海洋能源利用

(3)英国。 在英国，关于潮汐电站的大多数研究工作是在河口内完成的(主要是在 赛文(Severn)河口)，试验研究以灯泡贯流式机组从单一的高水库向外海单 向运行的概念为基础。沿着海岸线布置其他大型电站大概也是可行的。对 于所有项目而言，采用正交式机组双向运行，可以降低造价和维持天然水 位及流量。在赛文(Severn)河13，要得到年供电量大于300亿kW·h的潮汐 能，有许多方案好像都是可行的。沿着赛文河IEI的北岸配置蓄能设施进行 蓄能似乎也是可行的。英国过去对风电实施了蓄能。沿着泽西岛(Jersey) 东海岸线布置一个成本合算的、年供电量为几十亿kW·h的潮汐电站似乎是 可行的。 (4)印度。 印度有3处适合建设潮汐电站的站址。对艾哈迈德阿巴德(Ahmadabad) 南面100 km的卡尔帕萨(Kalpasar)海域开展研究工作已有10多年，在这里 有一块面积为700 km2，潮差为6．5m的感潮域可用于建设潮汐电站，可安 装正交式水轮机和修建较短的堤防，按DESS方案运行。该电站每年可提供 200亿kW·h电能，但是设计相对复杂，主要是因为潮汐水库必须与一片淡 水水库相联。卡奇(Kutch)沼泽地是比较有开发价值的，这片区域可安装大 型的太阳能电站，沿着卡奇海湾，可通过建设抽水蓄能电站来完成电能存 储。在孟加拉，可建设一些大型工程利用潮汐和波浪来发电，对于受台风 或全球海平面上升影响的一些大型居住区，这些工程会在防洪中起到重要 作用。
各国潮汐能开发实例
(1)俄罗斯。 俄罗斯现实的潮汐能总蕴藏量为每年几千亿kW·h，位于西伯利亚东 北部的鄂霍次克海(Okhotsk Sea)的潮汐潜能最大，可实现向中国和日本 供电。关于沿北方海岸线利用潮汐能的可能性还没有进行充分的研究，但 对于莫斯科以北1 000km的梅津(Mean)湾的一个具有吸引力的潮汐电站的 站址已进行了详细的研究，并用将来可能采用的机组进行了试验。在梅津 湾站址，一个装有容量为8 GW的正交式直流机组的电站，其年供电量可以 超过350亿kW·h。水库面积为2 000 km2，建设源自文库防长度需达80 km，平均 潮差接近5．5 m。通过在近岸陆地或离岸建筑一座高水库，利用抽水电能， 在未来某一阶段会很有意义，并可减少向莫斯科或者圣彼德堡输电线路的 费用。
世界上有不少港湾和河口的平均潮差在4.6 m以上，北美芬地湾最 大潮差有18m，法国圣马洛港附近最大潮差有13.5m，我国钱塘 江大潮时最大潮差有8.9m。第二次世界大战后，世界上许多国家 计划建大型潮汐电站，联合国《开发论坛》曾估计，到2000年全 世界潮汐发电可达300至600亿度电。但实际上动工兴建的并不多 。目前世界上已建成的较大的潮汐电站如表1所示。它们代表当今 世界的最高水平。中国是世界上建潮汐电站最多的国家，详见表2 。
选址条件： 潮汐条件:潮汐条件是选择潮汐电站站址的最主要因素。潮差大的地区蕴藏的 潮汐能资源也比较丰富。一般来说， 利用潮汐发电必须具有5m以上的潮差。潜 在的输出功率与平均潮差的平方成正比。
地貌条件:总体来说， 应选择那些口门小而水库水域面积大， 可以储备大量 海水， 修建土建工程的地域。从目前已建或进行过前期工作的潮汐电站位置看， 有海湾、 河口、 湾中湾、 泻湖等。其中以湾中湾最为理想。因其不致受外海 风浪的作用， 海区泥沙运动较弱， 电站库区淤积缓慢。
——海洋科学与工程学院
1 海洋能源利用历史
最早被人们认识并利用的是潮汐能，一千多年前的唐朝，我国沿海居民就利用 潮力碾谷子，在山东地区就发现早期的潮汐磨。
11世纪的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。
1600年法国人在加拿大东海岸建起美洲第一个潮汐磨。在英国萨福尔克至今还 保留着一个12世纪的潮汐磨，还在碾谷子供游客参观。 20世纪50年代中期，在我国沿海出现潮汐能利用高潮，群众自力更生、土法上 马兴建了40多座小型潮汐电站和一些水轮泵站。由于发电与灌溉、交通的矛盾，加 上水库淤积、设备简陋等原因，保留下来的只有浙江省沙山40kW潮汐电站。 人们对波浪能感受最深，全世界利用波浪能的设想数以千计，见于有文字的波 能装置专利可追述到1799年，仅英国，从1856年至1973年就有350项，是发明家的 乐园。一位日本海军士官益田先生，于1965年率先将他发明的微型航标灯用波力发 电装置商品化。
