潮汐能发电的发展和前景综述论文

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论文题目：潮汐能发电的发展和前景综述

潮汐能发电的发展和前景综述

摘要：随着人口的增多和人类日益增加的活动和科研对能源的消耗的增多，越来越多的能源被持续消耗以致于能源紧缺，为了满足人类社会可持续发展对能源的需要，防止和减轻大量燃用化石能源对环境造成的严重污染和生态破坏。近年来世界各国开始呼吁必须走可持续发展道路，开发和利用新能源。潮汐能作为一种清洁无污染的新能源被人类开发和利用。本文主要对潮汐能的发展和前景进行总结综述。

关键词：潮汐能；潮汐能发电；发展和前景

众所周知，地球上占表面积最大的就是海洋，约占地球表面积的70.9%。海洋是个巨大的能源宝库，海水中蕴藏着巨大的动力资源，我们把它叫做海洋能，潮汐能就是海洋能的一种。说到潮汐能，我们首先要讲到潮汐，所谓的潮汐是因为太阳和月球对地球各处的引力的不同所引起的海水有规律的、周期性的的涨落现象，而潮汐能是指海水涨潮和落潮形成的水的动能和势能。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。从能源转换的角度来说，潮汐发电首先是把潮汐的动能和位能通过水轮机变成机械能，然后再由水轮机带动发电机，把机械能转变成电能。潮汐能发电与普通水力发电原理类似，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，从而潮汐能发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。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。

优点

(1)潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始，取之不尽，用之不竭。它完全可以发展成为沿海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源。

(2)它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。

(3)潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。而且可用拦海大坝，促淤围垦大片海涂地，把水产养殖、水利、海洋化工、交通运输结合起来，大搞综合利用。这对于人多地少、农田非常宝贵的沿海地区，更是个突出的优点。

(4)潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。

(5)潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低的特点。

(6)机组台数多，不用设置备用机组。

缺点

(1)潮差和水头在一日内经常变化，在无特殊调节措施时，出力有间歇性，给用户带来不便。但可按潮汐预报提前制定运行计划，与大电网并网运行，以克服其间歇性。

(2)潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用小时数也低。

(3)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。

三、国外潮汐能发电现状

国外潮汐能发电现状早在２０世纪初，欧、美一些国家就开始研究潮汐发电，现今世界上适于建设潮汐电站的许多国家和地区都在研究和建设潮汐电站。法国、英国、加拿大、美国、印度、前苏联及韩国等国对潮汐能发电投入大量人力、

物力和财力进行开发，目前世界上已建成并运行发电的潮汐发电站总装机容量为26.6万千瓦，年发电量达6.125亿kWh。主要包括法国的朗斯潮汐电站，美国阿拉斯加的库克湾、加拿大莽地湾、英国赛文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪湾、印度敢贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。法国的朗斯潮汐电站是世界上已建规模最大的潮汐电站该电站采用单库双向发电方式。1996年建在英吉利海蛱的朗斯河口，其潮差达135米球库面积为２平方公里，拦潮坝高12米、长750多米。当涨潮时，拦蓄18亿立方米的潮水电站装有24台单机容量为１万千瓦的贯流式水轮发电机组，年发电量出441亿kWh。英国、印度、澳大利亚和阿根廷等国家对规模数十万到数百万千瓦的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究。预计到2030年，世界潮汐电站的年发电总量将大600亿kWh。

四、国内潮汐能发电现状

我国沿海多港湾、岛屿，大陆岸线长达6134.9km，岛屿岸线长11673.9km，沿岸分布着众多的潮汐电站废址。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为2000×104kW和380×108kW。根据1981你那的估算（坝址已增加到500个），潮汐潜能有1.10×108kW和2700×108kW。另一方面，东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差3.5-4.3m，最大潮差7-8m，自然环境优越的坝址，可建104kW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、福建大观版等。其中浙江杭州湾最大潮差达8.9m，潮汐能蕴藏量居全国首位。我国是世界建造潮汐电站最多的国家，先后建造数十座，但现今仍在运行的不多。温岭江厦潮汐试验电站是我国已建成的最大的潮汐电站。电站位于浙江省温岭市西南的江厦港上。电站于1972年经当时的国家计委批准建设，电站工程被列为水利电力潮汐电站项目，研究重点包括潮汐能特点、潮汐机组研制、海工建筑物技术问题、综合利用等。电站当时设计安装6台双向灯泡贯流式机组,1号机组于1980-05-04日投产发电，到1985-12完成了共5台机组的安装建设和并网发电，当时总装机容量为3200kW。2007-10有完成第6台700kW机组的安装，从而是江夏潮汐电站的总装机容量达到3900kW，规模至今是亚洲第二，年发电量稳定在600多万kWh。2010年江夏电站全年发电量达731.74kWh。

五、潮汐能发电型式与技术（潮汐能发电的型式有水库式发电和无水库式发电）

传统的水库式潮汐能发电的型式

（1）单库单向运行发电:单水库只筑一道堤坝和一个水库，老的单水库潮汐电站是涨潮时使海水进入水库，落潮时利用水库与海平面的潮差推动水轮机发电。它不能连续发电，因此又称为单水库单程式潮汐式电站。

（2）单库双向运行发电:新的单水库潮汐电站利用水库的特殊设计和水闸作用既可涨潮时发电，又可以在落潮时运行，只是在水库内外水位相同时的平潮时才不能发电。这种电站称之为单水库双程式潮汐电站，它大大提高了潮汐能利用率。

