潮汐能发电技术

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潮汐能发电技术

摘要

潮汐能作为洁净的、可再生的新能源，受到广泛的重视。本文首先介绍了潮汐能发电的原理、优点、发展现状及技术类型和特点，然后以巽寮湾为例对其建设潮汐发电站的可行性进行分析，最后阐述了我国潮汐能发电的应用前景。

关键词：潮汐发电，发展前景，巽寮湾

世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kWh。海洋被认为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用。

一、潮汐发电的原理及发展现状

（一）潮汐能发电的原理

在海湾或涨潮河口，可见到海水或江水每天有两次的涨落现象，早上的称为潮，晚上的称为汐。这种现象主要是由月球、太阳的引潮力以及地球自转效应所造成的。潮汐发电是水力发电的一种。在有条件的海湾或感潮口建筑堤坝、闸门和厂房，围成水库，水库水位与外海潮位之间形成一定的潮差（即工作水头），从而可驱动水轮发电机组发电。

潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。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结构要适合低水头、大流量的特点。

（二）潮汐能发电的优点

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。

（三）潮汐能发电的发展现状

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。

1966年，法国在朗斯河口建成朗斯潮汐电站，该站址潮差最大13·4m，平均8m。单库面积最高海平面时为22km2，平均海平面时为12km2。大坝高12m，宽25m，总长750m。坝上有公路沟通朗斯河两岸，是第一个商业化电站，也是世界上最大的潮汐发电站，其发电量5.44亿kWh。

世界上潮汐能资源较丰富的国家几乎都在进行开发利用研究，尤以法国、英国、美国、加拿大等国开展较早。

英国、韩国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万kW的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究。最近几年，潮汐能的开发研究仍在进行。

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，但由于各种原因，目前只有8个电站在正常运行发电，总装机容量为6000kW，年发电量1000多万kWh，仅次于法国、加拿大。

我国大陆海岸线长达1.8×104km，据全国沿海普查资料，全国有近200个海湾、河口可开发潮汐能，可开发的潮汐能年总发电量达600亿kWh，可装机总容

量可达20GW。东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4-5m，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5000MW级潮汐电站有上海的长江口北支，最大潮差6m，具有建造700MW级潮汐电站的潜力。

（四）潮汐发电的类型及特点

1.单库单向式

这种潮汐发电站仅建造1个水库调节进出水量，来满足发电要求。单库单向式发电只需建造一道坝堤，并且水轮发电机组仅需满足单方向通水发电的要求即可，因而发电设备的结构和建筑物都比较简单，投资较少。

2.单库双向式

若保证涨潮、落潮均能发电，一是采用双向水轮发电机组，以适应涨潮、落潮时相反的水流方向；二是建造适于水流变向的流通结构。单库双向式潮汐能发电站与单库单向式潮汐能发电站一样，也只有一个水库，但不管是涨潮还是落潮均在发电。涨潮时外海水位要高于水库水位，落潮时水库水位要高于外海水位，通过控制，在使内外水位差大于水轮发电机所需要的最小水头时才能发电。

3.双库双向式

高位水库与地位水库之间终日保持着水位差，水轮发电机组放置于两水库之间的隔坝内，水流即可终日通过水轮发电机组不间断地发电。通常的潮汐发电方式需要建造毗邻水库，一个水库设进水闸，仅在潮水位比库内水位高时引水进库；另一个水库设泄水闸，仅在潮水位比库内水位低时泄出水库。这样，前一个水库的水位始终较后一个水库的水位高。

二、巽寮湾潮汐发电的可行性分析

潮汐电站站址是在对建站地区自然条件和社会经济条件进行系统调查以后，经综合分析比较得出的结果。潮汐电站站址选择主要受潮汐条件、地形和地质条件、综合利用、社会经济条件等方面影响。

