潮汐能发电

潮汐能发电

---------新能源材料与技术

一个学期的《新能源材料与技术》的课,让我了解到很多关于这方面的知识。但对于新能源的认识却只是局限在新能源的种类和新能源的优缺点。接下来就简单谈谈对潮汐能与潮汐能发电的认识。

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,目前开发技术比较成熟、开发历史较长和开发规模较大者,当属潮汐能。潮汐能是海水在月球、太阳等引力作用下形成周期性海水涨落而产生的能量。根据世界能源会议《1992年能源资源调查报告书》,全世界潮汐能的理论资源量为22亿kW。其中可开发潮汐能约10-11亿kW,年发电量约12400亿kW.h.

潮汐能是一种水能,它将潮汐的能量转换成电能及其它种有用形式的能源。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为潮汐能。潮汐能是以势能形态出现的海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。

在涨潮的过程中,汹涌而来的海水具有很大的动能,而随着海水水位的升高,就把海水的巨大动能转化为势能;在落潮的过程中,海水奔腾而去,水位逐渐降低,势能又转化为动能。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。世界上潮差的较大值约为13~15m,但一般说来,平均潮差在3m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的,不同的地区常常有不同的潮汐系统,他们都是从深海潮波获取能量,但具有各自独特的特征。

潮汐能主要的利用方式是发电。潮汐发电是利用海湾或河口等地形,建筑水堤形成水库,以便大量蓄积海水,并在坝中或坝旁建造水利发电厂房,通过水轮发电机组进行发电。 潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象,由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落。

潮汐发电与普通水利发电原理类似。在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存;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。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结构要适合低水头、大流量的特点。潮水的流动与河水的流动不同,它是不断变换方向的。

潮汐发电有以下三种形式

(1)单池单向发电:先在海湾筑堤设闸,

涨潮时开闸引水入库,落潮时便放水驱动

水轮机组发电。这种类型的电站只能在落

潮时发电,一天两次,每次最多5小时。

(2)单池双向发电:为在涨潮进水和落潮

出水时都能发电,尽量做到在涨潮和落潮

时都能发电,人们便使用了巧妙的回路设施或設置双向水轮机组,以提高潮汐的利用率。广东省东莞市的镇口潮汐电站及浙江省温岭市江厦潮汐电站,就是这种型式。

(3)双池双向发电:配置高低两个不同的水库来进行双向发电。

前两种类型都不能在平潮(没有水位差)或停潮时水库中水放完的情况下发出电压比较平稳的电力。第三种方式不仅在涨落潮全过程中都可连续不断发电,还能使电力输出比较平稳。它特别适用于那些孤立海岛,使海岛可随时不间断地得到平稳的电力供应。它有上下两个蓄潮水库,并配有小型抽水蓄能电站。但有一定的电力损失.

潮汐发电的的优点

1、潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落,周而复始,取之不尽,用之不竭。它完全可以发展成为沿海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源。

2、它是一种相对稳定的可靠能源,很少受气候、水文等自然因素的影响,全年总发电量稳定,不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。

3、潮汐电站不需淹没大量农田构成水库,因此,不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。而且可用拦海大坝,促淤围垦大片海涂地,把水产养殖、水利、海洋化工、交通运输结合起来,大搞综合利用。这对于人多地少、农田非常宝贵的沿海地区,更是个突出的优点。

4、潮汐电站不需筑高水坝,即使发生战争或地震等自然灾害,水坝受到破坏,也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。

5、潮汐能开发一次能源和二次能源相结合,不用燃料,不受一次能源价格的影响,而且运行费用低,是一种经济能源。但也和河川水电站一样,存在一次投资大、发电成本低的特点。

潮汐发电的缺点

1、潮差和水头在一日内经常变化,在无特殊调节措施时,出力有间歇性,给用户带来不便。但可按潮汐预报提前制定运行计划,与大电网并网运行,以克服其间歇性。

2、潮汐存在半月变化,潮差可相差二倍,故保证出力、装机的年利用小时数也低。

3、潮汐电站建在港湾海口,通常水深坝长,施工、地基处理及防淤等问题较困难。故土建和机电投资大,造价较高。

4、潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反,故水轮机体积大,耗钢量多,进出水建筑物结构复杂。而且因浸泡在海水中,海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀和沾污作用,需作特殊的防腐和防海生物粘附处理。

5、潮汐变化周期为太阴日(24h50min),月循环约为14天多,每天高潮落前后约50min,故与按太阳日给出之日需电负荷图配合较差。

潮汐发电虽然存在以上不足之处,但随着现代技术水平的不断提高,是可以得到改善的。如采用双向或多水库发电、利用抽水蓄能、纳人电网调节等措施,可以弥补第一个缺点;采用现代化浮运沉箱进行施工,可以节约土建投资;应用不锈钢制作机组,选用乙烯树脂系列涂料,再采用阴极保护,可克服海水的腐蚀及海生物的粘附。

潮汐发电的发展与研究

20世纪初,欧、美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位於法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4m,平均潮差8m。一道750m长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥,坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机,涨潮、落潮都能发电。总装机容量24MW,年发电量1.8GW,输入国家电网。1968年前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800KW的验潮汐电站。1980年,加拿大在芬地湾兴建了一座20MW的中间试验潮汐电站。那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。

