潮汐發電
在海灣或感潮河口,可見到海水或江水每天有兩次的漲落現象,早上潮汐發電的稱為潮,晚上的稱為汐。潮汐作為一種自然現象,為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便。這種現象主要是由月球、太陽的引潮力以及地球自轉效應所造成的。漲潮時,大量海水洶涌而來,具有很大的動能;同時,水位逐漸升高,動能轉化為勢能。落潮時,海水奔騰而歸,水位陸續下降,勢能又轉化為動能。海水在運動時所具有的動能和勢能統稱為潮汐能。
潮汐是一種蘊藏量極大、取之不盡、用之不竭、不需開采和運輸、潔凈無污染的可再生能源。建設潮汐電站,不需要移民,不淹沒土地,沒有環境污染問題,還可以結合潮汐發電發展圍墾、水生養殖和海洋化工等綜合利用項目。
利用潮汐能的主要利用方式是潮汐發電。潮汐發電與普通水利發電原理類似,通過出水庫,在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式保存,然后,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。差別在于海水與河水不同,蓄積的海水落差不大,但流量較大,并且呈間歇性,從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。
潮汐發電是水力發電的一種。在有條件的海灣或感潮口建筑堤壩、閘門和廠房,圍成水庫,水庫水位與外海潮位之間形成一定的潮差(即工作水頭),從而可驅動水輪發電機組發電。
與潮汐發電相關的技術進步極為迅速,已開發出多種將潮汐能轉變為機械能的機械設備,如螺旋漿式水輪機、軸流式水輪機、開敞環流式水輪機等,日本甚至開始利用人造衛星提供潮流信息資料。利用潮汐發電日趨成熟,已進入實用階段。
潮汐發電,作為一種清潔能源,在大力發展海洋經濟的今天,不僅得到政府部門的重視,更成為裝備制造企業進軍戰略性新興產業的新商機。潮汐能作為一種可再生能源,已成為"十二五"戰略性新興產業規劃中新能源的重要組成部分。與風能和太陽能相比,潮汐能更為可靠,其發電量不會產生大的波動,而且不占用農田、不污染環境,成本只有火電的八分之一,而中國的潮汐資源豐富,為發展潮汐發電提供了充足的機遇。隨著煤、石油、天然氣等傳統化石能源日益減少,能源短缺現象日益加重,人們紛紛將能源發展要點轉向面積更加遼闊的大海。潮汐發電具有資源豐富、儲備量大、可再生等特點,而且環保、無污染,成為開發"藍色能源"的要點。在大力發展海洋經濟的背景下,潮汐發電已經被我國列為"十二五"戰略新興產業規劃中新能源的重要組成部分,更是為裝備制造業進軍戰略性新興產業提供了巨大商機,發展潛力巨大。潮汐發電對自然條件和設備條件要求都比較高。潮汐發電是利用有潮汐的海灣、河口等有利地形,通過建筑攔水堤壩形成水庫,在壩中或壩旁放置水輪發電機組,利用潮汐漲落時潮位的落差推動水輪機旋轉,將海水的勢能和動能轉化為電能。此外,由于潮汐發電是以海水為介質,發電設備常年泡在海水中,因此對設備防腐蝕、防海生物附著等方面有嚴格要求。
我國潮汐能資源豐富,長達18000多公里的大陸海岸線,北起鴨綠江口,南到北侖河口,加上5000多個島嶼的14000多公里海岸線,共約32000多公里的海岸線中蘊藏著豐富的潮汐能資源。據不完全統計,全國潮汐能蘊藏量為1.9億千瓦,其中可供開發的約3850萬千瓦,年發電量870億千瓦時,大約相當于40多個新安江水電站。目前我國潮汐電站總裝機容量已有1萬多千瓦。根據中國海洋能資源區劃結果,我國沿海潮汐能可開發的潮汐電站壩址為424個,以浙江和福建沿海數量***多。
國外情況
國家或地區 | 地點 | 裝機容量(兆瓦) | 年發電量(萬兆瓦·小時) | 機組(臺) | 潮差(米) |
法國 | 朗斯 | 240 | 4.8 | 24 | 8 |
英國 | 塞泣河口灣 | 7200 | 1300 | 230 | 9.3 |
默西河口灣 | 620 | 120 | 21 | 6.7 | |
斯特蘭福德灣 | 53 | 53 | 31 | 3.1 | |
愛爾蘭 | 香農河口灣 | 318 | 71.5 | 30 | 3.8 |
