2010-大连市建设潮汐电站的可行性分析_王宗伟

构要适合低 水头 、大 流量的特点 [ 2] 。 潮汐发电示 意图如图 1所示 。
图 1 潮汐发电示意图
与河水的流动不同 , 潮水的流动是不断变换方 向的 , 对应于这个特点 , 潮汐发电通常有三种形式 : 单库单向型 、单库双向型和双库单向型 , 其示意图 如图 2所示 。 2 建 设潮 汐电 站的 条件 2.1 潮 汐条 件
1km以 内 ), 水 深 在 20 ～ 30m的 水 域 为 理 想 海 域[ 3] 。 从现有 各发 电水 库 位置 看 , 多在 海湾 、河
口 、湾中湾 、泻湖和围塘等地貌部位 , 其中以湾中湾 作为发电水库最为理想 [ 4] 。
大连地区地势北高南低 , 自中轴向北方向的渤
海和东南方向的黄海倾斜 , 整个地域三面临海 , 海
引言
矿物燃料使用所造成的环境破坏日益严峻 , 国 际社会保护环境 、走可持续发展道路的意识日渐增 强 , 世界各国早已就大力开发可再生清洁能源达成 共识 。 潮汐能作为清洁 、可再生的能源 , 经过多年 的研究 , 其开发和实践步伐也得到了加快 。我国海 岸线较长 , 东部沿海潮汐能资源丰富 。潮汐能具有 可再生性 、清洁性 、可预报性等优点 , 在我国优化电 力结构 、促进能源结构升级的大背景下 , 发展潮汐 发电顺应社会趋势 , 有利于缓解沿海地区能源短缺 的状况 。潮汐电站建设可以创造良好的经济效益 、 社会效益和环境效益 , 投资潜力巨大 。根据国家有 关规划 , 到 2020年 , 我国潮汐发电装机容量有望达 到 30万 kW, 潮汐发电将迎来又一个发展春天 。
1 潮汐发电的基本原理
潮汐能是由月球 、太阳的引潮力以及地球自转 效应引起海洋水位发生变化而产生的能量 , 潮汐能 利用的主要方式之一是发电 。 潮汐发电与普通水 力发电原理类似 , 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 。 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 外海隔开形成水库 , 在闸坝内或发电厂房内安装水 轮发电机组 [ 1] 。 涨潮时将海 水以势能的形 式 , 储 存在水库内 , 在落潮时放出海水 , 利用高 、低潮之间 的落差 (即工作水头 )推动水轮机旋 转 , 进而带动 发电机发电 。潮汐发电贮存的海水落差不大 , 流量 较大 , 并且呈现间歇性 , 因而潮汐发电水轮机的结
确定潮汐电站站址的最主要因素是潮汐条件 。 潮汐能的强度与潮差 有关 , 一般来说 , 潮差在 3m 以上就有实际利用价值 ;若利用潮汐发电 , 理想的 潮差最好大于 5m。潮汐电站的潜在输出功率与平 均潮差的平方成正比 , 其理论功率计算式为 [ 1] :
P=ρVgA/T=ρgFA2 /T 式中 :P—输出功率 , W;ρ—海水密度 , kg/m3 ; V—平均有 效库 容积 , m3 ;g—重 力加 速度 , m/s2 ; A—平均潮差 , m;T—单潮 周期 , s;F—有效库容面 积 , m2 。
上岛礁星罗棋布 , 有绵长的陆岛海岸线 。 大连地区
濒临的渤海沿岸海底地形比较平坦 , 一般水深 20 ～
30m, 沿岸附近在 10m以内 。 大连地区黄海海岸沿
岸海底地势比较陡峻 , 坡度较大 , 崎岖不平 。 沿岸
附近多岛礁 , 水深一般为 20 ～ 50m。大连地区海湾
有 50余处 , 主要海湾概况如下 。
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图 2 三种形式潮汐电站示意图
我国是潮汐能资源较为 丰富的国家 , 全国有 时 25分钟 。平均高潮间隙自东向西逐渐增大 , 小
11个省 、市 、自治区有潮汐能资源 。其中 , 浙江 、福 长山地区约 9.5h, 大连地区约 10h, 旅顺约 10.5h。 建两省蕴藏量最大 , 其次为山东 、广东 、辽宁等省 。 渤海沿岸自南向北逐渐增大并转入下一周期 , 如营
