潮汐能发电的现状和前景

潮汐能发电的前景
0前言
能源对经济的发展有着举足轻重的作用,煤、石油、天然气等属不可再生的能源。

随着世界经济的发展,能源需求也不断增长,世界各国都在寻求新能源,希望新能源既是可再生的又能避免像煤、石油、天然气等能源带来的环境污染问题。

开发利用洁净的新能源是解决能源问题及环境问题的出路,
海洋被认为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。

从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用。

潮汐能作为洁净的、可再生的新能源,受到广泛的重视。

世界海洋潮汐能蕴藏量约为27 亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kWh。

1潮汐能发电概念
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。

现代潮汐能的利用，主要是潮汐能发电。

潮汐能发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。

潮汐能发电与普通水力发电原理类似，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，从而潮汐能发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。

利用潮汐能发电必须具备两个条件：首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米；第二海岸地形必须能储蓄大量海水。

由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐能发电出现了不同的型式，例如：○1单库单向型，只能在落潮时发电。

○2单库双向型，在涨、落潮时都能发电。

○3双库双向型，可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。

2潮汐能发电的特点
人类很早就会利用潮汐能,900年前,我国泉州建洛阳桥时就是利用潮汐能搬运石块,在15～18 世纪,法国英国等曾在大西洋沿岸利用潮汐推动水轮机。

但利用潮汐能发电是始于20世纪50 年代,加拿大、法国、俄国和中国都建有潮汐发电站[1]。

经估算,全世界可开发利用的潮汐潜能为8亿kW,与可开发利用的40亿kW河川工程潜能和无限核能相比较低[2],但潮汐发电具有很多得天独厚的优点。

潮汐能发电的优点:潮汐能属于可再生资源,蕴藏量大,运行成本低;潮汐能发电对于环境影响小,发电不排放废气废渣废水,属于洁净能源;潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的,不占用耕地,也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地;潮汐能发电不受洪水、枯水期等水文因素影响;潮汐电站的堤坝较低,容易建造,投资也较少。

潮汐能发电优点很多,但也有其薄弱之处,如机电设备常与海水、盐雾及海生物接触,有防腐,防污等特殊要求;随着潮汐的涨、落,能量亦有起、伏变化,影响发电、供电质量。

同时潮汐电站也存在一些环境影响问题:潮汐电站不但会改变潮差和潮流,还会改变海水温度和水质;拦潮坝会对地下水和排水等带来不利影响,并会加剧海岸侵蚀;潮汐电站还会影响鸟类生长环境及种群的生存,另外由于水轮机的运转可能会导致鱼类死亡,并会妨碍溯河产卵的鱼种的溯游,因此潮汐电站也对鱼类有着潜在影响。

随着科学技术水平的提高,这些问题将不断地解决。

对于环境影响问题,可以采取一定的措施使这些不利影响降到最低程度。

就全世界而言,潮汐能源的开发利用程度还很低。

目前制约潮汐能发电的因素主要是成本因素,到目前为止,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,由于潮汐能巨大的蕴藏量和潮汐能发电的许多优点,随着潮汐能发电技术的成熟,潮汐电站的建设将出现新的发展势头。

3国外潮汐能利用情况
世界上潮汐能资源较丰富的国家几乎都在进行开发利用研究,尤以法国、英国、美国、加拿大等国开展较早。

1966 年,法国在朗斯河口建成朗斯潮汐电站,该站址潮差最大13·4m , 平均8 m。

单库面积最高海平面时为22km2,平均海平面时为12 km2。

大坝高12 m ,宽25 m ,总长750 m。

坝上有公路沟通朗斯河两岸,是第一个商业化电站,也是世界上最大的潮汐发电站, 其发电量 5.44亿
kWh[3]。

继法国之后,前苏联在巴伦支海建成基斯洛潮汐电站,其设计总装机为800 kW(现装机400 kW) 。

1984 年加拿大在芬地湾建成了取名为安那波利斯的潮汐发电站,装机容量 5 ×104kW(其中装有一台容量为2 ×104 kW的单向全贯流水轮发电机组) 。

芬地湾是世界上潮汐能最大的地方,那里的海潮最高时达到18 m ,相当于6 层楼房的高度[4]。

英国、韩国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万kW的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究。

最近几年,潮汐能的开发研究仍在进行。

4我国的潮汐能资源
我国大陆海岸线长达1.8×104km，据全国沿海普查资料，全国有近200个海湾、河口可开发潮汐能，可开发的潮汐能年总发电量达600亿kWh，可装机总容量可达20GW。

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，自然环境条件优越的坝址，如钱塘江口，最大潮差7.5m，据估计能建5000MW 级潮汐电站有上海的长江口北支，最大潮差6m，具有建造700MW 级潮汐电站的潜力。

5我国的潮汐电站现状
我国是世界上建造潮汐电站最多的国家，先后建造了几十座潮汐电站，但由于各种原因，目前只有8个电站在正常运行发电，总装机容量为6000kW，年发电量1000多万kWh，仅次于法国、加拿大[5]。

世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，其装机容量为24万kW，年均发电量为5.44亿kWh。

相比之下，我国的潮汐电站规模较小，江夏潮汐试验电站是我国已建成的最大的潮汐电站。

双向贯流式机组6台，总装机容量3200kW，年发电量600万kWh。

规模仅次于法国郎斯洛潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯洛潮汐电站，居世界第三。

中国主要潮汐电站请见表1。

6潮汐电站的环境影响
潮汐电站不但会改变潮差和潮流，还会改变海水温度和水质，改变程度的大小取决于电站规模与地理位置。

拦潮坝对水库区生态既有有利影响，也有不利影响。

如它会为水产养殖提供适宜的条件，但同时也会对地下水和排水等带来不利影响，并会加剧海岸侵蚀。

潮汐电站会影响鸟类生长环境及种群的生存，另外由于水轮机的运转可能会导致鱼类死亡，并会妨碍溯河产卵的鱼种的溯游，因此潮汐电站也对鱼类有着潜在影响。

因此必须对待开发的坝址进行环境影响研究，将这些不利的影响减小到最小的程度。

7结语
目前制约潮汐能发电的因素主要是成本因素，到目前为止，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能发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐能发电的研究和试验。

