站要在海灣軟基礎(chǔ)上建大壩和廠房,投資較大。另外,電站流道和機(jī)組設(shè)備還要解決防海水腐蝕和海生物附著污損等問題,這些因素都要增加電站的投資。

(3)受建設(shè)地點(diǎn)的限制。潮汐發(fā)電站既要建在具有大潮差的地點(diǎn),又要盡可能接近用電地區(qū),還要不影響漁業(yè)航運(yùn)。要同時(shí)達(dá)到這些要求是不容易的。

(4)沿海筑壩建大型潮汐電站可能誘發(fā)的電站周圍海域的環(huán)境與生態(tài)問題。這些問題包括:電站建筑物的新建改變?cè)泻S虻牡乩砦锢磉吔缢鸬某毕ǜ蹆?nèi)共振,進(jìn)而導(dǎo)致周圍海岸海面上升、海岸線內(nèi)退;電站建設(shè)所引起對(duì)動(dòng)植物、魚類和鳥類棲息地的影響;電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積問題等。

(5)受運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間限制。潮汐主要來自月球的引潮力,所以潮汐電站的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間主要受月球運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律支配,而人們的生活是隨著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律安排的。隨著潮汐發(fā)生時(shí)間的變化,電站每天發(fā)電時(shí)間要比前一天延遲50min。此外,每次潮汐水位又有大小潮的變化,兩者之差可達(dá)一倍,這些對(duì)潮汐發(fā)電能力的影響是相當(dāng)可觀的。

開發(fā)歷史

國(guó)際

人們對(duì)潮汐能的利用已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。早在900多年前,我國(guó)泉州市就利用它來搬運(yùn)石塊以便在洛陽(yáng)市江上架橋。在15-18世紀(jì),法、英等國(guó)曾在大西洋沿岸利用它來推動(dòng)水輪機(jī)。20世紀(jì)出現(xiàn)了潮汐磨坊。那時(shí)還沒有雙向水輪機(jī),只能利用一個(gè)方向(退潮時(shí))的能量,因?yàn)檩^易控制。

現(xiàn)代潮汐能的利用主要是潮汐發(fā)電。世界最早的潮汐發(fā)電裝置由法國(guó)于1913年在諾的斯特蘭德島上建造。1966年,法國(guó)又建造了世界上最大的240MW朗斯潮汐電站,商業(yè)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)40年。加拿大于1979年在芬迪灣的阿娜波利斯河口建造潮汐電站。采用環(huán)形全貫流式機(jī)組,單機(jī)容量20MW,現(xiàn)狀規(guī)劃建造5000MW的潮汐電站。我國(guó)1980年建造了3200kW的江廈電站。此外,俄羅斯英國(guó)韓國(guó)日本印度澳大利亞意大利等國(guó)也在積極開發(fā)建造中。

國(guó)外利用潮汐發(fā)電始于歐洲。1878年,世界上第一座水電站在法國(guó)建成,不久,英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)也建成一些水電站。與此同時(shí),一些科學(xué)家萌生了建立潮汐電站,利用潮汐能量推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的想法。19世紀(jì)末,德國(guó)工程師克洛布洛赫提出在易北河下游筑壩,漲潮時(shí)蓄積海水,建立潮汐發(fā)電站的方案,但因當(dāng)時(shí)各種技術(shù)條件的限制,該方案被束之高閣而未能實(shí)施。

1912年,德國(guó)在石勒蘇益格—荷爾斯太因州的胡蘇姆(Husum)建成了世界上第一座小型潮汐電站,但是第一次世界大戰(zhàn)期間,該電站遭到破壞而被人遺忘。

1913年,法國(guó)科學(xué)家Pein提出在法國(guó)諾德斯德蘭德島與大陸間筑一道2.8km的大壩,進(jìn)而建設(shè)潮汐電站的方案。幾經(jīng)周折,該潮汐電站在第一次世界大戰(zhàn)期間成功發(fā)電。

1935年,蘇聯(lián)開工建設(shè)裝機(jī)容量33萬(wàn)kW的Quoddy潮汐電站,但幾個(gè)月后就停工中止。

1946年,法國(guó)開始對(duì)圣馬洛(SaintMalo)灣的朗斯(LaRance)潮汐電站進(jìn)行研究和論證。1959年,作為朗斯電站中間試驗(yàn)電站的圣馬洛潮汐電站建成發(fā)電,現(xiàn)在機(jī)組已拆除。

