tidal energy 

热动0941 张超辉 0903411139

摘要  能源对经济的发展有着举足轻重的作用,煤、石油、天然气等属不可再生的能源。随着世界经济的发展,能源需求也不断增长,世界各国都在寻求新能源,希望新能源既是可再生的又能避免像煤、石油、天然气等能源带来的环境污染问题。开发利用洁净的新能源是解决能源问题及环境问题的出路, 

海洋被认为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用。潮汐能作为洁净的、可再生的新能源,受到广泛的重视。世界海洋潮汐能蕴藏量约为27 亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kWh。

Abstract Energy for economic development has a very important role, such as oil and gas coal of non-renewable resources with the development of world economy, energy demand is also increasing, all countries in the world in search of new energy, hope the new energy is renewable and can avoid like such as oil and gas coal energy brings pollution problems of development and utilization of clean new energy is solve the energy problem and the environment a way around the problem

The ocean is considered to be the earth's resources treasure, also known as the sea of energy from the technical and economic feasibility and the sustainable development of the energy resources and the earth's environment of the ecological balance analysis, the tidal power as the oceanic mature technology will get more extensive use of tidal power as a clean, renewable new energy, has been to the attention of the world ocean wave power reserves of about 2.7 billion kW, if all into electrical energy conversion, generating capacity every year about 1.2 trillion kWh

关键词  潮汐能发电技术

Keywords  Tidal power generation technology

一 潮汐能的基本介绍

1.潮汐能的科技名词定义  

中文名称：

潮汐能 

英文名称：

tidal energy 

定义1：

从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。 

应用学科：

电力（一级学科）；可再生能源（二级学科） 

定义2：

由月球和太阳对地球的引力及地球自转所致海水周期性涨落形成的势能和横向流动形成的动能。 

应用学科：

海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋能开发技术（三级学科） 

定义3：

在太阳、月亮对地球的引潮力的作用下，使海水周期性的涨落所形成的能量。 

应用学科：

资源科技（一级学科）；海洋资源学（二级学科） 

2.简介

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。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比，或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能 。

3.意义

　发展像潮汐能这样的新能源，可以间接使大气中的CO2含量的增加速度减慢。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。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，它还可以转变成电能，给人带来光明和动力。

4.应用

海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。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。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 

5.潮汐能利用的主要方式是发电

　　获取能量，但具有各自独特的特征。尽管潮汐很复杂，但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、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利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有，但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址

6.来源与形成

　　    来源 

　　        潮汐能是由潮汐现象产生的能源，它与天体引力有关，地球－月亮－太阳系统的吸引力和热能是形成潮汐能的来源。 

　　    形成方式 

　　        潮汐能是由日、月引潮力的作用，使地球的岩石圈、水圈和大气圈中分别产生的周期性的运动和变化的总称。固体地球在日、月引潮力作用下引起的弹性—塑性形变，称固体潮汐能。 

　　    作为完整的潮汐科学，其研究对象应将地潮、海潮和气潮作为一个统一的整体，但由于海潮现象十分明显，且与人们的生活、经济活动、交通运输等关系密切，因而习惯上将潮汐能一词狭义理解为海洋潮汐。

7.现象

　　   真实月球引力和平均引力的差值称为干扰力，干扰力的水平分量迫使海水移向地球、月球连线并产生水峰。对应于高潮的水峰，每隔24小时50分钟（即地球同一经度从第一次正对月球到第二次正对月球所需时间）发生两次，亦即月球每隔12小时25分钟即导致海水涨潮一次，此种涨潮称为半天潮。 

　　新月的时候，太阳、地球和月球三者排列成一直线。此时由于太阳和月球累加的引力作用，使得产生的潮汐较平时高，此种潮汐称为春潮。当地球、月球和地球、太阳成一直角，则引力相互抵消，因此而产生的潮汐较低，是为小潮。 各地的平均潮距不同，如某些地区的海岸线会导致共振作用而增强潮距，而其他地区海岸线却会降低潮距。影响潮距的另一因素科氏力，其源自流体流动的角动量守恒。若洋流在北半球往北流，其移动接近地球转轴，故角速度增大，因此，洋流会偏向东方流，即东部海岸的海水较高；同样，若北半球洋流流向南方,则西部海岸的海水较高。