（3）双库单向运行发电:为了潮汐电站能够全日连续发电就必须采用双水库的潮汐电站。这种电站建有两个相邻的水库，水轮发电机组放在两个水库之间的隔坝内。一个水库只在潮涨时进水（高位水库），一个水库（低位水库）只在落潮时泄水；这两个水库之间始终保持有水位差，因此可以全日发电。

（4）抽水增能发电方式:上述运行方式中均存在着停止发电期，只要水位低于水轮机最小发电水头则发电就会停止。停止发电时期，水坝两侧的水位非常接近。如果此时开始抽水进库，或抽水出库，就可以继续发电了，而且发电量也会大大增加。虽然抽水时需要耗费一定的电量，但根据实际计算，发电量比耗电量可大一倍以上。现有水轮机在技术上已经具备发电、抽水、排水、过流四种功能。所以在抽水、排水过程里不用额外增加抽水、排水设备，节约了成本。

无库式潮汐能发电设备的发电原理突破了常规发电的概念，是借鉴风能发电原理，同时考虑海流和风的密度等条件的不同设计开发而成的，因而此类水轮机结构形式与传统有库式机组的结构形式大不相同。根据机组结构形式不同，目前的潮汐能发电机组总体可分为两类。

（1）无水库式新型潮汐能发电技术

无库式潮汐能发电设备的发电原理突破了常规发电的概念，是借鉴风能发电原理，同时考虑海流和风的密度等条件的不同设计开发而成的，因而此类水轮机结构形式与传统有库式机组的结构形式大不相同。根据机组结构形式不同，目前的潮汐能发电机组总体可分为两类。

（2）海底风车式机组

“海流”是无库式潮汐能设备发展的标志性工程，项目初期投资600万欧元。由MCT公司联合Banklnvest，EDF－energy等5家公司共同开发。2003年5月于英国西海岸布里斯托尔海面下20m深处安装并试验成功，首批装机容量为单台300kW。最近又安装了单台1200kW的机组，在流速为2～3m/s的海水中工作。该机组形状宛如一个风车，由潮水提供动能冲击叶片发电。为便于转子出水维护，“海流”安装时在海底钻孔打桩，建造具有提升机构的竖塔以适应不同深度的海流流速并便于出水维修；为适应海水涨落的变化，竖塔有5～10m露在海面上。每个竖塔两侧各有一个转子，以节约成本，提高潮汐能利用率。与一般的水平轴式风力发电机不同，“海流”的每个转子上有2个叶片，叶片通过变桨轴承与转子连接，通过伺服系统实现桨距控制，桨距角在电动机驱动下随海流变化，避免过载破坏。由于海水流体密度大且装置安装于浅海区，叶片直径仅16m，以15r/min速度随海水流动旋转，叶片朝向可以180°转动以实现涨、退潮双向发电的需要。同时机组装有机械制动系统以便紧急制动。机组变速箱和发电机构成一个整体单元，浸没在海水中，因此不需要额外的冷却系统，降低了故障率。

美国海军研究中心支持佛罗里达水电公司于1995年开始设计了一种中心开放式无库容潮汐能发电机组，并于2005年完成了样机制作，样机直径6m，单机容量120kW，目前在欧洲Orkney潮汐能技术中心试验。该机组显著特点是中心开放而无轴及桨叶，采用滑动轮帆型转子，水流贯穿通过有一定斜度的帆叶，带动转子旋转发电。发电机和转子轴承设计为整体。结构，适于高效直流环绕发电机。该机组适于中深水域，发电电压为中等电压。

六、潮汐能的发展前景

（1）全球潮汐能发展前景

全球潮汐能的理论蕴藏量大约在万亿20~30kW·h/a，相当于所有河川水力发电总量，但可供开发程度比较低，不同国家情况不一。初期研究表明：全球经济型潮汐电站年供电能力在1万亿kW·h左右，最高为2万亿kW·h，但这仅仅只占未来电力需求的一小部分。河川水力发电潜力较低，大约是1000亿kW·h。据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。潮汐能普查计算的方法是，首先选定适于建潮汐电站的站址，再计算这些地点可开发的发电装机容量，叠加起来即为估算的资源量。

世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。

（2）我国潮汐能发展前景

我国海岸线曲折漫长，北起中朝交界的鸭绿江口，南达中越相交的北仑河口，大陆岸线长达18000多km，加上6500多个海岛的岸线，岸线长度超过32000km。以杭州湾为界，以北主要是平原型海岸（除辽东半岛、山东半岛外），由厚而松散的粉砂或淤泥组成，岸线平直，潮差较小，良好的潮汐发电港湾坝址较少；以南主要为基岩港湾形海岸，岸线曲折，海岸坡度陡，水深潮大，有优良的潮汐发电坝址。据对全国开发装机容量200kW以上的424处港湾坝址的调查资料表明，我国的潮汐能蕴藏量为1.1亿kW。我国沿海地区以杭州湾为界，以北主要是平原型海岸（除山东半岛和辽东半岛），由厚而松散的粉砂或淤泥组成，岸线平直，潮差较小，良好的潮汐发电港湾坝址较少；以南主要为基岩港湾型海岸，岸线曲折，海岸坡度陡，水深潮大，有优良的潮汐发电坝址。我国可建万kW级电站的港址有杭州湾、象山湾等数十处。

结语

我国的潮汐能技术从以前的发展到现在已经取得了重大的进展，在人们共同的努力之下，已经达到了一定的成就。而且未来也将会发展的越来越好。相信在不久的将来，潮汐能能得到更好的利用。利用潮汐能能够缓解现代化石燃料不足的紧张形势。同时，我们也要认识到我们很多方面的不足，多向外国学习先进的技术，同时政府也要出台相关法律支持新能源的发展，多培育这方面的人才，让我们国家在潮汐能发电方面更加先进和更好的发展。