能源科学概论

潮汐能与能源

——能源科学概论节课作业姓名：吴俊丰

学号：2015301530130

学院：城市设计学院

摘要：潮汐能是一种取之不尽的、清洁无污染的可再生新能源，发展利用这种新能源可以间接使大气中的CO2含量的增加速度减慢。文章总结了潮汐能在我国的发展利用现状，并简要介绍潮汐能在我国开发利用的意义和可能性以及主要的了一些利用技术，同时还介绍了开发利用潮汐能可能存在的问题。为我国潮汐能的开发利用提供依据。本文首先介绍了潮汐能的基本信息；随后分析了潮汐能在我国的发展利用现状，并简要介绍潮汐能在我国开发利用的现状和前景。

1潮汐能概况

1.1潮汐能

潮汐能（tide energy）海水周期性涨落运动中所具有的能量。其水位差表现为势能，其潮流的速度表现为动能。这两种能量都可以利用，是一种可再生能源。由于在海水的各种运动中潮汐最守信，最具规律性，又涨落于岸边，也最早为人们所认识和利用，在各种海洋能的利用中，潮汐能的利用是最成熟的。因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。这种能量是永恒的、无污染的能量。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比，或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。

1.2潮汐能的优缺点

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。

4、潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，敌水轮机体积大，耗钢量多，进出水建筑物结构复杂。而且因浸泡在海水中，海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀和沾污作用，放需作特殊的防腐和防海生物粘附处理。

5、潮汐变化周期为太阴日（24h50min），月循环约为14天多，每天高潮落后约50min，故与按太阳日给出之日需电负荷图配合较差。潮汐发电虽然存在以上不足之处，但随着现代技术水平的不断提高，是可以得到改善的。如采用双向或多水库发电、利用抽水蓄能、纳人电网调节等措施，可以弥补第一个缺点；采用现代化浮运沉箱进行施工，可以节约土建投资；应用不锈钢制作机组，选用乙烯树脂系列涂料，再采用阴极保护，可克服海水的腐蚀及海生物的粘附。

1.3潮汐能的发电形式

潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，潮汐发电有以下三种形式：

单库单向电站：即只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电，我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。

单库双向电站：用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在平潮时不能发电，广东省东莞市的镇口潮汐电站及浙江省温岭市江厦潮汐电站，就是这种型式。

双库双向电站：它是用两个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，这样前一个水库的水位总比后一个水库的水位高，故前者称为上水库，后者称为下水库。水轮发电机组放在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故可以全天发电。

2我国的潮汐能发展

2.1我国潮汐能发展历史

潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的再生能源。在海洋各种能源中，潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。中国早在20世纪50年代就已开始利用潮汐能，在这一方面是世界上起步较早的国家。1956年建成的福建省浚边潮汐水轮泵站就是以潮汐作为动力来扬水灌田的。到了1958年，潮汐电站便在全国遍地开花。据1958年10月份召开的“全国第一次潮力发电会议”统计，已建成的潮汐电站就有41座，在建的还有88座。装机容量有大到144千瓦的，也有小到仅为5千瓦的。主要都用于照明和带动小型农用设施。如1959年建成的浙江温岭县沙山潮汐动力站，1961年进一步建为电站，装机容量仅40千瓦，每年可发电10万千瓦·时，原建和改建总投资仅4万元（人民币，下同）。据1986年统计，其发电累计收入已超过投资的10多倍。中国尚在运行的潮汐电站还有近10座，其中浙江乐清湾的江厦潮汐电站，造价与600千瓦以下的小水电站相当，第一台机组于1980年开始发电，1985年底全面建成，年发电量可达1070万千瓦·时，每千瓦·时电价只要0.067元。每年自身经济效益，包括发电67万元，水产养殖74万元和农垦收入190万元，共计可达330万元。社会效益，以每千瓦·时电可创社会产值5元计，可达5000万元。这是中国，也是亚洲最大的潮汐电站，仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安纳波利斯潮汐电站，居世界第三位。

