潮汐发电技术的应用及前景

潮汐发电技术的应用及前景

摘要：本文介绍了潮汐能发电的概念、特点、基本原理及我国潮汐能发电的现状和发展前景。潮汐能发电有其优点. 也有其发展的因素. 随着科技的不断进步和能源资源的日趋紧缺. 潮汐能发电在不远的将来将有飞速的发展.

关键字：潮汐能、发电、潮汐电站、发展现状、技术、前景、能源

前言：

海洋占地球面积的71%，它接受来自太阳的辐射能比陆地上要大得多.根据联合国科教文组织提供材料表明，全世界海洋能的可再生量从理论上说近800亿千瓦，浩瀚的大海蕴藏着巨大的可再生能源，包括波浪能、海流能、潮汐能、温差能、盐差能等。在诸多形式的海洋能中，其中海洋潮汐能量含量巨大，且目前开发技术比较成熟、开发历史较长和开发规模较大者，也当属潮汐能。它是最具有开发潜力的新能源之一。

海洋潮汐能是由于太阳、月球和地球相对位置不断改变及地球自转在一昼夜中地表各处受太阳、月球引力的合力不断改变，导致海水周期性地涨落的现象。海水潮汐能的大小随潮差而变化，潮差越大潮汐能也越大.像加拿大的芬迪湾、法国的塞纳河口、印度和孟加拉国的恒河口以及我国的钱塘江都是世界上潮差较大的地区。

现代潮汐能的利用，主要是潮汐能发电。潮汐能发电是利用海湾、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力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。

一、潮汐发电的基本原理

潮汐能是月球和太阳等天体的引力使海洋水位发生潮汐变化而产生的能量。潮汐能利用的主要方式是发电。潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似，它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾（或河口）与外海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的高度差（即工作水头），从而驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，就是将海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。

利用潮汐能发电必须具备两个条件首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米;第二海岸地形必须能储蓄大量海水。由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐能发电出现了不同的型式，例如:①单库单向型，只能在落潮时发电。②单库双向型，在涨、落潮时都能发电。③双库双向型，可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。在单向方式中水头变化范围较小，平均工作水头略高，这样可以减少水轮机的数量和尺寸，从而减少潮汐电站的投资；而在潮差较小、海湾条件允许的电站，采用双向工作比较有利。

二、潮汐电站的技术关键

潮汐能属于可再生资源，蕴藏量大，运行成本低。对于环境影响小，发电不排放废气废渣度水，属于洁净能源。

潮汐电站由7 个基本部分组成：潮汐水库；堤坝；闸门和泄水道建筑；发电机组和厂房；输电、交通和控制设施；航道、鱼道等。潮汐发电的关键技术主要包括低水头、大流量、变工况水轮机组设计制造；电站的运行控制；电站与海洋环境的相互作用，包括电站对环境的影响和海洋环境对电站的影响，特别是泥沙冲淤问题；电站的系统优化，协调发电量、间断发电以及设备造价和可靠性等之间的关系；电站设备在海水中的防腐等。

近50 年来，工程技术人员一直致力于将潮汐发电形成工业规模的研究，其技术关键在于设计出适应海水腐蚀的涡轮机。另一项关键措施———浮云法施工技术的推广避免了在很深的水中及在易遭受风暴潮威胁的坝址修建昂贵且复杂的围堰，从而使工程造价降低了25%~38%。下面为潮汐电站水轮发电机组的关键技术

1）水轮机水力设计技术

潮汐电站利用水头低，潮差变化大，水头变动频繁，这些都给水轮机的水力设计带来一些困难。另外，许多潮汐电站运行工况复杂、转换频繁，如不仅要求正反向发电，还要求正反向抽水、正反向泄水，这更增大了水轮机水力设计的难度。因此，要根据电站实际情况和用户具体要求，应用现代CFD技术，权衡协调各种工况的要求和性能，设计出综合效率高、过流量大、空化性能好的转轮及流道。对多种工况运行的转轮而言，通常只要求正向发电和反向抽水运行的高效率，不追求反向发电和正向抽水运行时的效率。