1961年,朗斯潮汐電站在布列塔尼米島正式開工建設(shè)。1966年11月,首臺(tái)1萬(wàn)kW可逆燈泡貫流式機(jī)組正式發(fā)電。朗斯河口潮汐電站最大落差為13.5m,壩長(zhǎng)為750m,總裝機(jī)容量為24萬(wàn)kW,年均發(fā)電量為5.44億kWh。1967年12月15日,全部24臺(tái)1萬(wàn)kW機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)。朗斯潮汐電站的成功開發(fā)標(biāo)志著潮汐電站進(jìn)入了全新的實(shí)用階段,具有里程碑意義。

朗斯潮汐電站開發(fā)之后,中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)加拿大蘇聯(lián)瑞典丹麥挪威印度韓國(guó)等國(guó)都陸續(xù)研究開發(fā)潮汐發(fā)電技術(shù),興建了各具特色的潮汐電站。

1968年,前蘇聯(lián)在巴倫支海的基斯洛灣建成一座試驗(yàn)性潮汐電站,首臺(tái)法國(guó)Neyrpic公司生產(chǎn)的400kW雙向燈泡式機(jī)組投人運(yùn)行,后來前蘇聯(lián)又仿制1臺(tái)投人運(yùn)行。應(yīng)用基斯洛潮汐電站的經(jīng)驗(yàn),前蘇聯(lián)相繼對(duì)幾座大型潮汐電站進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究,有的還進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),如北海海岸的盧姆波夫(Lumbov)潮汐電站(6.7萬(wàn)kW)、麥津(Mezen)灣潮汐電站(1500萬(wàn)kW),以及鄂霍次克海岸的圖古爾(Tugur)潮汐電站(780萬(wàn)kW)和彭澤斯克(Penzhinsk)潮汐電站(8740萬(wàn)kW)等。

1979年,加拿大開始在芬迪灣(BayofFundy)的安那波利斯(Annapolis)建設(shè)潮汐電站。1984年8月該電站的一臺(tái)1.78萬(wàn)kW全貫流式機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。與此同時(shí),許多國(guó)家對(duì)潮汐電站進(jìn)行了大量的研究和論證工作。1978年,英國(guó)成立“塞汶河大壩委員會(huì)”,統(tǒng)一規(guī)劃塞汶(Severn)河口潮汐電站的建設(shè)工作,提出了一個(gè)裝設(shè)160臺(tái)2.5萬(wàn)kW貫流式機(jī)組的方案。20世紀(jì)90年代,英國(guó)20多家公司組建默爾西(Mers)河大壩財(cái)團(tuán),計(jì)劃在默爾西河口修建一座70萬(wàn)kW的潮汐電站。印度在20世紀(jì)80年代也撥款成立了卡特灣(Gulfofkutch)潮汐電站的專門機(jī)構(gòu),1991年完成Gujarat海岸90萬(wàn)kW潮汐電站的選址。蘇聯(lián)20世紀(jì)80年代已開工建設(shè)盧姆波夫潮汐電站,原計(jì)劃在1990年前后即可投運(yùn)發(fā)電,后因前蘇聯(lián)解體,該工程被擱置一邊。美國(guó)在20世紀(jì)八九十年代也開展過芬迪灣阿拉斯加州潮汐電站的研究工作。澳大利亞對(duì)Derby潮汐電站進(jìn)行了大量研究論證工作。

韓國(guó)近海潮差巨大,韓國(guó)對(duì)潮汐電站的建設(shè)十分關(guān)注,做了大量工作。1976年韓國(guó)開始對(duì)幾座大型潮汐電站進(jìn)行研究和論證。2003年,韓國(guó)正式開工建設(shè)裝機(jī)容量25.4萬(wàn)kW的始華湖(Sihwa)潮汐發(fā)電站;截止到2011年,始華湖潮汐電站已經(jīng)建成并投入使用,成為世界上裝機(jī)容量最大的潮汐電站。2007年韓國(guó)又動(dòng)工興建裝機(jī)容量達(dá)50萬(wàn)kW的加露林(Garolim)潮汐電站。2007年3月,韓國(guó)仁川市與韓國(guó)中部發(fā)電公司和大宇建設(shè)財(cái)團(tuán)簽署了共同開發(fā)江華(Kanghwa)潮汐電站的備忘錄,三方在2007~2015年將投資17771億韓元,建設(shè)一座裝機(jī)32臺(tái)、總裝機(jī)容量81.2萬(wàn)kW的世界最大潮汐電站。