二 探索科学的发展模式

    潮汐发电是一项潜力巨人的事业，经过多午来的实践，在上作原理和总体构造上基本成型，止进入人规模开发利用阶段，具有广阔的发展前景，对于应对全球气候变化，履行降低

二氧化碳排放的国际承诺，具有不可什代的作用。潮汐发电不仅可以防庄海水倒灌，避免盐化沿海尤其是淡水河口周困的土地。还可以在“风暴潮”发生时，利用水库及发电站减少“风暴潮”带来的损失。开发潮汐电站不用拆迁和移民，不会影plul社会安定。潮汐发电无需燃料，节省了处理有害的烟气废灰的建设费用和迈营成本。

    因此，应加快潮汐发电的建设步伐，及时跟进相应的和资金支持，人幅提升潮汐能开发利用的重视程度，创新发展模式。

    首先，在价格上，刘一潮汐能的开发利用应区别于常规小水电开发，给子与新能源巾风能和太阳能开发同等的优惠条件，适当给子电价上网优惠。虽然根据潮汐的性质，决定了潮汐电站间隙性发电的特点。但在我国经济发达的沿海地区建设潮汐电站，均可与人电网并网，i1改潮汐电站的间隙性发电不会影plul用户的用电需求。目}J汀，浙江省海山潮汐电站在解决间隙性发电难题巾，已进行了有益的尝试，摸索了一条双库全潮、蓄能发电的新路子，日平均发电时间已由原来的8}10小时，提高到20.E一22.1小时。

    其次，在采购巾，应适当向生产生物质能产品的厂商倾斜，在采购招标方案安排巾，把技术经济性较好、节能效益显著的潮汐能源应用的产品纳人采购的范围，加人市场开拓力度，建立推动下的市场需求，消除市场障碍，拉动刘一可再生能源)伙业的投资需求。

    再次，在转移支付方面，应积极探索巾火与地方共同支持。依据潮汐能源的特点，通过不同的渠道进行补贴。充分发挥有条件转移支付的导向性作用，设立巾火刘一地方的专项拨款，用于促进潮汐能源产业的研究与发展。与此同时，应该鼓励和吸纳民营企业投资，形成与民间合力。

    最后，财政直接投人到相关的教育、培训巾。潮汐能源的利用与开发依靠的是先进技术，技术的创新又依赖于具有一定研发能力和钻研精神的科技人才，因此，开发潮汐能源，“人本战略”下关重要。应勺年专款给子专门的研究机构，加强刘一研发人员的支持和培训。.

三 海洋潮汐能发电技术 

潮汐发电

在海湾口或感潮河口构筑堤坝与海隔开形成水库，涨潮时，库外水位高于库内水位，落潮时，库内水位高于库外水位，通过闸门控制水流，使涨潮时进入和落潮时泄出水库的海水推动水轮发电机组发电，这种发电方式叫做潮汐发电。 潮汐发电分类:按开发方式分为单水库式、双水库式和多水库式三种，以单水库式最多;按运行方式分为单向发电式(涨潮或落潮发电，以落潮发电最多)、双向发电式(涨潮和落潮均发电)，以单向落

潮发电最多;按电站位置分为港湾式、河口式、滩涂式，以港湾式最多。

水库式潮汐能发电技术

   水库式潮汐发电，即在海湾或海潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾或河口与外海隔开围成水库，并安装机组进行发电。水库式潮汐电站有三种可选择的方案。

    第一，单库单向型，在涨潮时将储水库闸门打开，向水库充水，平潮时关闸;落潮后，待储水库与外海有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。这种方案的优点

是设备结构简单，投资少;缺点是潮汛能利用率低，发电不连续。

    第二，单库双向型，利用两套阀门控制两条向水轮机引水的管道。在涨潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进人水轮机，使水轮机旋转带动发电机，这种方案适应天然潮汐过程，潮汐能利用率高，但投资大。

    第三，双库单向型，采用两个水力相联的水库。涨潮时，向高储水库充水;落潮时，由低储水库排水，利用两水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向旋转发电。该方案可实现连续发电，但是要建两个水库，投资大且工作水头低。

