潮汐发电原理与潮汐发电站形式

2011年08月

科教纵横

浅析潮汐发电原理与潮汐发电站形式

文/戴俊

摘 要：随着世界能源的日益紧张，潮汐发电成为一种新能源的来源，受到世界各国的重视。潮汐发电技术日趋成熟，在法国，英国等国家建造了不同类型和大小的潮汐发电站。实践探索和理论知识结合并用，使得潮汐发电技术发展日益迅速。本文主要介绍了潮汐发电原理，潮汐发电站的形式等。

关键词：潮汐；潮汐发电；潮汐发电站；海洋能源利用

中图分类号：TV744 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）08-0215-02

技能大赛是把企业的实际问题作为大赛的参赛项目，由参赛的学生通过对物流方案的独立分析和思考，提出创新性的解决方案并予以落实、实践。学习、了解了企业先进的案例，加强了对企业的了解，实现了既是参赛，也是实习实践的目的，能为学生下一步的就业做好充分的准备。

1、积极举办校内技能大赛。北京现代职业技术学院从成立之日起每年举办学生技能大赛。物流管理专业根据本专业特点、学生情况、现有实训教学条件、周边经济环境、校企合作企业条件，开展适合学生参与的各种形式的比赛，取得了良好的效果。在摸索中逐渐形成适合于高职高专学生的比赛形式，比如知识竞猜、方案设计、物流软件操作、物流设施设备操作、物流企业整体方案设计等；既有个人形式、又有小组团队协作形式。最大程度的挖掘学生潜能、最有效的测评学生的动手操作能力。

2、积极参加北京市比赛。每年都从校内技能大赛获奖的学生中选出优秀的代表，参加北京市举办的市级物流技能大赛。这对指导教师和参赛学生提出了更高的要求。更高水平的大赛形式、陌生的参赛环境、更强有力的竞争对手，给学生更大的挑战。积极备战、准备方案、加强团队合作和协同努力，积极备战。在比赛的过程中，调动了团队成员的所有资源和才智。在近两年的参赛中，北京现代职业技术学院团队在比赛中取得了成绩。

高职院校加强实训课程改革和建设，是经济环境的需要，是学生就业的需要、是新教育模式的需要，是高职院校自身发展的需要。“工学结合、校企合作、顶岗实习”，带动高职院校物流专业的教学改革和创新，加强实训教学势在必行。

作者单位：北京现代职业技术学院作者简介：张婷婷（1981.10— ），女，汉，山西省，供职：北京现代职业技术学院，助教，管理学学士，物流管理方向；杨欢欢（1985.08— ），女，汉，湖北，北京现代职业技术学院，管理学硕士，物流管理方向。

全世界海洋能的总储量，约为全球每年耗量的几百倍甚至几千倍。这种海洋能是取之不尽，用之不竭的新能源，在不远的将来，海洋能在造福人类方面，将发挥巨大而重要的作用。潮汐现象是海水在一定时间内作有规律的涨落运动，是由于月亮、太阳对地球上海水的吸引力和地球的自转而引起海水周期性、有节奏的垂直涨落现象。海水白天涨落叫“潮”，晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，就把大量的海水的动能转化为势能；在落潮的过程中，海水又奔腾而去，水位逐渐降低，大量的热能又转化为动能。海水在涨落潮运动中所包含的大量动能和势能，称为潮汐能。海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大，潮汐能也越大。潮汐涨落形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮差[1]。

一、潮汐的发电原理

由于电能具有易于生产，便于传输，使用方便，利用率高等一系列优点，因而利用潮汐的能量来发电目前已成为世界各国利用潮汐能的基本方式。潮汐发电就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机发电。其发电原理与一般的水力发电原理差别不大。不过，一般的水力发电的水流方向是单向的，而潮汐发电则不同。从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把潮汐的动能和位能通过水轮机转变成机械能，然后由水轮机带动发电机，把机械能转变为电能。如果建筑一条大坝，把靠海的河口或海湾隔开，造成一个天然的水库，在大坝中间留一个缺口，并在缺口中安装上水轮发电机组，那么在涨潮时，海水从大海通过缺口流进水库，冲击水轮机旋转，从而带动发电机发电；而在落潮时，海水又从水库通过缺口流入大海，又可以从相反的方向打动发电机组发电。这样，海水一涨一落，电站就可源源不断地发电，潮汐发电的原理见下图[2]。

