新能源与分布式发电技术04潮汐能与潮汐发电

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潮汐能发电
§4.3 潮汐发电原理和电站构成
和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低， 和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当 微水头发电的水平 的水平。 于微水头发电的水平。 世界上平均潮差（注意这个概念）的较大值约为13～15m。 世界上平均潮差（注意这个概念）的较大值约为 ～ 。 想想：我国的最大平均潮差会出现在哪里？ 想想：我国的最大平均潮差会出现在哪里？ 会出现在哪里 潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的， 潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致 相同。 相同。
平均潮差（ ）； 式中 H ——平均潮差（m）； 平均潮差 S ——水库平均面积（km2）。 水库平均面积（ 水库平均面积 教材中表7.5给出了面积为 给出了面积为1 的水库、落差为3～ 米时 米时， 教材中表 给出了面积为 km2的水库、落差为 ～10米时， 可供发电的最大功率。 可供发电的最大功率。
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§4.2.2.2 我国的潮汐能资源
据初步统计，全国潮汐能蕴藏量约为2.9 亿千瓦， 据初步统计，全国潮汐能蕴藏量约为2.9 亿千瓦，年发电量 潮汐能蕴藏量约为 可达2750 亿度。 可达2750 亿度。 中国新能源与可再生能源1999 白皮书》 《中国新能源与可再生能源1999 白皮书》资料显示我国可 开发潮汐能资源装机容量达2000 多万千瓦， 开发潮汐能资源装机容量达2000 多万千瓦，年发电量可 多亿度。 达600 多亿度。 教材中给出了1958 年潮汐资源蕴藏量的调查结果，表4.1 年潮汐资源蕴藏量的调查结果， 教材中给出了 和表4.2分别沿海各省 分别沿海各省、 和表 分别沿海各省、市、自治区和各主要河流的潮汐能 资源理论蕴藏量。 资源理论蕴藏量。 1982年可开发潮汐资源的调查，中国各省可开发利用潮汐 年可开发潮汐资源的调查， 年可开发潮汐资源的调查 能总装机容量如表4.3 所示。 所示。 能总装机容量如表
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§ 4.2.2 潮汐能资源及其分布
海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能称为潮汐能。 海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能称为潮汐能。 动能和势能称为潮汐能 很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能 动能称为潮流能， 很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能，而潮汐能 特指海水涨落形成的势能 涨落形成的势能。 特指海水涨落形成的势能。 在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的， 在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济 技术条件下最为现实的一种。 最为现实的一种 技术条件下最为现实的一种。
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§ 4.2 潮汐能资源
§ 4.2.1 潮汐的描述和分类
用于描述潮汐的各个要素如图所示。 用于描述潮汐的各个要素如图所示。
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§ 4.2.1 潮汐的描述和分类
海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环。 海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环。 潮汐循环 相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平 相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平 均周期。 均周期。 按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、 半日潮 按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、全 日潮和混合潮三种类型 三种类型。 日潮和混合潮三种类型。
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建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算： 建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：
单向发电时取0.40，双向发电时取 式中 a——单向发电时取 单向发电时取 ，双向发电时取0.55； ； 可用这个公式估算潮汐能蕴藏量和潮汐电站的年发电量。 可用这个公式估算潮汐能蕴藏量和潮汐电站的年发电量。 潮汐能蕴藏量
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§4.3.3 潮汐电站的水轮发电机组
根据水轮机的布置和结构型式， 根据水轮机的布置和结构型式，潮汐电站所用的水轮发电机 水轮机的布置 组有以下几类： 组有以下几类： 水轮发电机组。 （1）立轴定桨式水轮发电机组。 ）立轴定桨式水轮发电机组 水轮发电机组。 （2）轴伸贯流式水轮发电机组。 ）轴伸贯流式水轮发电机组 水轮发电机组。 （3）竖井贯流式水轮发电机组。 ）竖井贯流式水轮发电机组 水轮发电机组。 （4）灯泡贯流式水轮发电机组。 ）灯泡贯流式水轮发电机组 水轮发电机组。 （5）全贯流式水轮发电机组。 ）全贯流式水轮发电机组
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§ 4.1.2 人类对潮汐的早期利用
潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。 潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。 我国对潮汐能的利用最早 可追溯到1300多年前的唐朝。 对潮汐能的利用最早， 多年前的唐朝 我国对潮汐能的利用最早，可追溯到 多年前的唐朝。 宋代有巧用潮汐建石桥的工程实例（见教材引例故事） 潮汐建石桥的工程实例 宋代有巧用潮汐建石桥的工程实例（见教材引例故事） 6~7 世纪，我国就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物。 世纪，我国就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物。 就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物 近些年在山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。 山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨 近些年在山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。 中国最早的潮汐能水轮泵站（详见教材） 中国最早的潮汐能水轮泵站（详见教材）
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§4.2.2.1 世界潮汐能资源
联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为30 联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为 数据 亿千瓦，是目前全球发电能力的1.6 倍。估计技术上允许 亿千瓦，是目前全球发电能力的 利用的约1 亿千瓦。 利用的约 亿千瓦。 中国商业情报网的预测研究报告 数据有所差别，参见教材。 的预测研究报告， 中国商业情报网的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。 潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。 潮差有关 潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。 实践证明，平均潮差≥3m 才有经济效益，否则难于实用化。 才有经济效益，否则难于实用化。 实践证明，平均潮差
