[物理]潮汐现象研究

二、潮汐现象的假设
凡是到过海边的人们，都会看到海水有一种周期性的涨落现象：到 了一定时间，海水推波逐澜，迅猛上涨，达到高潮；过后一些时间，上 涨的海水又自行退去，留下一片沙滩，出现低潮。如此循环重复，永不 停息。海水的这种运动现象就是潮汐。到了17世纪80年代，英国科学家 牛顿发现了万有引力定律之后，提出了潮汐是由于月亮和太阳对海水的 吸引力引起的假设，科学地解释了产生潮汐的原因。
睫，我国至今开发的潮汐能很少，潮汐能作为一种清洁可再生能源，开 发潜力巨大。 （1）潮汐发电的原理
潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似, 它是利用潮水的 涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。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 轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。具体地说, 就是在有条件的 海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房, 将海湾(或河口)与外海隔开围 成水库, 并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。海洋潮位周期 性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节, 使水库 内水位的变化滞后于海面的变化,水库水位与外海潮位就会形成一定的 高度差(即工作水头),从而驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看, 就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。由于 潮水的流动方向是不断改变的, 因此就使得潮汐发电出现不同的类型, 即单库单向型、单库双向型和双库单向型3种。 （2）潮汐发电的现状和应用前景
XXXXX中学 研究性学习论文
课 题 潮汐现象研究
年 级 高一年级
班 级 XXXX班
学生姓名
XXXXXX
指导教师 XXXXXX
XXXX年XX月
一、潮汐现象
潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产 生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方 向的流动称为潮流。
据1974年能源会议统计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有30亿,可供 开发的约占2%，即约400万。全球电力市场在2000年已达8000亿美元并 继续呈上升趋势，但是，仍有2亿人的用电需求得不到满足，发展中国 家的用电量以每8年翻一番的速度在增长。在满足用电需求的同时，降 低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，开发新型环保电站迫在眉
三、潮汐的分类
事实上潮汐有多种，就海洋潮汐而言，就有根据太阳、月亮、地球 排列位置分的“大潮”和“小潮”；根据月球与地球距离分的“近地 潮”和“远地潮”；根据引潮力方向分的“顺潮”和“对潮”。
以一昼夜高、低潮出现次数的不同又可分为以下几类：半日潮，是 指一昼夜内出现两次高潮和两次低潮；全日潮，是指一昼夜内只有一次 高潮和一次低潮；混合潮，是指一个月内有些日子出现两次高潮和两次 低潮，有些日子出现一次高潮和一次低潮。所以潮汐现象不仅仅是一昼 夜中海水的两涨两落现象。
发总装机容量为2179万，年发电量624亿，容量在500以上的站点共191 处,可开发总装机容量为2158万。20世纪90年代，在化石能源消耗殆 尽、关切减缓温室效应、减少环境危害影响的驱动下，各国都总结潮汐 电站运行的经验，论证其综合效应及采用新技术，实行鼓励新能源和绿 色能源开发的政策以降低潮汐电站成本，于是又掀起了新一轮开发潮汐 电站的热潮。可以说，潮汐发电前景广阔。
①海洋潮汐能的开发现状 潮汐能发电是利用海水涨、落潮的能量转变为电能。潮汐能发电是 在海洋能中发展最早、规模最大和技术最成熟的一种。19世纪末和2O世 纪初人们就开始研究利用潮汐发电，1913年法国建成了世界第一座实验 性潮汐发电站。目前世界上潮汐发电的设备日臻完善、技术日趋成熟， 将潮汐发电于电网并网的经济可行性得到证明，美国、日本和英国等国 家正积极建设经济性完好的大型潮汐发电站。我国海洋能开发已有近几 十年的历史，迄今已建成潮汐电站8座，但是现有潮汐电站整体规模和 单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站。自1985年起，华东地 区的浙江、福建对几个万千瓦级潮汐电站址进行了考察、勘测和规划设 计并做了可行性研究等大量的前期准备工作。由于技术水平方面的原 因，目前我国现仍停留于小型潮汐电站水平上，尚不能制造新型5000以
性力是，同样对于地球上任意方位的海以海水的引潮为：。
海水的引潮力在、轴上的分力分别为：
，
①
，
②
，
所以，，
又因为，
所以，.