潮汐能发电是一项潜力巨大的事业，经过多年来的实践，在工作原理和总体构造上基本成型，可以进入大规模开发利用阶段，随着科技的不断进步和能源资源的日趋紧缺,潮汐能发电在不远的将来将有飞速的发展，潮汐能发电的前景是广阔的。

海洋占地球面积的71%，它接受来自太阳的辐射能比陆地上要大得多.
根据联合国科教文组织提供材料表明，全世界海洋能的可再生量从理论上
说近800亿千瓦，浩瀚的大海蕴藏着巨大的可再生能源，包括波浪能、海流能、潮汐能、温差能、盐差能等。

在诸多形式的海洋能中，其中海洋潮汐能量含量巨大，且目前开发技术比较成熟、开发历史较长和开发规模较大者，也当属潮汐能。

它是最具有开发潜力的新能源之一。

海洋潮汐能是由于太阳、月球和地球相对位置不断改变及地球自转在一昼夜中地表各处受太阳、月球引力的合力不断改变，导致海水周期性地涨落的现象。

海水潮汐能的大小随着潮差而变化，潮差越大潮汐能也越大. 像加拿大的芬迪湾、法国的塞纳河口、印度和孟加拉国的恒河口以及我国的钱塘江都是世界上潮差较大的地区。

现代潮汐能的利用，主要是潮汐能发电。

潮汐能发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。

1 潮汐发电的基本原理
潮汐能是月球和太阳等天体的引力使海洋水位发生潮汐变化而产生的能量。

潮汐能利用的主要方式是发电。

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（图1）。

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。

利用潮汐能发电必须具备两个条件首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米;第二海岸地形必须能储蓄大量海水。

由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐能发电出现了不同的型式，例如: ①单库单向型，只能在落潮时发电。

②单库双向型，在涨、落潮时都能发电。

③双库双向型，可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。

在单向方式中水头变化范围较小，平均工作水头略高，这样可以减少水轮机的数量和尺寸，从而减少潮汐电站的投资；而在潮差较小、海湾条件允许的电站，采用双向工作比较有利。

2 潮汐电站的技术关键
潮汐能属于可再生资源，蕴藏量大，运行成本低。

对于环境影响小，发电不排放废气废渣度水，属于洁净能源。

潮汐电站由7 个基本部分组成：潮汐水库；堤坝；闸门和泄水道建筑；发电机组和厂房；输电、交通和控制设施；航道、鱼道等。

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等。

近50 年来，工程技术人员一直致力于将潮汐发电形成工业规模的研究，其技术关键在于设计出适应海水腐蚀的涡轮机。

另一项关键措施———
浮云法施工技术的推广避免了在很深的水中及在易遭受风暴潮威胁的坝址
修建昂贵且复杂的围堰，从而使工程造价降低了25%~38%。

下面为潮汐电站水轮发电机组的关键技术
2. 1水轮机水力设计技术
潮汐电站利用水头低，潮差变化大，水头变动频繁，这些都给水轮机
的水力设计带来一些困难。

另外，许多潮汐电站运行工况复杂、转换频繁
，如不仅要求正反向发电，还要求正反向抽水、正反向泄水，这更增大了
水轮机水力设计的难度。

因此，要根据电站实际情况和用户具体要求，应
用现代CFD技术，权衡协调各种工况的要求和性能，设计出综合效率高、过流量大、空化性能好的转轮及流道。

对多种工况运行的转轮而言，通常只
要求正向发电和反向抽水运行的高效率，不追求反向发电和正向抽水运行
时的效率。

2．2大型全贯流式水轮发电机的关键技术
全贯流式水电机组在潮汐电站中有广阔的应用前景。

应针对大型全贯
流式水电机组进行专项研究。

特别要对大型全贯流式水电机组的特殊关键
问题，如水密封技术、机组动态稳定性问题等，开展专题调查和研究。

2．3海水腐蚀防止技术
潮汐电站水电机组部件长期浸泡在海水中或处于盐雾弥漫的空气中，这不
但对结构中的金属要产生严重的腐蚀作用，产生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐
蚀，而且对机组中的电气元器件及绝缘也要产生很大的影响。

在潮汐电站
机组中，防止海水腐蚀的主要措施有以下几种。

a．合理选择材料，关键金属部件
b．涂敷耐海水腐蚀涂料。

C．采用阴极保护技术。

d．发电机防海水腐蚀技术。

另外，发电机的电刷装置必须能在泄水工况下举起，否则滑环表面会在很
短时期内产生铜绿，腐蚀滑环。

2．4防海生物附着技术
海水中的海生物容易附着在金属结构表面，影响过流部分的过流条件，影
响机组出力，降低运动部件的灵活度。

海生物的附着力极强，清除非常困难。

法国朗斯电站24台机组每年要清除约1t的海生物附着物，花费60万法郎。

潮汐电站机组中防海生物附着主要采用两种方法。

一是过流表面涂敷
能杀死海生物的涂料i二是电解海水，产生毒性氯离子，抑止海生物附着。

前苏联基斯洛电站研究出一种含有能杀死海生物组份的浆科，涂敷过流表面，同时从海水中制取氯离子，输送至流道表面，驱除污着物的幼虫。

这
两种措施，双管齐下，能保证1 O多年流道内无海生物附着。