涨潮时发电示意图：

落潮时发电示意图：

二、潮汐能发电站的形式

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2011年08月科教纵横

二、潮汐能发电站的形式

由于潮汐电站在发电时贮水库的水位和海洋的水位都是变化的（海水由贮水库流出，水位下降，同时，海洋水位也因潮汐的作用而变化）。因此，潮汐电站是在变功况下工作的，水轮发电机组和电站系统的设计要考虑变功况，低水头、大流量以及防海水腐蚀等因素，远比常规的水电站复杂，效率也低于常规水电站。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种。

1、单库单向电站：这种发电站仅建造1个水库调节进出水量，来满足发电要求（如图）。一般在连接海湾的河口修建水坝使河口内形成水库。在涨潮时使海水进入水库；落潮时则让海水通过大坝里的涡轮电机向海湾泄水，从而发电。这种电站修建容易，但不能连续发电。

在整个潮汐周期内，电站的运行按下列4个工况进行：（1）充水工况：电站停止发电，开启闸门，潮水经闸门和水轮机进入水库，至水库内水位齐平为止。（2）等候工况：关闭闸门，水轮机停止过水，保持水库水位不变，外海侧则因落潮水位下降，直到水库内外水位差达到水轮机组的启动水头。（3）发电工况：开动水轮发电机组进行发电，水库的水位逐渐下降，直到水库内外水位差小于机组发电所需的最小水头为止。（4）等候工况：机组停止运行，水轮机停止过水，保持水库水位不变，外海侧水位因涨潮而逐渐上升，直到水库内外水位齐平，转入下一个周期。

2、单库双向式。单裤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，但不管是潮涨还是落潮均在发电。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。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；二是建造适用于水流变向的流通结构，如图所示便是其中的一种。

由于单库双向发电站在涨潮，落潮过程中均能发电，因此，每日发电时间延至14—16小时，较充分地使用了潮汐能量，电站效率可提高至34%。

3、双库（高，低库）式。这种潮汐发电方式需要建造毗邻水库，一个水库设进水阀，仅在潮水位比水库内水位高时引水进库；另一个水库设泄水阀，仅在潮水位比枯内水位低时泄水出库。其电站布置如图所示。这样，前一个水的水位始终较后一个水库的水位高。故前者称为高位水库，后者称为低位水库，高位水库和低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断地发电。（如图示）

潮汐电站的建造有许多设计方案，采用何种形式最佳，要根据当地湖型，潮差，地形条件，电力系统负荷要求，发电设备，建造材料和施工条件等技术指标进行选择。

三、潮汐能的计算

所谓潮汐能，是指潮汐涨落所具有的位能和动能，潮汐所含的能量是十分巨大的，潮汐能的大小直接与潮差有关，潮差越大，能量就越大，由于深海大洋中的潮差一般较小，因此，潮汐能的利用主要集中在湖差较大的浅海，海湾和河口区。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[3]。在潮差较大的海湾入口或河口筑堤构成水库，在坝内或坝侧安装水轮发电机组，利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差来驱动水轮机发电机组发电。潮汐电站的实际装机容量和发电量，一般用一下经验公式计算：

1、单向潮汐电站

装机电量：P=200×H×2S （4—1）

年发电量：E=0.4×106×H×2S （4—2）

式中：P—装机电量。E—年发电量。H—平均潮差（m）。S—水口面积（m2）

2、双向潮汐电站

装机电量：P=200×H×2S （4—3）

年发电量：E=0.55×106×H×2S （4—4）

式中：P—装机电量。E—年发电量。H—平均潮差（m）。S—水口面积（m2）

四、开发潮汐能发电的条件

潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。利用潮汐发电必须具备的条件：1、潮汐的幅度必须大，至少要有几米；2、海岸地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。3、一般说来，平均潮差在3m以上才具有实际应用价值。理想的潮电站址要求地基稳定、地震烈度低于6度、潮差大、风浪小、陆域海域来沙少、水库淤积轻微、海湾腹大口小、工程量小等条件。湾中湾、河口湾是理想的地貌位置，

结束语：本文对潮汐发电原理，潮汐发电站形式进行了简要分析。由于海洋是一个巨大的能源宝库，且这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。从发展趋势来看，海洋能源必将成为沿海国家，特别是那些发达的沿海国家的重要能源之一。因此，人类应将大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等合理开发利用。 作者单位：重庆交通大学参考文献：

[1]邹志利.海岸动力学[M].人民交通出版社.2004.

[2]褚同金.海洋资源开发利用[M].化学工业出版社,2005.

[3]Sonal Patel.海洋能源的利用和开发[J].《上海电力》,2009.