潮汐能

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潮汐能是指從水面晝夜間的漲落中獲得的能量。在漲潮落潮過程中,海水進出水庫帶動發電機發電。

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。第一座大型潮汐电站(朗斯潮汐电站)于1966年投入使用。

虽然尚未得到广泛应用,潮汐能未来将有潜力发电。潮汐比风能太阳能具有更强的预测性。在可再生能源的来源中,潮汐能历来都一直受限于高成本和(具有足够高的潮差和流速的)可行地点的局限性,因而进一步限制了其总体可行性。然而,许多新技术在设计(如:动态潮汐能, 潮汐潟湖)和涡轮机技术(如:新式轴流式轮机双击式水轮机)上的开发和改进,表明潮汐能的总体可行性可以远高于之前的假设,同时经济和环境成本可以降到具有竞争力的水平。

历史上,潮水(动力)工厂已在欧洲和北美的大西洋沿岸投入使用。其最早可追溯到中世纪,甚至罗马时代[1][2]

定义[编辑]

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

生成方法[编辑]

潮汐能有三种生成方法:

潮汐流发电机[编辑]

位於斯特兰福德湖的世界上第一个商业规模的并网潮汐流发电机- SeaGen。[3]明显的尾流显示出潮汐流的力量。

潮汐流发电机(en:Tidal stream generator, TSGs)利用了流水的动能驱动涡轮机,一种类似于风力涡轮机利用流动空气的发电方式。和潮汐堰坝相比,由於其低成本和低生态影响,这个方法受到越来越多的欢迎。

潮汐堰坝[编辑]

潮汐堰坝利用了势能在高低潮时的高度不同(水头)。堰坝本质上是横跨潮汐河口全宽的水坝,且受限于高昂的民用基础建设成本、全球短缺的可行地点以及环境问题。

动态潮汐能[编辑]

DTP大坝俯视图。蓝色和暗红色分别表示潮汐高和低。
大多数的潮汐涡轮机和风力涡轮机很类似,常见的是HAWT-型。

动态潮汐能Dynamic Tidal Power, DTP)开发了潮汐流在势能和动能间的交互作用。该理论认为:从海岸一直延伸入大海建造(如:30~50公里长)大坝,无封闭区域。大坝的存在及规模引入了潮汐的相位差异,和当地的潮汐波长相比,大坝的大小不容忽视。这导致整个大坝的液压压头差异。大坝的水轮机被用来转换大量电能(每个大坝6000~15000兆瓦)。浅海沿海海域具有与海岸平行振荡的强大的潮汐波,如在英国、中国和韩国,因而大坝两侧水位会产生明显差异(至少2~3米)。

应用及意义[编辑]

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,由於受月球太阳这两个万有引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落。

发电原理及发电形式[编辑]

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。
  • (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。

然而,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。

应用现状与应用前景[编辑]

到目前为止,由於常规电站廉价电费的竞争,建成投产的商业用潮汐电站不多。然而,由於潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点,人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。

海洋学家預估世界上潮汐能发电總量在1TW(10的12次方瓦特)以上。潮汐能普查计算的方法是,首先选定适于建潮汐电站的站址,再计算这些地点可开发的发电装机容量,叠加起来即为估算的總量。

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年建成的法国的郎斯潮汐电站(Rance Tidal Power Station)。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240 MW,年发电量1.8 GW,输入国家电网。
  • 254 MW的韓國始華湖潮汐電廠是世界上最大的潮汐電力設施。在2011年施工完成。[4][5]
  • 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的试验潮汐电站。
  • 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。
  • 江厦潮汐电站Jiangxia Tidal Power Station),位于中国杭州以南,自1985年以来一直运行,目前的装机容量为3.2 MW。还有更多的潮汐发电计划在鸭绿江口附近。
  • Uldolmok Tidal Power Station在韩国是一个潮汐电站潮汐发电项目,计划到2013年将逐步扩大到90兆瓦的产能。2009年5月的第一个1 MW已经被安装了。

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、中国的乐清湾,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世纪後将不断会有大型现代潮汐电站的建成與使用。

潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国、前苏联加拿大中国英国等。潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。

潮汐能的开发利用[编辑]

潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、取之不盡且用之不竭的再生能源。在各种海洋能源中,潮汐能的开发利用最为现实、简便。

从总体上看,现今潮能开发利用的技术难题已基本解决,国際上都有许多成功的实例,技术更新也很快。

潮汐发电利用的是潮差势能,世界上最高的潮差也才10多米,因此不可能像一般水力发电那样利用几十米、百余米的水源发电,潮汐发电的水轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点,因此水轮做得较大。但水轮做大了,配套设施的造价也会相应增大。于是,如何解决这个问题,就成为反映其技术水平高低的一种标志。

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。

優缺點[编辑]

  • 優點
    • 數量和產生時間通常都極容易預計。
    • 间接使大气中的二氧化碳含量的增加速度减慢。
  • 缺點
    • 產生的能量會因時間和地點而有所不同。
    • 成本較高、技術複雜的缺陷。
    • 庫區淤積、設備腐蝕等問題。
    • 有些地區漲退潮不明顯,發電效率不大。

参看[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Spain, Rob: "A possible Roman Tide Mill", Paper submitted to the Kent Archaeological Society
  2. ^ Minchinton, W. E. Early Tide Mills: Some Problems. Technology and Culture (Society for the History of Technology). 1979.October, 20 (4): 777–786. doi:10.2307/3103639. 
  3. ^ Douglas, C. A.; Harrison, G. P.; Chick, J. P. Life cycle assessment of the Seagen marine current turbine. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2008, 222 (1): 1–12. doi:10.1243/14750902JEME94. 
  4. ^ Hunt for African Projects. Newsworld.co.kr. [2011-04-05]. 
  5. ^ Tidal power plant nears completion