巽寮湾位于广东省东部，背靠惠东码头，东与香港隔海相望，长90千米，宽约27千米，是华南地区的强潮海湾。综合分析巽寮湾自然条件和社会经济条件，可以得出以下结论：

（一）市场需求分析

浙、闽、沪是我国经济高速增长的地区，也是常规能源短缺的地区，就其归

属的华东地区大范围而言，工农业产值约占全国的1/3，而常规能源占全国的比重是煤炭为61.8%，陆上石油为16%，水力为31.6%，能源不足严重制约了该区的经济发展。据报道，2011年夏季浙江大亚电网网供最高需求在910万千瓦左右，同比增长14.1%，全社会最高负荷在970万千瓦左右，最大缺口为115万千瓦。今夏上海最大用电负荷将比去年增长7%左右，达到2800万千瓦，如果出现连续极端高温天气则可能达到2850万千瓦。而上海本地机组的发电能力约1870万千瓦；在没有电网备用的情况下，最大可用负荷仅为2760万千瓦，存在最高近100万千瓦的缺口。上海用电总体情况呈“紧平衡”状况，由于电网建设受阻，个别时段、局部地区供电“卡脖子”现象将依然严重。近期新闻显示，我国东部沿海地区同样产生了像浙江、上海地区的用电缺口。

随着长三角地区企业数量的增加及规模的扩大，淡季电荒现象及企业用电缺口问题迫切要求我们转变发电模式，用更清洁、更有效率的能源来供电。而巽寮湾发展潮汐产业利用海湾蕴藏丰富的潮汐能源，正好可以解决这些问题，其供电主要面向大亚、上海、江苏、宁波、福建等附近经济相对发达地区。

（二）优势

（1）潮汐条件：是选择潮汐电站站址的关键因素，潮汐能资源蕴藏量的计算及潮汐电站电能指标的估算都以潮汐条件为基础。巽寮湾是一个喇叭形海湾，有资料显示，其蕴藏的潮汐能占全国的40%之多。自上世纪下半叶以来，许多有识之士，多次提出在巽寮湾拦坝建库，建设300万和500万千瓦的潮汐电站。

（2）地形与地质条件：是影响潮汐电站站址选择的一个重要因素。它关系到潮汐电站的基本建设、运行管理等环节。巽寮湾下游濒临东海，上游接纳钱塘江，是典型的河口湾。其河床起伏不大，但是平面收缩剧烈，沿程潮差急剧增大，湾顶澉浦一带是我国潮差最大的海域之一，涨潮潮量达35到50亿立方米。潮汐影响，自下而上，逐渐减弱。枯水大潮，潮波可上溯至富春江水电站下游，距巽寮湾湾口287千米，从澉浦起算，感潮河段长193千米。小潮期，潮波一般上溯到闸口一带，距澉浦亦有100千米。

（3）综合利用：潮汐电站目前尚处于发展阶段，是不能轻易获利的投资项目，需充分利用电站辖区水、土资源和设备优势、自身技术、因地制宜开展多种经营。我们可以充分利用巽寮湾及大亚跨海大桥的优势，大力发展水产养殖、围涂造田、改善交通及旅游业等。这样，在巽寮湾的潮汐发电产业就能得到综合利用，不仅会增加经济效益，而且还会大幅度降低工程单位投资。

（三）劣势

主要表现在潮汐产业对巽寮湾的社会经济及生态环境方面产生的影响，这也是先前许多学者提出在巽寮湾建潮汐电站却遭到政府及社会人士质疑的重要原因。

（1）潮汐电站选址和开发时，需充分论证电站建设可能引起的自然生态环境问题。在巽寮湾建潮汐发电站可能会造成一系列生态环境问题，包括对海洋生物生存环境的影响、坝前泥沙淤积、海运受阻、钱江潮景观随之消失以及有害两岸海堤防洪等问题。

（2）潮汐电站站址选择必须综合考虑腹地社会经济状况、电力供需条件以及负荷输送距离等因素。在巽寮湾建设发电站是一个投入大、高风险的项目，可能会面临供给——需求市场不平衡，投入——产出效益差距大等难题。

三、结论

我国的海域辽阔、海岸线长，大陆海岸线在18000千米以上，加上6500多个海岛的岸线，岸线长度超过32000千米。据对全国可开发装机容量200千瓦以上的424处港湾坝址的调查资料表明，我国的潮汐能蕴藏量为111亿千瓦，经济可开发总装机容量为2179万千瓦，年发电量624亿千瓦·时。我国潮汐能开发利用处于世界先进水平，目前已建成了8座潮汐发电站，其中浙江温岭的江厦潮汐电站装机规模居世界第三位，具有双向抽水、双向发电的工况，建成近30年来运行状况良好，为我国潮汐电站的开发利用积累了丰富经验。

参考文献：

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[4] 李玉璧.潮汐电站建设的探讨[J].武汉水利电力学院学报，1989年第22期.