我国潮汐能利用综述

我国潮汐能利用综述
摘要：自然资源是人类社会存在与增长的最主要物质。

随着世界经济蓬勃发展，对能源的需求也不断增长。

当今世界各国都在开发新能源，以对付日趋匮乏
的不可再生资源，如海洋能源作为一种清洁的可再生资源，受到了众多沿海国家
的重视[1]。

中国是世界能源生产和消费的大国，存在着能源危机和环境污染等问题，因
此我国要转变传统的能源结构，创新清洁能源。

随着科技水平日益提高，我国对
能源的探索逐渐从陆地拓展到海洋。

中国有约3.2万公里的海岸线，在如此广袤
的近岸海洋中蕴含了大量的潮汐能[2]。

因此，本文简要阐述了潮汐发电的基本原
理及形式、中外海洋潮汐能开发使用现状，剖析了当前海洋潮汐能开发问题并对
中国未来海洋潮汐能利用前景作出展望。

关键词：潮汐能；库式；无库式
1.潮汐能的形成原理
潮汐现象包含了潮和汐，其是由日月的引力共同作用而形成周期性振荡的水
起伏活动[3]。

由于日月交替一天内会涨两次潮，按月周期又会有大潮和小潮。

潮水在水位变化时伴随周期性的垂直和水平流动。

垂直升降部分为潮汐的位能，被称为潮差能；水平流动部分为潮汐的动能，称为潮流能。

1.潮汐能的应用
而对于潮汐能的应用，重点在于发电。

目前最成熟的潮汐能发电方式都是水
库式，即借助海湾、河口等地形，修筑水堤与电站房从而发电。

水在涨落潮时蕴
含着可转化的动能与势能。

当涨潮时，海水经由机组流道进入水库并驱动水轮机，发电；退潮时，海水在库内流回海中时又促使水轮机旋转以发电。

海水的周期涨
落运动所产生的推动力和落差能力，也将用于推动水轮发电[1]。

1.潮汐能的特点
潮汐能主要有三个特点：
无污染可再生。

涨潮退潮，蕴藏着大量可持续、可再生的清洁能源。

实用可靠。

潮汐电站不会造成移民、毁田等问题，还有助于当地经济发展。

稳定。

潮汐能根据日月地运动周期产生，无论何种自然天气情况潮汐都如约而至[4]。

尽管潮汐能有上述优点，但在实际应用中，也有薄弱之处，如潮汐电站施工难度较大，投资大，机电设备受腐蚀、泥沙沉积的现象也比较辣手，同时其发电质量也难以保障。

潮汐电站在环境方面也带来一些问题如改变潮差和潮流、加剧海岸腐蚀、妨碍溯河产卵的鱼种的溯游等[1]。

1.潮汐能发电形式
4.1 水库式潮汐能发电
水库式海潮水力发电，便是在海湾的河口修建蓄水池，再设置机组加以水力发电。

其主要分为三种形式：
单库单向式。

海水上涨时开门闸蓄水，涨潮至最高时关闸门。

落潮时开闸使库水和海面产生水头差异，进而冲击水轮发电。

好处是建设投资较少，基础设施少，但能量利用少，且发电不连贯。

单库双向式。

其在单向式基础上，配备两套单独的水轮，能进行双向发电。

优点是能量的利用率较高，但设备复杂，建设投入高。

双库单向式。

其拥有两个总存在水位差的水库，利用水由高的水库流向低水库时产生落差便可终日发电。

其优点是发电具有连续性[5]。

其应用过程中暴露了诸多缺陷，对此，近年欧美国家兴起了无库式潮汐能发电技术研究，为潮汐能的开发提供了新的方向与手段。

4.2 无水库式潮汐能发电
无库式潮汐能发电装置为开放式的海洋能捕获装置，借鉴了风电原理开发而成，其可分为风车式和空心灌流式，将海水水平流动的动能转换成电能。

4.2.1 风车式机组
风车式发电机利用潮汐驱动叶片带动内部电机发电，按其安装方式，可大致
分为固定式和悬浮式潮汐发电机。

固定式靠配重沉于海底，悬浮式靠漂浮承台或
海底锚链悬于海中。

按叶片的旋转轴向又可分成水平式与垂直式，如水平洋流式布置于洋面下，
则竖塔二边各有一个转子，其上各有二个叶片，叶片采用变桨轴承与转子相连，
经由伺服驱动的控制系统进行浆距调节，并进行涨、退潮发电。

4.2.2 空心贯流式机组
主要特征为中心开放而无轴及浆叶，采用滑轮式帆型定子，由水流贯穿于具
有一定倾角的帆叶，并推动定子回转以发电。

机组设有偏航装置，调整机组方向，使水流垂直碰撞帆叶，提高水轮机效率。

无库式潮汐电站可直接在近海浅水区安装进行发电。

此法节省了巨额投资，
降低了对生态环境的不利影响。

5.潮汐能发电发展现状
5.1 水库式潮汐发电国内外发展现状
1912年，世界上第一个潮汐电站在德国建立，1968年世界上第一个大型潮
汐电站朗斯潮汐电站进入商用运营[8]。