目前,在英國(guó)加拿大俄羅斯印度韓國(guó)等13個(gè)國(guó)家運(yùn)行、在建、設(shè)計(jì)、研究及擬建的潮汐電站達(dá)139座,其中進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的10余座潮汐電站為10萬(wàn)kW~100萬(wàn)kW級(jí)。

中國(guó)

我國(guó)利用潮汐能的歷史可以追溯到 1000 多年前,以在山東蓬萊地區(qū)發(fā)現(xiàn)的潮汐磨為證;宋朝時(shí)在福建泉州修建的洛陽(yáng)橋運(yùn)用潮汐能量搬運(yùn)石料,也是對(duì)潮汐能的很好利用。新中國(guó)成立之后,我國(guó)潮汐能的利用分為三個(gè)階段。自 20 世紀(jì) 50 年代后期,我國(guó)興起潮汐能發(fā)電建設(shè)的熱潮,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)當(dāng)時(shí)修建 42 個(gè)小型潮汐電站,總裝機(jī)容量 500 千瓦,主要用于照明和小型農(nóng)業(yè)設(shè)施。當(dāng)時(shí)在建的還有 88 處,裝機(jī)容量 7055kw,但是當(dāng)時(shí)建設(shè)的小水電站急于求成選址不當(dāng),且設(shè)備簡(jiǎn)陋技術(shù)落后,再加上管理不善等因素,大部分都廢棄了,至今只有溫嶺沙山潮汐電站運(yùn)行至今,用于農(nóng)副產(chǎn)品的加工。自此之后到 20 世紀(jì) 70 年代,再次出現(xiàn)利用潮汐能源的勢(shì)頭。

我國(guó)最大的幾座潮汐電站均在該時(shí)期動(dòng)工,其中包括目前我國(guó)裝機(jī)容量最大浙江溫嶺江廈潮汐試驗(yàn)電站,設(shè)計(jì)有效庫(kù)容 278 萬(wàn)立方米,設(shè)計(jì)裝機(jī) 6 臺(tái),總?cè)萘?3200KW(后增加機(jī)組使總裝機(jī)量為 3900kw)。這個(gè)時(shí)期所建的潮汐電站比 50 年代所建規(guī)模大了一個(gè)數(shù)量級(jí),且設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備運(yùn)用更加規(guī)范,運(yùn)行的可靠性更大。1981年,沿海各省市先后提出了本地潮汐能資源的普查報(bào)告,1982 年國(guó)家也組織水利、電力、海洋及能源的有關(guān)專家對(duì)浙江省海洋能利用狀況進(jìn)行了考察。1984 年,全國(guó)專家在浙江和福建省考察萬(wàn)千級(jí)實(shí)驗(yàn)電站的選址,后來由浙閩兩省對(duì)健跳港和大官坂兩處萬(wàn)千瓦級(jí)潮汐試驗(yàn)電站分別完成了可行性報(bào)告。

現(xiàn)狀與前景

由于常規(guī)電站廉價(jià)電費(fèi)的競(jìng)爭(zhēng),建成投產(chǎn)的商業(yè)用潮汐電站不多。然而,由于潮汐能蘊(yùn)藏量的巨大和潮汐發(fā)電的許多優(yōu)點(diǎn),人們還是非常重視對(duì)潮汐發(fā)電的研究和試驗(yàn)。

據(jù)海洋學(xué)家計(jì)算,世界上潮汐能發(fā)電的資源量在10億千瓦以上,也是一個(gè)天文數(shù)字。潮汐能普查計(jì)算的方法是,首先選定適于建潮汐電站的站址,再計(jì)算這些地點(diǎn)可開發(fā)的發(fā)電裝機(jī)容量,疊加起來即為估算的資源量。