2）大型全贯流式水轮发电机的关键技术

全贯流式水电机组在潮汐电站中有广阔的应用前景。应针对大型全贯流式水电机组进行专项研究。特别要对大型全贯流式水电机组的特殊关键问题，如水密封技术、机组动态稳定性问题等，开展专题调查和研究。

3）海水腐蚀防止技术

潮汐电站水电机组部件长期浸泡在海水中或处于盐雾弥漫的空气中，这不但对结构中的金属要产生严重的腐蚀作用，产生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀，而且对机组中的电气元器件及绝缘也要产生很大的影响。在潮汐电站机组中，防止海水腐蚀的主要措施有以下几种。a．合理选择材料，关键金属部件b．涂敷耐海水腐蚀涂料。C．采用阴极保护技术。d．发电机防海水腐蚀技术。另外，发电机的电刷装置必须能在泄水工况下举起，否则滑环表面会在很短时期内产生铜绿，腐蚀滑环。

4）防海生物附着技术

海水中的海生物容易附着在金属结构表面，影响过流部分的过流条件，影响机组出力，降低运动部件的灵活度。海生物的附着力极强，清除非常困难。法国朗斯电站24台机组每年要清除约1t的海生物附着物，花费60万法郎。潮汐电站机组中防海生物附着主要采用两种方法。一是过流表面涂敷能杀死海生物的涂料i二是电解海水，产生毒性氯离子，抑止海生物附着。前苏联基斯洛电站研究出一种含有能杀死海生物组份的浆科，涂敷过流表面，同时从海水中制取氯离子，输送至流道表面，驱除污着物的幼虫。这两种措施，双管齐下，能保证1 O多年流道内无海生物附着。

三、我国的潮汐能资源

我国是世界上潮汐能丰富的国家之一，潮汐能开发已有40多年的历史。大陆海岸线长达1.8万km，据全国沿海普查资料，全国有近200个海港、河口可开发潮沙能。我国的一些沿海地区具有建设大型潮汐电站的资源优势。像东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4一5m，最大潮差7-8m，自然环境条件优越的坝址，如钱塘江口，最大潮差7.5m ,据估计能建5000M W级潮汐电站有上海的长江口北支，最大潮差6m,具有建造700M W级潮汐电站的潜力。

四、我国的潮汐电站现状及利用前景

随着我国经济的不断发展，电力不足的问题已越来越严重。特别是东部沿海地区为我国的电力负荷中心所在，每年的电力消费约占全国的40%。而这些地区煤、石油等常规能源资源比较贫乏，可再生能源蕴藏量大。因此，立足于本地区的可再生清洁能源的开发利用成为解决电力供应不足的重要途径。

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，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 kWh ，年发电量1000多万kWh，

仅次于法国、加拿大。世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，其装机容量为24万kW，年均发电量为5.44亿kWh。相比之下，我国的潮汐电站规模较小，江夏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3200kW ，年发电量600万kWh。规模仅次于法国郎斯洛潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯洛潮汐电站，居世界第三。

五、结语

电力供应不足是制约我国国民经济发展的重要因素，尤其是在东部沿海地区。另一方面我国海岸线漫长曲折，蕴藏着丰富的潮汐能资源。潮汐能发电具有可再生性、清洁性、可预报性等优点。经过多年来对潮汐电站建设的研究和试点，不仅在技术上日趋成熟，而且在降低成本，提高经济效益方面也取得了很大进展。潮汐能发电技术前景广阔。我国应积极借鉴英国、瑞典等潮汐能发电技术相对成熟国家的新技术，例如新型的潮汐发电装置、水下潮汐电站等，并且应自主研发出该方面的新技术，争取成为引领潮汐能发电技术发展的几个前沿国家之一。

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