而后，在前苏联建造了基斯洛潮汐电站，
其工程总装机为800kW[1]。

而今全球运行、在建、设计及研究的潮汐电站达100
余座。

我国潮汐电站建设始于新中国建立初期，共兴建了76个潮汐电站，但由于
缺乏正确的勘察设计和选址规划等，在大部分经过短暂运营后都停办或放弃。

表1 我国仍在运行的潮汐电站[9]
电站名称
建
成年代
装机容
量/kW
年发电
量/MWh
设计
水头/m
机
组数
运
行方
式
浙江-江夏
198
032005860 3.05
双
向发
电
浙江-海山
197
5150120 1.22
双
向发
电
山东-白沙口
197
89601000 1.26
单
向发
电
其中，江夏潮汐电站为目前中国已建设的最大潮汐电站，并位居全球第四[8]。

表2 代表性潮汐电站年发电量[8]
电站名称
国
家
平
均潮差
库
容面积
/km2
实际装
机/MW
涡轮
机效率
年发
电量/GWh
朗斯
法
国
8.5
22.
5
2400.33533
安那波利斯
加
拿大
6.46200.250
江夏
中
国
5.1
1.3
7
3.20.2 5.86
施华湖
韩
国
5.6432540.4553
5.2 无水库式潮汐发电国内外发展现状
中国研发了世界上第一台输出功率为70kW的漂浮型潮汐能试验电站。

另外，中国研发出了40kW的海底固定式垂直轴潮汐发电装置。

日前中国正在研发250kW
水上浮动式垂直轴潮汐发电装置。

5.3 潮汐能电站发展趋势分析
5.3.1水库式电站向更大规模装机发展
因固有缺陷，各国对建设潮汐电站都较谨慎。

同时，更大的装机规模具有更
高的经济性。

为此，部分发达国家已经启动了更大装机规模的潮汐电站建设研究。

5.3.2 环境友好型技术成为新研究方向
潟湖发电、海湾内外相位差发电技术等正在形成为潮汐发电技术最新的发展
领域。

此外澳大利亚还研究了利用半岛或海峡等自然海岸形态对潮汐的迟滞影响
进行发电等。

6.我国潮汐发电的发展瓶颈
目前，尽管我国正大力倡导开发新能源，但潮汐能的开发仍存在诸多限制，
主要如下[4]：
地理条件要求高。

电站选择应根据海湾、河口的自然构造，并研究这些区域
是否具有潮汐发电的能力。

发电成本较高。

电站的运行技术水平低使得潮汐发电连续且波动而导致了上
网电价高。

进出水建筑物结构复杂建设成本高。

材料技术水平限制。

海水中的金属盐成分及海洋生物的附着会腐蚀发电设备。

政策支持力度不足。

政府扶持力度不够。

因建造潮汐发电站的占地面积较大，如果工程和其他项目冲突，政府通常会优先选择经济效益比较项目[10]。

破坏了生态环境，影响海湾水动力。

7.我国潮汐发电的发展展望
进一步发展我国潮汐能资源开发的经济性、生态效益和社会效益，可以从如
下几个方面加以展望：
做好先期规划工作，在电站建设前充分论证其可行性，以节省不必要的投资。

按照实际的经验总结规律，提出合理的使用办法，研究科学合理的运行方案，使设备以更高的效率、更低成本运行。

加快我国材料工艺的发展，减轻设备维护的成本。

优化政策环境，对潮汐电站的选址建造、硬件设施的引进等给予优先政策保障，对潮汐能电给予优惠补贴。

积极开拓潮汐电站的其他业务，分担潮汐电站建造成本。

尽管目前面临着诸多困难，但由于社会经济与技术的不断进步与地方政府的
积极引导，潮汐电站的发电成本将会逐步下降，而且所产出的电力效率也会愈来
愈好，因此潮汐发电的商品化运用将于不久的将来完成。

8.结语
潮汐能具有巨大的开发前景，合理利用潮汐能，不仅能减少环境污染问题，还能减轻能源短缺的压力。

当前推行能源的多样化、可持续化是必然趋势，利用潮汐能满足低碳经济的建设要求，在能源结构转型中处于关键位置，且对近海和岛屿经济开发、生态环保以及海洋国防建设有着非常重大的战略意义。

参考文献
[1]谢秋菊，廖小青，卢冰，陈晓华.国内外潮汐能利用综述[J].水利科技与经济，2009，15(08):670-671.
[2]张浩东.浅谈中国潮汐能发电及其发展前景[J].能源与节能，2019，(05):53-54.
[3]李慧，郝嘉凌，陶爱峰，王懿.中国潮汐能利用现状研究[A].中国海洋工程学会.第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C].中国海洋工程学会:中国海洋学会海洋工程分会，2013:753-755
[4]李晓超，乔超亚，王晓丽，谢威威，张浩，郑建喆.中国潮汐能概述[J].河南水利与南水北调，2021，50(10):81-83.
[5]李晨晨.潮汐能发电技术与前景研究[J].科技创新与应用，2015，(02):128.
[6]张斌.潮汐能发电技术与前景[J].科技资讯，2014，12(09):3-4.
[7]张浩东.浅谈中国潮汐能发电及其发展前景[J].能源与节能，2019，(05):53-54.
[8]薛碧颖，陈斌，邹亮.我国海洋无碳能源调查与开发利用主要进展[J].中国地质调查，2021，8(04):53-65.
[9]石洪源，郭佩芳.我国潮汐能开发利用前景展望[J].海岸工程，2012，31(01):72-80.
[10]刘邦凡，栗俊杰，王玲玉.我国潮汐能发电的研究与发展[J].水电与新能源，2018，32(11):1-6.。