世界上适于建设潮汐电站的20几处地方,都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括:美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步,潮汐发电成本的不断降低使进入2l世纪后将不断会有大型现代潮汐电站的建成使用。

潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国、前苏联、加拿大、中国和英国等,它是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。潮汐发电虽然并不神秘,但仍须尊重客观规律,才能获得成功,取得良好效益。否则,光凭主观愿望和热情,虽然一时可以建成许多潮汐电站,但最后往往会因为实用价值不大而被放弃。

国外潮汐能的利用状况近一二十年来,因为使用矿物燃料对人类生活环境造成的破坏日渐引起关注,国际社会保护环境、走可持续发展道路的呼声一浪高过一浪,大力开发可再生清洁能源已成为世界各国的共识,潮汐能的开发因此也加快了步伐。法国于1996年建成朗斯潮汐电站,采用灯泡贯流式水轮发电机,年发电量为5.44亿千瓦时,至今运行正常,效益良好。前苏联于1968年建成基斯洛试验潮汐电站,装机容量400千瓦,施工不围堰,采用浮运预制沉箱法施工获得成功,节约了资金,缩短了工期。

1984年,加拿大建成安纳波利斯潮汐电站,总装机容量1.9万千瓦,采用新型全贯流式水轮发电机组,减少投资20%,取得良好的经济效益。该电站系建设芬迪湾大型潮汐电站坎伯兰(115万千瓦)和科别库依德(402万千瓦)的试验电站,它的建成和良好效益,证明了芬迪湾建大型潮汐电站的可行性,加拿大因此计划推进大型潮汐电站的兴建。据不完全统计,目前在英、加、俄、印、韩等13个国家运行、在建、设计、研究及拟建的潮汐电站达139座。其中在以上五国进行规划设计和技术经济论证的十余座潮汐电站均为10万-100万千瓦级的大型电站,个别电站总装机容量达1000万千瓦以上。

国外报道预测,21世纪初(未来10-15年内)在英、加、俄、印等国将会有100万千瓦级的潮汐电站建成。我国潮汐能开发现状和发展潜力我国潮汐能开发已经有40多年的历史,建成并长期运行的有八座,总装机容量6120千瓦。其中最大的是位于浙江省温岭市的江厦潮汐试验电站,总装机容量3200千瓦,1980年开始发电,1985年底五台机组全部并网发电。作为我国"六五"期间的科技攻关项目,该电站由全国十几个单位协作攻关建成,技术较为先进,单机容量500千瓦和700千瓦的灯泡贯流式水轮发电机组,均由我国自行研究、自己制造。事实证明,电站设备和厂房的设计、制造、安装和运行管理都是成功的。

20世纪60年代到80年代中期,几座小型潮汐电站在促进偏远沿海农村经济发展方面发挥了积极的作用,受到当地群众的欢迎。20世纪80年代以来,浙江和福建等地对若干个大中型潮汐电站的建设进行了选址考察、勘测和规划设计或可行性研究等大量的前期工作。总之,我国利用潮汐发电技术已经有较好的基础和丰富的经验积累,小型潮汐发电

技术基本成熟,并已具备开发中型(万千瓦级)潮汐电站的技术条件。

韩国曾邀请我国专家为其建设40万千瓦潮汐电站进行技术咨询,并有意向进口我国的潮汐水轮发电机组,这表明我国的潮汐发电技术在国际上已有一定的声誉。许建平表示,我国沿海潮汐能资源十分丰富,且开发的自然条件优越,有多处建造万千瓦级潮汐电站的理想站址。相信在全社会的呼吁、关心和支持下,我国潮汐能开发利用在21世纪会得到应有的重视和快速发展。我国在潮汐能开发方面,具有丰富的资源优势和雄厚的技术力量,并积累了一定的管理和运行经验,但由于种种原因,潮汐电站的建设长期未得到足够的重视。浙江省是全国最早开发利用潮汐能、并建成实用潮汐电站的省份之一,至20世纪80年代中期尚有四座小型潮汐电站在正常运行,但到2000年,潮汐电站数目非但没有增加,反而在减少,目前仅剩两座处于艰难维持状态,江厦潮汐试验电站则长期处于负债运行状态。究其原因,主要有以下几个方面:一是潮汐电站规模小、投资高。位居"亚洲第一"、"世界第三"的浙江省江厦潮汐试验电站,装机容量只有3200千瓦,低于万千瓦级的经济规模,单机容量最大70千瓦,是目前法国朗斯潮汐电站24万千瓦总装机容量的1/75和单机容量1万千瓦的1/14。二是经济效益差。我国潮汐电站的总装机容量小、设备落后、运行自动化程度低、职工人数多、企业负担重,都造成了潮汐电站的效益低下。另外,对电站的综合利用程度不高,也使电站失去了一条创收途径。三是政府有关部门缺乏对潮汐能开发的激励政策和优惠措施。应把潮汐能作为常规能源的补充,给予开发工作大力支持,但目前把利用潮汐能等同于常规的小电站来开发,从而削弱了开发利用潮汐能的积极性。

潮汐能和风能、太阳能一样,洁净、无污染,取之不尽,用之不竭,利用它发电既可以减少环境污染,又可以节约常规能源,改善能源结构,确保社会经济的可持续发展,是一种颇有开发价值的可再生资源。


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