③
根据泰勒级数：，
所以.
整理得：. ④
由②④两式得月球对海水的引潮力有：
，
，
所以，.
（2）太阳对海水的引潮力公式 同理，太阳对海水的引潮力有： ， ， .
上适于潮汐发电的高效能机组，从而使潮汐发电的单千瓦造价仍略高于 常规能源。目前存在的关键问题是：中型潮汐电站水轮发电机组技术问 题没有完全解决；水轮发电机组尚未定型标准化；海水工程建筑物的施 工技术还比较落后。如果解决了这些问题，潮汐能将是一个重要补充能 源。
② 潮汐发电开发意义和应用前景 我国幅员辽阔，但能源资源并不丰富，且人均资源占有率低。中国 人口占世界的20%，而已探明的煤炭储量只占世界的11%，原油占2.2%， 天然气占1.2%；人均煤炭资源为世界平均值的42.5%，人均石油资源为 17.1%，人均天然气资源为13.2%，人均能源资源占有量不到世界平均水 平的50%。伴随着中国经济的快速增长，中国的能源储量与未来几十年 的发展需求之间的缺口将越来越大。目前国内能源缺口量约1亿标准 煤，2030年约为2.5亿标准煤。按照专家的估算我国煤炭剩余可采量为 1900亿，可供开采不足百年；石油剩余可采量为23亿，可供开采不足20 年；天然气剩余可采量为6310亿，可供开采不足40年。在我国能源的品 种构成中，优质能源比例很低。目前，煤炭消费量已经占我国一次能源 消费总量的75%以上，相当于世界同类平均值3倍。煤烟型污染成为我国 大气污染的主要部分，燃煤电厂排放的二氧化硫和氮氧化物是造成酸雨 的主要原因。2005年我国二氧化碳排放量占全球总量的18%，居全球第 二，并呈增长趋势。专家预测，不久以后我国二氧化碳排放量将超过美 国居全球第一，成为全球最大的温室气体排放国。如何在经济发展的同 时，抑制住矿物能源消耗的急剧增长，对我国将是严峻的考验。潮汐能 是一种不会给未来地球人类带来污染和灾难的能源，在有条件利用潮汐 能的沿海国家和地区,建设潮汐电站不失为缓解能源危机的一种有效方 案。 我国的海域辽阔、海岸线长，大陆海岸线长达18000，加上6500多个 海岛的岸线，岸线长度在32000以上。据对全国可开发装机容量200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，可开
四、引潮力
地球在绕着太阳高速运动的同时，也绕着地球的轴在自转，所以地 球是一个非惯性系。在非惯性系中，存在一个惯性力。随着地球的自转 而旋转的海水，一方面受到惯性力的作用，同时也受到月球对海水的万 有引力的作用。月球对海水的万有引力跟月球距海水的距离有关，致使
月球对海水的引力不均匀，所以不同处海水受到的惯性力与月球对海水 的万有引力的合力就不同。我们把海水的惯性力与月球对海水的万有引 力的合力叫引潮力。
五、引潮力的计算
（1）月球的引潮力公式 以地月两球心的连线为平面坐标系的轴，垂直于地月连线的直线为
轴，以地心为坐标系的原点。则对地心有，其中为月球对地球的万有引 力，为地球的惯性力。由此式得：，式中、分别表示地、月两球的质 量，表示地月两球球心间的距离。
对于地球上任意处的海水来说，不论哪个方位的海水，其受到的惯
（3）月球和太阳对潮汐现象的影响 由月球、太阳的引潮力公式可知：月球和太阳对近月、近日一侧海
水的引大小分别为： ， 。
根据已知的数据： ，，，，
代入可得： 。
可见，月球的引潮力比太阳的引潮力大，月球对潮汐现象的贡献比 太阳的大。所以说月球对潮汐的大小起主要影响。
六、潮汐发电
潮汐能是一种洁净无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源。我国海岸 线漫长曲折，蕴藏着丰富的潮汐能资源。开发和利用潮汐能,进行潮汐 发电对于缓解我国能源危机具有重大意义。本文从潮汐形成的原因分析 了潮汐现象，介绍几种潮汐的应用，重点介绍了潮汐发电。在可支配的 资源日益匮乏的今天, 探索和开发潮汐发电, 是解决未来世界能源危机 的有效办法之一。