潮汐能是潮差所具有的势能，开发利用的基本方式同建水电站差不多：先在海湾或河口筑堤设闸，涨潮时开闸引水入库，落潮时便放水驱动水轮机组发电，这就是所谓“单库单向发电”。这种类型的电站只能在落潮时发电，一天两次，每次最多5小时。

为提高潮汐的利用率，尽量做到在涨潮和落潮时都能发电，人们便使用了巧妙的回路设施或双向水轮机组，以在涨潮进水和落潮出水时都能发电，这就是“单库双向发电”，像上述江厦潮汐电站就属这种类型。

然而，这两种类型都不能在平潮（没有水位差）或停潮时水库中水放完的情况下发出电压比较平稳的电力。于是人们又想出了配置高低两个不同的水库来进行双向发电，这就是“双库双向发电”。这种方式不仅在涨落潮全过程中都可连续不断发电，还能使电力输出比较平稳。它特别适用于那些孤立海岛，使海岛可随时不间断地得到平稳的电力供应。像浙江省玉环县茅蜒岛上的海山潮汐电站就属这种类型。它有上下两个蓄潮水库，并配有小型抽水蓄能电站。这样，它每月可发电25天，产电10000千瓦·时。为了抽水蓄能，它每月要以3千瓦·时换1千瓦·时的代价用去5000千瓦·时电来获得供电的持续性和均衡性，故有一定的电力损失。

2.2我国潮汐能发展先状

由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。

中国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦，在中国沿海，特别是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。其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9%。我

国的江夏潮汐实验电站，建于浙江省乐清湾北侧的江夏港，装机容量3200kW，于1980年正式投入运行。

中国水力资源的蕴藏量达6.8亿kW，约占全世界的1/6，居世界第1位，建成后的长江三峡水电站将是世界上最大的水力发电站，装机容量1820万kW。

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*h。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。（2）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,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[4]。

2.3我国潮汐能发展前景

目前而言,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及预制沉箱的制造、拖运和沉放等。

对于潮汐能技术来说，主要需发展对环境友好、低运行成本和低维护成本的潮汐能并网发电系统。潮汐能技术的发展方向和发展趋势为：

开展新型潮汐能开发方式研究。近海潮汐发电在距离海岸线数千米的浅滩用毛石等堆砌防波堤形成蓄水库，涨潮蓄水发电，落潮发电泄水。这种开发模式无须占用宝贵的天然港口、海湾、多功能岸线、不妨碍航行，也不会影响生态环境。也可以考虑和岸线治理、海岛综合开发、促淤围垦加速土地资源储备、海上风电等联合开发。

开展低成本电站建设研究，降低发电成本。合理选择潮汐机组参数，使得综合性价比最优；开展替代材料研究，挖掘降低造价的潜力；开展新型施工方法研究，以减少土建投资。

完善提高小型潮汐电站开发技术，推进发电机组的设计定型，形成系列产品，降低造价，以利于小型潮汐电站大规模推广。

3结语

综合以上对潮汐能的定义，发电原理及其发展前景和发展现状的介绍，不难看出，潮汐能的原理很简单，但是在发电过程中还存在很多问题，比如单位电造价问题就是个很现实的问题，还有就是涡轮机在发电过程中被海水腐蚀的问题，我觉的在以后研究过程中要针对海水腐蚀上

下功夫，应该加强研究涡轮机制造材料，防止海水腐蚀。还有单位电造价问题，我们基本从设备上减轻造价，尽可能以价格便宜的设备，创造更好的价值。

当今世界随着全球化能源危机的不断加剧，开发可再生资源的需要迫在眉睫。而潮汐能作为可再生资源的典型，具有无污染、清洁、储量大，效率高等优点。多年来我国对潮汐电站建设的研究和试点，不仅在技术上取得了很大的进步，并且在降低成本方面取得了可喜的成就，提高经济效益方面也取得了显著的成果。在当前大力提倡节约型社会的时代，潮汐能的发展前景将更为广阔。