潮汐发电示意图：
潮汐发电研究现状
我国是世界建造潮汐电站最多的国家，在20世纪50~70年代先后建造了近 50座。但据20世纪80年代统计，只有8座尚在工作，总装机6 120 kW，其中最 大的是浙江江厦潮汐试验电站，为3 900 kW。单机容量500 kW和700 kW的灯 泡贯流式水轮发电机组全由我国自己研制。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，在机组可靠性、水库泥沙防淤、连续 供电、防腐和防污、浮运法施工、操作系统自动化和优化调度等方面取得了 显著成果。2002年提出利用近海浅滩人工筑库的潮汐电站，可以不占用宝贵 的港湾、河口，不干扰海洋自然环境，英国威尔士已有三处在论证。我国沿 海大陆架宽广，有大片倾斜平缓的浅滩，又有具有研发价值的潮差，可以考 虑此种方法开发潮汐能。 1957年我国在山东建成了第一座潮汐发电站。1978年8月1日山东乳山县白 沙口潮汐电站开始发电，年发电量230万千瓦时。1980年8月4日我国第一座“ 单库双向”式潮汐电站──江厦潮汐试验电站正式发电，装机容量为3000千 瓦，年平均发电1070万千瓦时，其规模仅次于法国朗斯潮汐电站（装机容量 为24万千瓦，年发电5．4亿千瓦时），是当时世界第二大潮汐发电站。
(2)法国。 法国潮汐能的理论蕴藏量每年超过l万亿kW·h。成本合算的年供电量 为1 000亿kW·h，相当于法国电力需求的1／5。‘位于乔瑟(Chausy)岛的 潮汐电站的地理位置可能是最好的，这里拥有l 200 km2的水库，潮差为 7．5 nl，55 km长的堤防，以及理想的地基和海水深度。采用正交式机组， 总装机容量为12—15 GW，年均供电能力可达500亿kW·h(相当于全部现有 的法国水电站供电量，或风电计划量)。 该座巨型电站位于旅游胜地，由于堤防离海岸线25 km，因此从现有的海滩 可能很难看到它，采用单一水库双向运行可保持库内水位和潮流量接近天 然状态。利用建于潮汐水库北部的高水库，通过配置抽水装置可实施蓄能。 另一座位于迪耶普(Dieepe)和布洛涅(Bou·logne)之间的潮汐电站，水库 面积为1500 km2，潮差为6．5 Ill，年供电量可超过400亿kW·h。
(8)拉丁美洲。 在拉丁美洲建设潮汐电站的可能性很高，比如墨西哥(加利福尼亚海 湾)、智利、阿根廷。其中阿根廷有一些适合建设大型潮汐电站的场地。 (9)澳大利亚。 在澳大利亚，有很多地方可以建设潮汐电站。位于东部的潮汐电站， 发电量可供本国使用，西北部的潮汐电站可在爪哇岛建造，并供电于爪哇岛。 窗口的任何东西。为了优化鱼类下行的通道，在设计科斯泰姆鱼类下行通道 时，设置了长20一30 cm的窗口，排水管道直径为400 cm。窗口可布置与装 设在不同的高程上。拦污栅的支持翼可使流向下游的生态水流受益。科斯泰 姆鱼类下行通道包括一套二级永久操作装置。在2个水轮机室之间的墩中， 埋设了直径为800 mm的管子，在水轮机进水口的两侧，提供了6m2的开口。 在该管道的进水口和尾水管之间的连接处，采用了一个带自由溢流的固定堰， 以便将水向下游转送。转送到该管道的水量基于正常的水力计算。数字设计 不仅有助于优化水轮机设计，而且还可以形成平滑的转轮轮廓和水流条件。 为使发电站成为生态友好型电站，在科斯泰姆电站安装的卧式3叶片转桨式 转轮和94 r／min的低转速，即是做出了很大努力的最好证明。事实上，美 茵河科斯泰姆低水头电站为鱼类提供了包括4个方面的生态友好型的布置方 案。鱼类加了正在安装的系统的效率。监测装置证实了已实施设计方案的有 效性。
