安防之家讯：潮汐发电

(1)原理

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。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。潮汐是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。建设潮汐电站，不需要移民，不淹没土地，没有环境污染问题，还可以结合潮汐发电发展围垦、水生养殖和海洋化工等综合利用项目。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。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。

(2)型式

单库单向电站

即只用一个水库，仅在涨潮(或落潮)时发电，我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。

单库双向电站

用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在平潮时不能发电，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。

双库双向电站

它是用二个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，这样前一个水库的水位总比后一个水库的水位高，故前者称为上水库，后者称为下水库。水轮发电机组放在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故可以全天发电。

(3)优缺点

优点

1、潮汐能本身是一种清洁、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。

6、机组台数多，不用设置备用机组。

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，敌水轮机体积大，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。

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。

(4)环境影响

1.潮汐电站的建成使得自然条件得到改善，电站库区削弱了风暴作用，为休闲旅游创造了良好的环境，由于水库内的水位更加稳定，通航条件也得到改善。

2.潮汐电站筑坝后，潮差和潮汐水位可能会发生变化，这将减少库内水流的紊动掺混，夏季增加水的表面湿度，冬季降低水的表面湿度。

3.潮汐电站通常不会造成现有陆地面积的淹没，但会减少纳潮面积从而对海底生物的栖息区以及海边鸟类栖息区产生影响。此外，对于海洋哺乳动物来说，潮汐电站建筑物也是一个障碍。

4.潮汐电站会改变海口的水流状况以及天然冲砂运动，一般库内的水流流动会减弱，但靠近水轮机和蓄水栅栏附近，水的流速会增加。

(5)各国开发现状

波浪能发电

(1)简介

波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，正弦波浪每米波峰宽度的功率P≈HT kW/m。式中，H为波高，m;T为波周期，s。通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kW。中国波浪能的理论储量为7000万kW左右。

(2)原理

波浪能装置大部源于几种基本原理，即：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动;利用波浪压力的变化;利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。

波浪发电装置大都可看作为一个包括三级能量转换的系统。一般说来，一级能量转换机构直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中间介质(如空气)的动能与压能等;二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等;三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。

(3)发电方式

波浪能发电方式数以千计，按能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类。

机械式

通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发电机发电的方式。采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式装置。随着波浪的起伏，齿条跟浮子一起升降，驱动与之啮合的左右两只齿轮作往复旋转。齿轮各自以棘轮机构与轴相连。齿条上升，左齿轮驱动其轴逆时针旋转，右齿轮则顺时针空转。通过后面一级齿轮的传动，驱动发电机顺时针旋转发电。机械式装置多是早期的设计，往往结构笨重，可靠性差，未获实用。气动式

通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再由气机驱动发电机发电的方式 。由于波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔，管内水面可看作静止不动的水面。内水面和气轮机之间是气室。当浮体带中心管随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸入空气。当浮体带中心管随波浪下降时，气室容积减小，受压空气将阀门关闭经气轮机排出，驱动冲动式气轮发电机组发电。这是单作用的装置，只在排气过程有气流功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水接触，提高了可靠性。气动式装置在日本益田善雄发明的导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用。1976年，英国的威尔斯发明了能在正反向交变气流作用下单向旋转做功的对称翼气轮机，省去了整流阀门系统，使气动式装置大为简化。该型气轮机已在英国、中国新一代导航灯浮标波浪能发电装置和挪威奥依加登岛500 kW波浪能发电站获得成功的应用。采用对称翼气轮机的气动式装置是迄今最成功的波浪能发电装置之一。

液压式

通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机发电的方式。波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。波浪进入宽度逐渐变窄、底部逐渐抬高的收缩波道后，波高增大，海水翻过导波壁进入海水库，波浪能转换为海水位能，然后用低水头水轮发电机组发电。聚焦波道装置已在挪威奥依加登岛250 kW波浪能发电站成功的应用。这种装置有海水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出， 是迄今最成功的波浪能发电装置之一。但对地形条件依赖性强， 应用受到局限。

(4)难点

虽然波浪能能量巨大，但是波浪能的利用并不容易，波浪能是可再生能源中最不稳定的能源，波浪不能定期产生，各地区波高也不一样，由此造成波浪能利用上的困难。利用波浪能发电要依靠波浪发电装置，但是由于海浪具有力量强、速度慢和周期性变化的特点，100多年来，世界各国科学家提出300多种设想，发明了各种各样的波浪能发电装置，但是普遍发电功率很小，而且效果差。

想要充分地利用波浪能发电，有几项难题需要解决。一是独立发电问题，最早的波浪能发电装置需要与柴油机并联工作，这样会造成污染;后来则需要依靠电网，先把波浪能转化的电能供应到电网上，然后才可以利用，这样又会受到电网覆盖范围的限制，造成发电成本高昂、发电功率小、质量差等问题。二是稳定性问题，由于受技术限制，波浪能发电装置只能将吸收来的波浪能转化为不稳定的液压能，这样再转化的电能也是不稳定的。英国、葡萄牙等欧洲国家采用昂贵的发电设施，仍无法得到稳定的电能。三是控制问题，由于波浪的运动没有规律性和周期性，浪大时能量有剩余，浪小时能量供应不足。这就需要有一种设备在浪大时将多余的波浪能储存、再利用。

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