相邻的高 (低 )潮之间的时间近于相等 , 约为 12小 2海里 , 纵深约 1海里 。 湾口水深 8m左右 , 湾内水
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深 5 ～ 7m。 (4)营城子湾 。在营城子镇北部 , 面积 16km2,
供的数据 , 经计算大连附近海域 9个观测点 (见图 量海水 , 适宜修建土建工程的地域 。近海 (距海岸
3)的 年 平 均 潮 差 如 下 :长 兴 岛 1.12m, 葫 芦 套 1.29m, 金 县 1.26m, 旅 顺 新 港 1.19m, 老 虎 滩 2.11m, 大窑 湾 2.43m, 小长 山 岛 2.88m, 大鹿 岛 3.82m, 石山子 2.27m。
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大连市建设潮汐电站的可行性分析
王宗伟 , 谢 蓉 , 王晓放 (大连理工大学 海洋能源利用与节能教育部重点实验室 , 辽宁 大连 116024)
基岩海岸 , 由海水淹没以前的基岩山地形成 , 地势险峻 , 岸线曲折 , 岛礁 、岬角众多 , 多天然港湾 和自然目标 , 大连 地区黄海海岸基 本属于基岩海 岸。 2.4 综 合利 用条 件
潮汐电站的综合利用 , 不仅会增加经济效益 , 而且还会大 幅度降低工程 单位投资 [ 5] 。 因此 , 潮 汐电站应提高除发电以外的综合效益 , 包括水产养 殖 、围垦海涂 、改善交通及发展旅游等多方面 [ 6] 。
时 , 分别占辽宁省的 88%和 85%。 大连市潮汐能 延长 。
资源主要分布于庄河市 、金州区和瓦房店市海岸 。 大连地区潮差有由南向北增大的趋势 。 依据
2.2 地 貌条 件 潮汐电站站址的确定还应考虑地貌条件等因
国家海洋信息中心编制的 2009年 《潮汐表 》中提 素 。 应选择口门小 、水库水域面积大 , 可以储备大
基岩是电站 厂房最理想的 地基[ 4] , 因而基岩 海岸是宜建潮汐电站的海岸类型 。 大连地区海岸 有平原海岸和基岩海岸 2种 。
平原海岸 , 系由很多的松散沙或淤泥沉积物组 成 , 岸线平直 , 结构简单 , 岛屿稀少 , 缺少良好的港 湾和自然目标 , 大连地区所临的渤海海岸基本属于 平原海岸 。
辽宁沿海平均潮差 2.57m, 可发电 16.1 亿 kWh。 城子湾平均高潮间隙为 12小时 13分钟 , 而普兰店
大连海岸线长 1906km, 宜建潮汐电 站站址 20 余 湾为下周期 1h, 长兴岛为下周期 2.5h多 。 大连地
处 , 其中 4处属于三类资源 , 可开发潮汐电站装机 区大部分岸段落潮历时大于涨潮历时 , 黄海岸段獐 容量预计可达 6000kW, 年发电量可 达 12亿 kWh 子岛附近涨落潮历时近乎相等 , 向东或向西均逐渐
摘要 :介绍当前国内能源形势 , 综述潮 汐发电的基本原理 、站址选 择原则 、电站效益 和发展 前景 , 并以 辽宁省大连市为例分析其建 设潮汐电站的条件 。 文章指出 , 潮汐发 电将在未来 我国的能 源结构 中占 有一席之地 , 在大连市建设潮汐电站是可行的 , 并推荐三处宜建电站的海湾以供选择 。 关键词 :潮汐 ;电站 ;可行性 ;大连 中图分类号 :TK79 文献标 识码 :A 文章编号 :1004 -7948(2010)08 -0011 -04
大连市濒临黄渤海两海 , 海岸线长达 1906km, 占全国十分之一 、辽宁省的 73%, 可进行人工养殖 的浅海水面 800万亩 , 滩涂 100万亩 , 海洋动植物 繁衍 、栽培的基础生产力发达 , 根据资料普查 , 大连 市海域的海洋动植物达 403种 。 沿岸自然港湾多 处 , 直接面向太平洋 , 辽东湾渔场 、海洋岛渔场 、莱 州湾渔场 、连青石渔场近在咫尺 , 发展海洋渔业的 条件十分优越 。改革开放以来 , 特别是近十年 , 大 连市渔业有了飞跃发展 , 成为中国重要渔业基地 。 鲍鱼 、刺参 、虾夷扇贝 、裙带菜四个国家级原良种基 地取得明显社会 、经济和生态效益 。