20世紀(jì)初,歐、美一些國(guó)家開始研究潮汐發(fā)電。第一座具有商業(yè)實(shí)用價(jià)值的潮汐電站是1967年建成的法國(guó)郎斯電站。該電站位于法國(guó)圣馬洛灣郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米,平均潮差8米。一道750米長(zhǎng)的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋,壩下設(shè)置船閘、泄水閘和發(fā)電機(jī)房。郎斯潮汐電站機(jī)房中安裝有24臺(tái)雙向渦輪發(fā)電機(jī),漲潮、落潮都能發(fā)電。總裝機(jī)容量24萬(wàn)千瓦,年發(fā)電量5億多度,輸入國(guó)家電網(wǎng)

1968年,蘇聯(lián)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(yàn)潮汐電站。1980年,加拿大芬迪灣興建了一座2萬(wàn)干瓦的中間試驗(yàn)潮汐電站。試驗(yàn)電站、中試電站,那是為了興建更大的實(shí)用電站做論證和準(zhǔn)備用的。

世界上適于建設(shè)潮汐電站的二十幾處地方,都在研究、設(shè)計(jì)建設(shè)潮汐電站。其中包括:阿拉斯加州庫(kù)克灣、加拿大芬地灣、英國(guó)塞文河口、阿根廷圣約瑟灣、澳大利亞達(dá)爾文范迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠(yuǎn)東鄂霍茨克海品仁灣、韓國(guó)仁川灣等地。隨著技術(shù)進(jìn)步,潮汐發(fā)電成本的不斷降低,進(jìn)入21世紀(jì),將不斷會(huì)有大型現(xiàn)代潮汐電站建成使用。

中國(guó)潮汐能的理論蘊(yùn)藏量達(dá)到1.1億千瓦,在中國(guó)沿海,特別是東南沿海有很多能量密度較高,平均潮差4~5m,最大潮差7~8m。其中浙江省福建省兩省蘊(yùn)藏量最大,約占全國(guó)的80.9%。我國(guó)的江夏潮汐實(shí)驗(yàn)電站,建于浙江省樂清灣北側(cè)的江夏港,裝機(jī)容量3200kW,于1980年正式投入運(yùn)行。

中國(guó)水力資源的蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億kW,約占全世界的1/6,居世界第1位,建成后的長(zhǎng)江三峽水電站將是世界上最大的水力發(fā)電站,裝機(jī)容量1820萬(wàn)kW。

技術(shù)挑戰(zhàn)

目前,潮汐發(fā)電技術(shù)正在不斷發(fā)展中,各國(guó)都在努力研究如何更安全有效環(huán)保地利用潮汐能。潮汐發(fā)電面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自以下幾個(gè)方面。

(1)潮汐電站建造在海灣口,水深壩廣,建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)展、施工及基底處理難度大,土建投資高,一般占總造價(jià)的45%。

(2)潮汐發(fā)電站中,水輪發(fā)電機(jī)組約占電站總造價(jià)的50%,同時(shí),機(jī)組的制造安裝也是電站建造工期的主要控制因素。大、中型水電站由于機(jī)組數(shù)量多,控制技術(shù)要求較高。目前,全貫流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組由于其外形小、質(zhì)量輕、效率高,在世界各國(guó)已得到廣泛應(yīng)用。

(3)由于海水、海生物對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物和海工建造物有腐蝕、污作用,因此,電站需要做特殊的防腐、防污處理。

(4)潮汐電站的選址較為復(fù)雜,既要考慮潮差、海灣地形及海底地質(zhì),又要考慮當(dāng)?shù)氐暮8劢ㄔO(shè)、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)。電站的海洋環(huán)境問題主要包括兩個(gè)方面,一是電站對(duì)海洋環(huán)境的影響,如水溫水流、鹽度分層對(duì)海濱產(chǎn)生的影響,這些變化會(huì)影響到附近地區(qū)浮游生物的生長(zhǎng)及魚類生活等;二是海洋環(huán)境對(duì)電站的影響,主要是泥沙沖淤問題,既與當(dāng)?shù)睾K械暮沉坑嘘P(guān),還與當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒉鞯扔嘘P(guān),且關(guān)系復(fù)雜。

參考資料 >

全球氣候變化對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的挑戰(zhàn).中國(guó)氣候變化信息網(wǎng).2023-10-22

潮汐能.中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究院.2023-10-22

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