潮流能发电及潮流能发电装置.(DOC)

潮流能发电及潮流能发电装置

戴庆忠

摘要 潮流能发电是利用潮汐动能的一种发电方式。由于潮流能发电不需要筑坝 拦水，具有对环境影响小等许多优点。因此，近年来潮流能发电引起许多国家 重视，潮流能发电技术发展很快。本文从分析潮流能的特点入手，介绍了国内外潮 流能发电的近况，重点介绍目前出现的各种潮流能发电装置，包括水平轴潮流能水轮 机、竖井潮流能水轮机、振荡水翼式潮流能装置等。

关键词 潮汐 潮流能 潮流能水轮机 潮流能发电

1 前言

1.1 潮流能的特点

潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。而潮流能发电则是直接利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电。 众所周知，潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象。潮汐现象伴随两种运动形态：一是涨潮和落潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即潮流。前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。可以说，两者是与潮汐涨落相伴共生的孪生兄弟。对前者，可以采用类似河川水力发电的方式，筑坝蓄水发电；而对本文所介绍的潮流能，可以采用类似于海流发电方式，利用潮流的动能发电。

与常规能源比较，潮流能有以下特点：

(1) 潮流能是一种可再生的清洁能源。

(2) 潮流能的能量密度较低(但远大于风能和太阳能)，但总储量较大。

(3) 与海流能不同，潮流能是一种随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循， 并可提前预测预报。

(4) 潮流能发电不拦海建坝，且发电机组通常浸没在海中，对海洋生物影响较小，也不 会对环境产生三废污染，不存在常规水电建设中头疼的占用农田、移民安置等诸多问题。

(5) 与陆地电力建设相比，潮流能开发环境恶劣，一次性投资大，设备费用高，安装维 护和电力输送等都存在一系列关键技术问题。

1.2 潮流能水轮机输出功率的计算

潮流能机组输出功率的计算公式为： P=ηρ23

AV

式中 P ——功率，W

ρ——海水密度，1025kg/m 3

A ——潮流水轮机转子扫掠面积，m 2

V ——潮流速度，m/s

η——效率

从上述可以看出，潮流能机组的输出功率很大程度决定于潮流速度。一般来说，潮流 速度大于1m/s 的海域即有开发价值。

1.3 世界潮流能储量及分布

潮流能主要集中在近海浅水海域，特别是海峡、水道和湾口处。根据联合国科教文组

织估计，世界可开发利用的潮流能总量约为３亿kW。世界上潮流能储量丰富的地区包括中国、英国、日本、韩国、新西兰和加拿大等地区。

1.3.1国外潮流能丰富的地区

英国威尔士的Pembrokeshire海域

英国威尔士与英格兰间的赛文河(Severn)

新西兰的Cook海峡

新西兰的Kaipara港口

加拿大的芬地(Fundy)湾

美国的东河(East River)

美国旧金山的金门海峡

美国新罕布夏州的Piscataqua河

英国Channel 岛的Aldemey水道和Swinge水道

英国苏格兰Islay与Jura 之间的艾拉(Islay)海峡

英国苏格兰Caihness岛与Orkney岛之间的Penlland峡湾

美国加州的Humboldt县

美国-墨西哥间的墨西哥湾

韩国全罗南道海域

日本濑户内海，特别是来岛海峡

日本北海岛与本岛之间的津轻海峡

1.3.2中国潮流能储量及其分布

中国潮流能十分丰富。根据对130个水道统计，理论平均功率为13948.2MW。按海区分，以东海沿岸最多，有95个水道，理论平均功率为10958.15MW，占全国总量的78.6%，其次是黄海沿岸(12个水道，2308.38MW)。南海沿岸较少(23个水道，681.99MW)。按省区分，以浙江省沿岸最多(37个水道，7090.28MW)，占全国一半以上，其次是台湾、福建、山东和辽宁。中国沿海潮流能密度较高的水道有：杭州湾北部(28.99kW/m2)、舟山金塘水道(25.93 kW/m2)、舟山龟山航道(23.89 kW/m2)、舟山西侯门水道(19.08 kW/m2)、渤海海峡老铁山北侧(17.41 kW/m2)、福建三都沃三都角西北部(15.1 kW/m2)、山东北隍城北侧(13.69 kW/m2)、长江口北港(10.30 kW/m2)，以及台湾澎湖列岛渔翁岛西南(13.69 kW/m2)。特别是舟山群岛，许多地方潮流速度达到4m/s以上，世界罕见，开发环境和条件很好，适宜建设大型潮流电站。

2国内外潮流能发电现状

2.1国外潮流能发电的研究及开发

人类对潮流现象的观察、认识由来已久。但是，基于各种原因，直到1970年代，人类才开始研究潮流能的利用问题，近年来才开始重视潮流能发电的开发及规划建设问题。

美国是世界上最早开展海流发电研究的国家之一。1973年美国首先提出在佛罗里达海域采用“科里奥利斯”巨型海流发电装置发电的案，该方案为一种管道形水轮发电机，机组长110m，管道口径170m，装置布置在水平面以下30m处，当海流速度为2.3m/s时，可以发电83MW；1985年，美国在佛罗里达的墨西哥湾进行了2kW海流水轮机试验。同年美国UEK 公司设计制造了一台20kW的发电装置，在纽约市东河吊桥上进行了潮流能发电试验。2002年，美国绿色能源(Verdant Power)公司启动了RITE(Roosevelt Island Tidal Energy)工程，工程在纽约东河中进行。该项目分三个阶段：2002年～2006年为模型测试阶段；2006～2008年为示范验证阶段；2009～2012年，在东河中安装30台水下潮流发电机组，向电网输