    水库式潮汐能发电方式存在诸多缺陷:建立发电厂时的建坝等工程需要巨大投资，泥沙冲淤问题难以解决，拦潮坝对水库区生态有影响，海岸遭侵蚀。

无水库式新型潮汐能发电技术

    无库式潮汐能发电设备的发电原理突破了常规发电的概念，是借鉴风能发电原理，同时考虑海流和风的密度等条件的不同设计开发而成的，因而此类水轮机结构形式与传统有库

式机组的结构形式大不相同。根据机组结构形式不同，目前的潮汐能发电机组总体可分为两类。

      (1)海底风车式机组

   “海流”是无库式潮汐能设备发展的标志性工程，项目初期投资600万欧元。由MICT公司联合Banklnvest,  EDF一energy等5家公司共同开发。2003年5月于英国西海岸布里斯托尔海面下20 m深处安装并试验成功，首批装机容量为单台300 kW。最近又安装了单台

1 200 kW的机组，在流速为2--3 m/s的海水中工作。该机组形状宛如一个风车，由潮水提供动能冲击叶片发电。为便于转子出水维护，“海流”安装时在海底钻孔打桩，建造具有提升机构的竖塔以适应不同深度的海流流速并便于出水维修;为适应海水涨落的变化，竖塔有5一10m露在海面上。每个竖塔两侧各有一个转子，以节约成本，提高潮汐

能利用率。与一般的水平轴式风力发电机不同，“海流”的每个转子上有2个叶片，叶片通过变桨轴承与转子连接，通过伺服系统实现桨距控制，桨距角在电动机驱动下随海流变化，避免过载破坏。由于海水流体密度大且装置安装于浅海区，叶片直径仅16m，以15 r/min速度随海水流动旋转，叶片朝向可以1800转动以实现涨、退潮双向发电的需要。同时机组装有机械制动系统以便紧急制动。机组变速箱和发电机构成一个整体单元，浸没在海水中，因此不需要额外的冷却系统，降低了故障率。

    由挪威HammerfestStrom与Statoil，Rolls一Royce,ABB4家公司共同设计开发的水平轴风车式发电机(Tideverk)Tideverk的结构形式与水平轴式风力发电机相同，机组每个转子装有3个叶片，直径15 m，全反桨距控制，可实现涨、退潮发电。Tideverk在海底的受力形式也与水平轴式风力发电机相同。Tideverk在海底的固定方案与“海流”不同，该机组由三角架支承于海底。首批试验样机已于2007年在挪威Hammerfest附近的Kvalsundet海域安

装，单机装机容量为300 kW，为异步发电机。

      (2)全贯流式机组

    美国海军研究中心支持佛罗里达水电公司于1995年开始设计了一种中心开放式无库容潮汐能发电机组，并于2005年完成了样机制作，如图2a所示。样机直径6m，单机容量120 kW，目前在欧洲Orkney潮汐能技术中心试验。该机组显著特点是中心开放而无轴及桨叶，采用滑动轮帆型转子，水流贯穿通过有一定斜度的帆叶，带动转子旋转发电。发电机和转子轴承设计为整体结构，适于高效直流环绕发电机。该机组适于中深水域，发电电压为中等电压。

    英国Lunar Energy公司联合E. O N公司于2007年设计开发了一种新型水平轴双向发电潮汐能涡轮机(Rotech)，见图2b,  Rotech已在Glasgo+}大学试验成功。Rotech机组外壳为一喇叭口状管道，直径15 m，长19.2 m，以捕获更多的潮水并提高水流速度。机组设有偏航系统，调整机组方向，使海流垂直冲击叶片，提高水轮机效率。机组高度模块化，可单独吊起检修和维护。该机组固定时靠配重的重力作用置于海底，水轮机直径11.5 m,单机容量1 MW，适于水深40 m的深水水域，发电电压为中低电压。

无库式潮汐电站无需在人海口建坝，可直接在近海浅水区安装潮汐能机组进行发电。这种发展概念省去了传统潮汐电站土建项目的巨额投资，降低了对气候的依赖，不占用河道，极大地减小了对生态的不利影响。该项目的成功应用将极大地降低潮汐能发电的介人门槛。

四 结语

目前制约潮汐能发电的因素主要是成本因素，到目前为止，由于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，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐能发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐能发电的研究和试验。潮汐能发电是一项潜力巨大的事业，经过多年来的实践，在工作原理和总体构造上基本成型，可以进入大规模开发利用阶段，随着科技的不断进步和能源资源的日趋紧缺,潮汐能发电在不远的将来将有飞速的发展，潮汐能发电的前景是广阔的。

参考文献

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[5] 沈祖诒.潮汐电站[M].北京:中国电力出版社,1998.下载本文