印典 | 卡奇灣 | 600 | 160 | 43 | 5.2 |
韓國 | 加露林灣 | 480 | 120 | 32 | 4.6 |
巴西 | 巴岡加 | 30 | 5.5 | 2 | 4.1 |
美國 | 尼克灣 | 2220 | 550 | 80 | 7.8 |
加拿大 | 坎伯蘭灣 | 1147 | 342 | 37 | 10.5 |
魁北克灣 | 4028 | 1260 | 106 | 12.4 | |
安納波利斯羅爾 | 20 | 5 | 1 | 6.7 | |
俄羅斯 | 倫博夫斯基 | 400 | | | |
緬珍斯卡亞 | 15000 | 5000 | 800 | 9 | |
品仁 | 87000 | 20000 | | 13.5 |
前景
潮汐發電是一項潛力巨大的事業,據海洋學家計算,世界上潮汐能發電的資源量在10億千瓦以上,也是一個天文數字。經過多年來的實踐,在工作原理和總體構造上基本成型,可以進入大規模開發利用階段。潮汐發電的前景是廣闊的。
據估計到2000年全世界潮汐發電站的年發電量可達到3X1010~6X1010kw·h。潮汐電站除了發電外還有著廣闊的綜合利用前景,其中***大的效益是圍海造田、增加土地,此外還可進行海產養殖及發展旅游。正由于以上原因潮汐發電已倍受世界各國重視。
世界上適于建設潮汐電站的20幾處地方,都在研究、設計建設潮汐電站。其中包括:美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷圣約瑟灣、澳大利亞達爾文范迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨著技術進步,潮汐發電成本的不斷降低,進入21世紀,將不斷會有大型現代潮汐電站建成使用。
優點
1、潮汐能是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源。潮水每日漲落,周而復始,取之不盡,用之不竭。它完全可以發展成為沿海地區生活、生產和國防需要的重要補充能源。
2、它是一種相對穩定的可靠能源,很少受氣候、水文等自然因素的影響,全年總發電量穩定,不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。
3、潮汐電站不需淹沒大量農田構成水庫,因此,不存在人口遷移、淹沒農田等復雜問題。而且可用攔海大壩,促 淤圍墾大片海涂地,把水產養殖、水利、海洋化工、交通運輸結合起來,大 搞綜合利用。這對于人多地少、農田非常寶貴的沿海地區,更是個突出的優點。
4、潮汐電站不需筑高水壩,即使發生戰爭或地震等自然災害,水壩受到破壞,也不至于對下游城市、農田、人民生命財產等造成嚴重災害。
5、潮汐能開發一次能源和二次能源相結合,不用燃料,不受一次能源價格的影響,而且運行費用低,是一種經濟能源。但也和河川水電站一樣,存在一次投資大、發電成本低的特點。
6、機組臺數多,不用設置備用機組。
缺點
1、潮差和水頭在一日內經常變化,在無特殊調節措施時,出力有間歇性,給用戶帶來不便。但可按潮汐預報提前制定運行計劃,與大電網并網運行,以克服其間歇性。
2、潮汐存在半月變化,潮差可相差二倍,故保證出力、裝機的年利用小時數也低。
3、潮汐電站建在港灣???,通常水深壩長,施工、地基處理及防淤等問題較困難。故土建和機電投資大,造價較高。
4、潮汐電站是低水頭、大流量的發電形式。漲落潮水流方向相反,故水輪機體積大,耗鋼量多,進出水建筑物結構復雜。而且因浸泡在海水中,海水、海生物對金屬結構物和海工建筑物有腐蝕和沾污作用,放需作特殊的防腐和防海生物粘附處理。
5、潮汐變化周期為太陰日(24h50min),月循環約為14天多,每天高潮落后約50min,故與按太 陽日給出之日需電負荷圖配合較差。潮汐發電雖然存在以上不足之處,但隨著現代技術水平的不斷提高,是可以得到改善的。如采用雙向或多水庫發電、利用抽水蓄能、納人電網調節等措施,可以彌補第一個缺點;采用現代化浮運沉箱進行施工,可以節約土建投資;應用不銹鋼制作機組,選用乙烯樹脂系列涂料,再采用陰極保護,可克服海水的腐蝕及海生物的粘附。