 潮汐能发电 在海湾或感潮河口，可见到海水或江水每天有两次的涨落现象，早上的称为潮，晚上的称为汐。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便。这种现象主要是由月球、太阳的引潮力以及地球自转效应所造成的。海水在运动时所具有的动能和势能统称为潮汐能。  潮汐发电原理 潮汐发电与普通水力发电原理类似，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。  🔼海水涨潮时水位高于水库水位，海水向水库流动推动水轮机运转。  🔼海水退潮时水位低于水库水位，水库水向海洋流动推动水轮机运转。 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。  潮汐电站的类型 利用潮汐发电必须具备两个物理条件：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，并可进行土建工程。即区域蕴有足够大的潮汐能是十分重要的。 潮汐电站可以是单水库或双水库。单水库潮汐电站只筑一道堤坝和一个水库，双水库潮汐电站建有两个相邻的水库。 单库双向电站 在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂房和水闸，将海湾与外海分隔，形成水库。在涨潮时开启闸门将潮水充满水库，当落潮外海潮位下降时，产生一定落差，利用该落差推动水轮发电机组发电。这种电站只建造一个水库，而且只在落潮时发电，称为单库单向发电。  🔼右图是单库单向潮汐发电站运行工况示意图，运行工况可分为以下四个步骤： （a）充水：开启水闸，水轮机停运，库外上涨的潮水经水闸进入水库，至库内外水位齐平为止。 （b）等候：水闸关闭，水轮机停运，水库内水位保持不变，库外水位因退潮差下降，待库内外水位差达到一定水头时，启动水轮机发电。 （c）发电：水库的水向库外流动推动机组发电，水库水位下降，直至与外海潮位的水位差小于机组发电需要的最小水头为止。 （d）等候：水轮机停运，水库水位保持不变，待库内外水位齐平后，转入下一循环。 由于每昼夜涨潮退潮各两次，故单库单向电站每昼夜发电两次，停运两次，平均每日发电约9～11小时。由于采用单向机组，机组结构简单，发电水头较大，机组效率较高。也可采用涨潮时充水发电，退潮时泄水的形式。单库单向电站多用于小型潮汐电站。 2 单库双向电站 为了在涨落潮时都能发电，则建造单库双向电站。在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂房和水闸，采用双向发电的水轮发电机组使涨落潮两向均能发电。  🔼右图是单库双向潮汐发电站运行工况示意图，运行工况可分为以下六个步骤： （a）在海水开始涨潮时，库外潮位与水库水位之差不足以发电时，关闭闸门等待潮位上涨。 （b）库外潮位上涨与水库水位之差可以发电时，启动水轮发电机发电，闸门依然关闭。 （c）库外潮位开始退潮，潮位与水库水位之差不足以发电时停止水轮机发电，打开闸门让海水进入水库，直至两者水位相同时关闭闸门。 （d）水库保持水位，直到潮位降至水库水位以下可以发电时 。 （e）开启水轮发电机发电，直到潮位重新上涨与水库水位之差不可以发电时停止发电。 （f）打开闸门把水库中的水泄入海中，直到直至两者水位相同时关闭闸门。 关闭闸门后又进入等待状态，开始下一个循环。 单库双向电站每昼夜发电4次，停电4次，平均每日发电约14~16小时。跟单库单向电站相比，发电小时数约增长1/3，发电量约增加1/5。但由于兼顾正反两向发电，发电平均水头较单向发电小，相应机组单位千瓦造价比单向发电为高。设备制造和操作运行技术要求也高，宜在大中型电站中采用。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。  🔼浙江省温岭市江厦潮汐电站 3 双库连续发电电站 在海湾或河口处建造相邻的两个水库，各与外海用一个水闸相通，一个水库（高水库）在涨潮时进水；一个水库（低水库）在退潮时泄水，在两个水库之间有中间堤坝并设置发电厂房相连通，在潮汐涨落中，控制进水闸和出水闸，是高水库与低水库间始终保持一定落差，从而在水流由高水库流向低水库时连续不断发电。  🔼右图是双库连续潮汐发电站运行工况示意图，首先高水库在涨潮充满水，低水库在退潮时将水位泄至最低，开启水轮发电机发电，然后以四个步骤进行循环： （a） 当海水水位在高水库水位与底水库水位之间时，关闭进水闸与泄水闸，此间由于水轮机运转，高水库水位逐步下降，低水库水位逐步上升。 （b）当海水涨潮时水位高于高水库水位，打开进水闸，充水到与海水水位相同时关闭进水闸，此间由于水轮机运转，低水库水位继续上升。 （c）海水退潮在水位低于高水库水位与高于低水库水位时，进水闸与泄水闸处关闭状态，由于水轮机运转，高水库水位逐步下降，低水库水位继续上升。 （d）海水退潮至低水库水位以下时，打开泄水闸，将低水库水位泄至海水水位时关闭泄水闸，此间由于水轮机运转，高水库水位逐步下降。 下步又进入（a）步骤继续循环。水闸与电站流量控制要点就是保持高水库与低水库间的落差，使水轮发电机组运转发电。 双库连续发电电站的优点十分明显，但要把一个大海湾或河口分隔成两个水库，使可用水库面积减小，而且工程建筑量大、分散、投资高。只有地形条件不用增建中间堤坝或少建中间堤坝，并利于布置厂房和水闸，才适合建设双库连续发电电站。  潮汐能发电的优缺点 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。 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，放需作特殊的防腐和防海生物粘附处理。 习题链接 练习 图19为“浙江省简图及江厦潮汐发电站位置图”，下表为“世界著名潮汐发电站重要指标对比表”，读图回答下列问题。 （1）浙江海岸的主要特点是____________，开发利用的方向主要是______。 （2）舟山群岛渔业资源丰富,形成条件主要有____________。 （3）潮汐电站的发电量主要取决于____________等因素。 （4）从大坝选址、海湾形态、市场需求等方面分析我国建设江夏潮汐试验电站的有利条件。 解析与答案 （1）海岸线曲折；多港湾、岛屿 建港口，发展海洋运输；发展海洋旅游 （2）浅海大陆架，阳光充足，光合作用强；寒暖流交汇，饵料丰富；入海径流带来丰富营养盐类。 （3）平均潮差、库区面积、装机容量 （4）大坝位于海湾狭窄处，工程量小；海湾呈喇叭口状，有助于产生足够大的潮差；所在地能源供应紧张 作者：谈老师 |
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