(14)牧城湾 。 在营城子镇东北部 , 面积 4km2, 纵横约 1.85km, 海岸线长 6km。 海水等深线 2 ～ 4m。
(15)黄龙尾嘴 。 在营城子镇黄龙尾北 部 , 面
积 1km2 。 (16)老虎滩湾 。 位于辽东半岛南端大连港南
约 22km处 。湾 口东起南山咀 , 西至 半拉山西咀 , 约 1.7km, 南北纵深 2.2km, 面积约 1.7km2。
(6)普兰店湾 。位于金州湾北侧 , 自荞麦山与 西北方约 12海里的西中岛南端连线以东 , 为该湾 的水域范围 。湾口介于黑咀与兔儿岛之间 , 向东北 方深入内陆 20余海里 , 水域面积 613km2 。
(7)葫芦山湾 。 位 于西中岛拉脖 子与长兴岛 西端王道色咀子之间 , 湾口向西敞开 , 宽约 5.6海 里 , 湾口水深 10 ～ 15m。
纵约 3.7km, 横约 5.6km, 海岸线长 15km。 湾口介 于钓鱼台咀与猴儿石咀之间 , 向西北敞开 , 湾口宽 约 3.2海里 。 湾口水深 8 ～ 10m, 湾中部水深 4 ～ 8m, 近岸多在 2m左右 。
(5)金州湾 。 位于辽东半岛西岸 , 北与普兰店 港相毗邻 , 是辽东半岛西岸最大的海湾 。 湾口介于 黄龙尾咀与鹿岛之间 , 向西北敞开, 口宽约 13海 里 , 湾内水域广阔 。湾东部水深 3 ～ 5m, 西部水深 5 ～ 9m。
(8)复州湾 。 位于长兴岛北面 , 湾口介于高脑 子角与复州角之间 , 为一大开湾 , 湾口向西北敞开 , 宽约 11海里 。 湾口水 深 10 ～ 14.8m, 湾中部 5 ～ 10m, 湾首 2 ～ 4.7m。
(9)太平湾 。 位于复 州湾 东北 方约 23 海里 处 , 湾口介于洪石咀与太平角之间 , 湾口向西敞开 , 宽约 3.4海里 , 湾内水深 2 ～ 4m。
图 3 大连海域潮汐观测点站位分布示意图
(1)羊头湾 。 位于辽东半岛西岸南部 , 湾口介 于长咀与大 羊头之间 , 宽约 2.5海 里 , 水深 15 ～ 25m, 湾内水深 5 ～ 15m。
大连地区沿海潮汐主要由太平洋传入的潮波 形成 , 由引潮力直接引起的潮汐所占成分很小 。全
(2)双岛湾 。 位于羊头湾北方约 3海里处 , 湾 口介于董家坨子与西湖咀之间 , 宽约 2.3海里 , 水
(10)白沙湾 。 位于仙人岛与白沙山之 间 , 湾 口向西偏北敞开 , 宽约 5.8海里 , 水深 2 ～ 4.1m。
(11)熊岳河湾 。 位于白沙河北侧 , 隔仙人岛 与其相毗邻 。湾口介于台子山与仙人岛之间 , 向西 敞开 , 口 宽约 0.8 海里 。 口部水 深 5m, 湾 内水深 4m左右 。
(17)庄河 湾 。 位于庄 河市区东南 3km, 东起 樱桃 山 , 西 至 打拉 腰 港 。 湾 口 宽 14.75km, 纵深 4.75km, 面积 70km2 。
(18)大窑湾 。位于金州城东南 10km的黄海 海域 , 湾内有腰子半岛将其分成东西两部分 , 东部 称小窑 湾 , 西 部 称 大 窑 湾 。 海 岸 线 30km, 面 积 72km2 。 2.3 地 质条 件
(12)大连湾 。 位于辽东半岛南部 , 系辽东半 岛第一大海湾 。 东西长 14.8km, 南北与东西略等 , 水域面积约 170 余 km2。 湾口向东南 , 海岸曲折 , 海岸线长 72km, 海湾地质为古生界的页岩 、砂岩 、 灰岩 。 水深在东南最深处可达 35m, 均深约 15m。
(13)小平岛湾 。在小平岛东部 , 面积 8km2 , 海 岸线长 8km, 海水等深线 1 ～ 20m。
海区以半日潮为主 , 其 中渤海岸段为 不规则半日 潮 , 1个太阳日内有 2次高潮和 2 次低潮 , 但相邻
深 8.4 ～ 12.4m, 湾内水深 4.7 ～ 7.4m。 (3)大潮口湾 。位于辽东半岛南端北岸 , 湾口
的高 (低 )潮高度不等 。 黄海岸 段为规则半日潮 , 介于北海村与西平山之间 , 为向北敞开海湾 , 宽约