海洋潮汐能的研究概述

海洋潮汐能的研究概述

摘要:潮汐能是一种洁净无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源，具有相当大的利用

潜力。在煤、石油和天然气等能源日益缺少的情况下，潮汐能的利用受到各国的广

泛关注，潮汐能发电成为利用潮汐能的主要方面，本文浅谈了几个重要国家的潮汐

能发电技术以及我国的潮汐能利用问题。

关键词：潮汐能；潮汐能发电

潮汐是太阳引力、月球和地球自转共同作用的结果。这些天体的相对运动引起了不同的潮汐循环，其中包括半日循环、大小潮循环、半年循环以及其他更长的循环，这些循环影响潮高。[9]因潮水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。1974 年能源会议统计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有 30 亿 kW，可供开发的约占 2%，即约6 400 万 kW。全球电力市场到2000 年已达8 000 亿美元并继续呈上升趋势。但是，仍有2 亿人的用电需求得不到满足，发展中国家的用电量以每8年翻一番的速度在增长。在满足用电需求的同时，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，开发新型环保电站迫在眉睫。我国至今开发的潮汐能不足可开发量的1‰，潮汐能作为一种清洁、可再生能源，开发潜力巨大。

目前人类社会消耗的能源绝大部分来自媒、石油和天然气，需排放大量有毒物质，严重污染了环境；同时，地球上这些资源的存储量是有限的。面对能源与环境的双重挑战，研究开发利用清洁和可再生的新能源已在世界发达国家兴起。潮汐能有着清洁，来源广而且蕴含量巨大等特性，它的开发利用越来越受到人们的关注。[1]

1 潮汐能发电

1.1 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。[3]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。[3]

1.2 潮汐能发电原理

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。由于蓄积的海水流量较大，但落差不大，并且呈间歇性，因此潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。

开发潮汐能，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。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，库侧水位与海侧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。从能量的角度来看，潮汐发电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。[3]

1.3 潮汐电站的工作特点

潮汐发电耗用的能源是取之不尽、用之不竭的天然可再生能源。潮汐电站的出力和发电量主要随着太阳、月球和地球三者运行过程中相对位置不同而变化，具有间歇性、变动性、周期性及可预见性等特点；潮汐电站除建电厂外，尚需修建一系列水工建筑物，一般工程投资较大，施工期较长；潮汐电站比水电站有更多的综合利用条件（水产养殖、围涂造田、改善交通和发展旅游）；潮汐电站机组的出力一般是随着时间变化的，因此不能在系统中替代工作容量，而只能起重复容量的作用。

2 全球潮汐能的开发和研究简单概述

2.1 潮汐能用于发电伊始

在世界海洋中，潮汐能的理论蕴含量约30亿千瓦，年发电量可达12000亿千瓦时，人类为了开发利用潮汐能，进行了长期的探索和研究。早期只是把潮汐能转化成机械能，用于推磨、提水和锯木等。而利用潮汐能是近百年的事，先后提出建设潮汐发电站工程的方案就有300多项。1913年，法国学者派恩提出在诺德特兰德岛和大陆之间长达2.6公里的铁路坝堤上建设一座潮汐电站的设汁方案。这座实验性的潮汐电站曾在第一次世界大战期间进行发电,成为人类历史上利用潮汐能发电的首次试验。自此以后8 0多年以来，尤其是近二三十年，由于常规能源的紧缺，使潮汐能发电在世界范围内有了较大的发展。

法国、英国、加拿大、美国、印度、前苏联及韩国等国对潮汐能发电投入大量的人力物力和财力进行开发。目前世界上已建成并运行发电的潮汐发电站有10座，总装机容量为26.6万千瓦，年发电量达6.125亿千瓦时[5]。其中，法国的朗斯潮汐电站是世界上已建规模最大的潮汐电站。该电站采用单库双向发电方式。1996年建在英吉利海峡的朗斯河口，其潮差达13.5米，水库面积为22平方公里，拦潮坝高12米、长750米。电

站装有24台单机容量为1万千瓦的灯泡贯流式水轮发电机组。年发电量达5.44亿千瓦时。这座潮汐电站已运行发电30多年，在电子计算机管理操作之下，一直运行正常。如今，朗斯潮汐电站在技术上获得的成功以及在经济上取得的效益，已成为世界所公认，它不仅仅为全球海洋能的开发利用提供了宝贵的经验，而且还成为全球旅游观光的胜地。在休假季节，平均每月都有50万辆机动车通过潮汐电站大坝的公路桥，每年来自西欧、北美和非洲的观光者达20万多人。

2.2 潮汐发电发展现状

目前,世界上有几座商业运行的潮汐电站:法国朗斯电站(1966年投运)、俄罗斯基斯拉雅试验电站(1968年投运)、加拿大安纳波利斯电站(1984年投运)以及中国的8座微型潮汐电站。韩国的始华(Sihwa)潮汐工程正在施工中,英国和加拿大已经开展了大型潮汐电站的设计工作。印度、澳大利亚和俄罗斯也在设计潮汐电站。俄罗斯的潮汐工程有:白海的梅津电站、鄂霍茨克海南部的图古尔电站和巴伦支海的科尔斯克电站。下列列出了世界上部分已建、在建和拟建的潮汐电站。[10]

法国朗斯 1966年投运

俄罗斯基斯拉雅 1968年投运

加拿大安纳波利斯 1984年投运

韩国始华在建

英国塞文 1989年设计报告

英国默西 1992年设计报告

俄罗斯图古尔 1994年可行性报告

俄罗斯梅津 1999年可行性研究

3 国外潮汐能新技术简单概述

3.1 英国：潮汐式水轮机技术发展迅速

由于潮汐式水轮机技术已发展为标准设计, 并制成标准的组装件, 从技术投入到资金回收只需很短时间。而大型水电工程, 挡潮建筑物或其他土建工程比重较大的项目, 从投资到资金回收并获利的时间可能需要许多年。水轮机一般是批量安装。调查发现, 许多有潜能的地方相当大,足以容纳数百台水轮机, 因此很有可能将此特定地点作为大量增加安装容量的场所, 这将形成相当大的经济规模以降低发电成本。英国潮汐式水轮机公司(MCT) 开发了已取得专利的新水轮机方案, 要点是通过千斤顶支撑的驳船安装单一钢桩, 按需要钻孔和利用船上的起重机安装钢桩。整套系统可以在对水下运行条件无任何要求的情况下进行安装、维修或更换, 每项工作既可用千斤顶支撑的驳船, 也可以用停在海面的工作船完成。目前的装置还只能在某一固定方向的潮水推动下发电, 英国研究人员计划将它改进为可旋转式的, 以适应一天中不同的海潮方向, 增加可发电时间。