潮汐能：由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮。涨潮时，大量海 水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高，动能转化为势能。落 潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，势能又转化为动能。海水在运动时所 具有的动能和势能统称为潮汐能。 潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在 水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之 间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。
国外的发展情况：
1913年德国在北海海岸建立了第一座潮汐发电站。1966年法国建成的朗斯潮 汐电站，装机容量为24万kW，年均发电量为5．44亿k矾，是当时最大的电站。目 前，潮汐能开发的趋势是偏向大型化，如俄罗斯计划的美晋潮汐电站设计能力为 l 500万kW，英国塞汶电站为720万kW，加拿大芬地湾电站为380万kW。预计到 2030年，世界潮汐电站的年发电总量将达600亿kWh。
(5)加拿大。 在加拿大，最适合建设潮汐电站的是芬迪(Fundy)湾，对于该区域是否适 合作为潮汐电站站址的研究已有很长一段时间。该区域潮差比较高，堤防无需 太长。这里有两座可能的水库，采用灯泡贯流式机组的VHALS方案是可行的。 但是采用正交式水轮机的DESS方案，并配合抽水蓄能电站一起使用，造价会更 低廉，并能保持天然水位和流量状态。该工程年供电量可达1 000亿kW·h，可 向加拿大本国和美国东北部供电。一些初步考虑的电厂可建在两座水库之间。 在赫德森(Hudson)海湾和温哥华(Vancouver)北部存在大力发展潮汐电站的可 能性。 (6)中国。 在中国，成本合算的潮汐能蕴藏量每年超过l 000亿kW·h，许多适合建设 潮汐电站的海湾均坐落于上海的南部。沿着平坦的海岸到上海北部，修建距海 岸线15 km的堤防，用来围成潮汐水库，可以防止那些可能受不断上升的海平 面影响的近海平坦地区被淹，同时也可以减轻淮河下游洪水的影响。 (7)韩国。 韩国一直积极致力于潮汐电站的开发利用，如西赫瓦项目。但是总的来说， 韩国开发潮汐电站的潜力不大。
2 海洋能发电技术
潮汐能发电站
在潮差较大的海湾或江河的入海口建拦海大坝，利用坝内 外水位差推动水轮机发电，厂房和水轮发电机与水电站类似， 属低水头电站。就水轮机的布置和结构有三种型式：立轴流式 、灯泡式和全贯流式，如图所示。立轴式结构简单，比较传统 ，早期小型潮汐电站都采用这种方式。灯泡式，或称半贯流式 ，发电机安装在灯泡状的机室内，水力损失少，比同直径的立 式机组功率增大20%~35%，厂房造价也可低10%~15%，是目 前低水头水电站的主要机型。全贯流式发电机的转子就安装在 水轮机转轮的外缘上，结构紧凑，水力性能更好，还可以降低 厂房造价，是比较理想的低水头水轮机发电组，但是转子密封 的技术难度大，还没在特大型的水电站运用。
地质条件:基岩是电站厂房最理想的地基。因此基岩港湾海岸是最适合建设潮 汐电站的海岸类型。大坝通常都建在软粘土地基上， 坝址尽可能选择软粘土层 较薄而下面为不易压缩层或基岩为好。
利用海洋温差发电的概念，一百多年以前已被人们所知。
1881年，法国物理学家阿松瓦尔在报纸上发表《太阳海洋能》的论文 ，提出海洋吸收并储存太阳能，利用表面温海水与下面冷海水的温差 使热机做功。 1930年，另一位法国科学家克劳德在古巴建了一座岸式开式循环发电 装置，功率22kW，可是发出的电小于运行所消耗的电。 尽管如此，这项尝试证明海洋温差有发电的可能.在海上航行的水手 们都懂得借助海流和潮流行船，现代人想的是利用海流和潮流发电。 人们形象地把海流和潮流发电装置比喻成水下风车。我国舟山群岛的 潮流速度一般为3~4节，最大可达7节（3.6 m/s），为世人瞩目。农 民企业家何世钧先生，从小感受发生在自己家门口的潮流所蕴藏的能 量，1987年他将自制的螺旋桨安装在小船上，在潮流推动下，通过液 压传动装置带动发电机发电，最大输出功率达5.6 kW。