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§4.1 人类对潮汐的认识和利用
§ 4.1.1 人类对潮汐的认识
俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。 俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。 农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一条 农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一条 直线上，日月的引力方向相同，合力最大，形成大潮 大潮。 直线上，日月的引力方向相同，合力最大，形成大潮。 每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形 每月十五，日月在地球的两侧， 成大潮（想想：为什么？ 成大潮（想想：为什么？） 当太阳和月球对地成直角方向 直角方向时 当太阳和月球对地成直角方向时，太阳潮的落潮和太阴潮的 涨潮，二者共同作用，相互抵消，形成潮势较弱的小潮 小潮。 涨潮，二者共同作用，相互抵消，形成潮势较弱的小潮。 趣闻：我们和地心的距离也是变化的？ 趣闻：我们和地心的距离也是变化的？ 详见教材） （详见教材）
潮汐电站的构成： 潮汐电站的构成：
潮汐能电站是综合的建设工程，主要由拦水堤坝、 潮汐能电站是综合的建设工程，主要由拦水堤坝、水闸和发 拦水堤坝 电厂三部分组成 组成。 电厂三部分组成。 有通航要求的潮汐能电站还应设置船闸 船闸。 有通航要求的潮汐能电站还应设置船闸。
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§4.3.3 潮汐电站的水轮发电机组
新能源与分布式发电技术
制作人：朱永强, 制作人：朱永强, 许 郁, 丁泽俊
华北电力大学
§4 潮汐能与潮汐发电
关注的问题
潮汐能发电
潮汐是怎样形成的？ 人类从何时开始懂得潮汐能的利用，又是如何利用的？ 潮汐发电的原理是怎样的？ 潮汐电站什么样？ 潮汐发电有什么特点？ 潮汐发电的发展状况如何？ 教学目标 了解人类认识和利用潮汐历史， 了解或掌握潮汐资源的特征及其分布， 掌握潮汐发电的基本原理和潮汐电站的构成， 了解潮汐发电的发展应用情况。
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§ 4.1.2 人类对潮汐的早期利用
10 世纪左右，在波斯湾，人们开始以潮汐能为动力驱动水 世纪左右， 波斯湾， 车进行面粉加工。 车进行面粉加工。 面粉加工 11～12 世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿 ～ 世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊， 用到20 世纪。 用到 世纪。 英国至今仍保留着一个 世纪的潮汐磨， 至今仍保留着一个12 英国至今仍保留着一个 世纪的潮汐磨，碾谷子供游客参 观。 16 世纪，俄国沿海居民也使用过类似的潮汐能水磨，18 世 世纪，俄国沿海居民也使用过类似的潮汐能水磨， 居民也使用过类似的潮汐能水磨 俄国还出现了以潮汐能为动力的锯木厂。 还出现了以潮汐能为动力的锯木厂 纪，俄国还出现了以潮汐能为动力的锯木厂。 欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路， 欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路， 并把它带到美洲新大陆。 并把它带到美洲新大陆。 到了20 世纪，潮汐能的魅力达到了高峰， 到了 世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利 潮差能来发电。 用潮差能来发电。
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§4.3.1.1 潮汐发电的方式
涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。 涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。
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§4.3.1.2 潮汐电站的装机容量和发电量
电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。 电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。 例如，半日潮的潮汐电站装机容量P，可用公式计算： 例如，半日潮的潮汐电站装机容量 ，可用公式计算：
潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如： 潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如： 1）应满足潮汐低水头、大流量的水力特性； ）应满足潮汐低水头、大流量的水力特性； 低水头 的水力特性 2）在海水中工作时，防腐、防污、密封和发电机防潮； ）在海水中工作时，防腐、防污、 封和发电机防潮 防潮； 3）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落而频繁启 ）需要性能好的开关设备， 动和停止； 动和停止；
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§4.1 人类对潮汐的认识和利用
§ 4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.1 人类对潮汐的认识
我国古人把白天的海水涨落叫做“潮”，夜间的海水涨落叫 我国古人把白天的海水涨落叫做“ 夜间的海水涨落叫 白天的海水涨落叫做 合起来称为“潮汐” 做“汐”，合起来称为“潮汐”。 潮汐是由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的海水 潮汐是由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的海水 是由于太阳和月球对地球各处引力的不同 有规律的、周期性的涨落现象 的涨落现象。 有规律的、周期性的涨落现象。 太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。 太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。 引起的海水上涨 太阳潮
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§4.3.1 潮汐发电的原理
§4.3.1.1 潮汐发电的方式
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广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种： 广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种： 一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动 发电机发电，称为潮流发电 潮流发电； 发电机发电，称为潮流发电； 一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库， 一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水 潮位发电。 之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮位发电 之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮位发电。
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§4.3.2 潮汐电站的结构 潮汐电站的选址： 潮汐电站的选址：
潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的 潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的 三角洲 海水伸展地带， 海水伸展地带， 最好选在“口小肚大”的海湾上， 最好选在“口小肚大”的海湾上，这样只要修建一个短短的 大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。 大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。