潮汐能的优点和缺点

简介

潮汐能是指海水上升和下降形成的水的势能。其利用原理与水力发电相似。潮汐能是势能形式的海洋能，是指海水涨落形成的水的势能和动能。它包括潮汐和潮流中包含的能量。潮汐在波动中包含巨大的能量。这种能量是永恒的，无污染的。

应用

海潮中有大量的能量。在涨潮过程中，汹涌的海水具有很大的动能，随着海水水位的上升，海水的巨大动能转化为势能；退潮过程中，海水冲走，水位逐渐下降，势能转化为动能。世界上最大潮差约为13-15m，但一般来说，3m以上的平均潮差具有实际应用价值。潮汐能因地而异。不同的地区通常有不同的潮汐系统。它们都从深潮波中获取能量，但它们有自己独特的特征。尽管潮汐非常复杂，但在任何地方都可以准确预测。潮汐能主要用于发电。潮汐发电利用有利的地形，如海湾和河口，建造水堤和水库，以积累大量海水，并在大坝内或大坝附近建造水力发电站，通过水力发电机组发电。只有在有大潮且能量集中，且地理条件适合建造潮汐发电站的情况下，才有可能从潮汐中提取能量。虽然这样的地点不是到处都有，但世界上许多国家已经选择了相当数量的地点来发展潮汐发电站。

意义

开发潮汐能等新能源可以间接减缓大气中二氧化碳含量的增加。潮汐是海平面周期性变化的世界性现象。由于月球和太阳这两个万有引力源的影响，海平面每天昼夜波动两次。潮汐作为一种自然现象，为人类航海、捕鱼和晒盐提供了便利。更重要的是，它还可以转换成电能，给人类带来光明和力量。

来源

潮汐能是潮汐现象产生的能量，与天体重力有关。地球-月亮-太阳系统的吸引力和热能是潮汐能的来源。

生成类型

潮汐能是地球岩石圈、水圈和大气中由太阳和月球的潮汐力引起的周期性运动和变化的总称。由每日和每月的潮汐力引起的固体地球的弹塑性变形称为固体潮汐能。

作为一门完整的潮汐科学，它的研究对象应该是地球潮汐、海洋潮汐和气体潮汐作为一个统一的整体。然而，由于海潮现象的明显及其与人们生活、经济活动和交通运输的密切关系，潮汐能一词通常被狭义地理解为海潮。

现象

真实月球重力和平均重力之间的差异被称为扰动力，扰动力的水平分量迫使海水向地球和月球之间的连接处移动，并产生一个水峰。与高潮相对应的水峰每24小时50分钟出现两次(即地球同一经度从第一次到第二次面对月球所需的时间)，即月球导致海水每12小时25分钟泛滥一次，这称为半日潮。

潮汐导致海平面周期性地上升和下降。当满月和新月在一月时，太阳、地球和月亮是对齐的。这时，由于太阳和月亮的重力积累，产生的潮汐高于正常情况，这就是所谓的大潮。当地球、月球、地球和太阳形成一个直角时，重力相互抵消，产生的潮汐很低，这就是小潮。平均潮汐距离因地而异。例如，一些地区的海岸线会引起共振并增加潮差，而其他地区的海岸线会减少潮差。科里奥利力是影响潮汐距离的另一个因素，它源于流体流动的角动量守恒。如果洋流在北半球向北流动，它的运动接近地球的旋转轴，因此角速度增加。因此，洋流倾向于向东流动，即东海岸的海水较高。同样，如果北半球的水流流向南方，西海岸的海水就更高。

发电原理

潮汐发电的主要原理是利用天体潮汐力引起的海水水平流动的动能来产生电能。

生成形式

潮汐流不同于河水流。它不断改变方向。潮汐发电有以下三种形式:

单水库单向电站在高潮(或低潮)时只使用一个水库发电。中国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。

单水库双向电站使用一个水库，但它能在高潮和低潮时发电，但不能在正常潮汐时发电。广东省东莞市镇口潮汐电站和浙江省温岭市江夏潮汐电站就是这种类型。

双水库双向电站利用两个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在退潮时排水。因此，前一个水库的水位总是高于后一个水库。因此，前者称为上储层，后者称为下储层。水轮发电机组位于两座水库之间的大坝中。这两座水库总是保持水位差，所以它可以全天发电。

优点和缺点

利用潮汐能的主要方式是发电。潮汐发电的原理与常规水力发电相似。它利用潮汐涨落产生的水位差的势能来发电。区别在于海水和河水的不同。积聚的海水有一个小的下降，但流速很大，而且是间歇性的。因此，潮汐式水轮机的结构应适合低水头、大流量的特点。具体来说，就是在有条件的海湾或潮汐河口建造水坝、闸门和工厂，将海湾(或河口)与公海分开，形成水库，并在水坝或发电站工厂安装水轮发电机。海洋潮位的周期波动过程曲线类似于正弦波。水闸开关得当，使水库水位的变化滞后于海面的变化。水库水位与外海的海平面将形成一定的高度差(即工作水头)，从而驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，它是通过水力发电机组将海水的势能和动能转化为电能的过程。中国潮汐能资源的特点

1)储量非常可观。

(2)中国潮汐能资源的地理分布很不均匀。沿海潮差在东海最大，其次是黄海，在渤海南部和南海最小。钱塘江河口潮汐能资源最丰富，其次是长江口，其次是珠江、锦江、闽江和瓯江河口。从区域上看，它主要集中在中国东部沿海地区，福建、浙江和上海是长江的北支，*国可开发潮汐能的88%。

(3)在地形和地质方面，中国沿海地区主要为平原型和港湾型，以杭州湾为界。杭州湾以北大部分属于平原海岸，海岸线笔直，地势平坦，沙或粉砂成分多，潮差小，缺乏优越的港口坝址。杭州湾以南有许多海湾和海岸，地形陡峭，海岸线蜿蜒，坡度陡，水深深，海湾和海岸之间的潮差大，发电坝址优越。然而，福建和福建的沿海地区都是泥泞的港口。虽然潮汐能资源丰富，但发展仍有很大困难。研究和解决水库泥沙淤积问题十分必要。

开发利用

潮汐能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，不消耗燃料、污染、洪水或干水。在各种海洋能源中，潮汐能是最现实、最便于开发利用的。中国早在20世纪50年代就开始使用潮汐能。在这方面，中国是世界上起步较早的国家。福建省边军潮汐涡轮泵站建于1956年，利用潮汐作为动力来抽水和灌溉田地。到1958年，潮汐发电站已经在全国各地蓬勃发展。根据1958年10月举行的“第一次全国潮汐发电会议”的统计，已建成41座潮汐发电站，88座仍在建设中。装机容量从144千瓦到只有5千瓦不等。主要用于照明和驱动小型农业设施。例如，浙江省温岭县沙山潮汐电站建于1959年，1961年又扩建为电站，装机容量仅为40千瓦，年发电量为10万千瓦。原建设改造总投资仅为4万元(人民币，下同)。根据1986年的统计，其累计发电收入超过投资10倍以上。中国目前仍有近10座潮汐电站在运行，其中浙江乐清湾江夏潮汐电站的造价相当于一座600千瓦以下的小水电站。第一台机组于1980年开始发电，并于1985年底完全完工。年发电量可达1070万千瓦时，每千瓦时电价仅为0.067元。每年其自身的经济效益，包括发电67万元，水产养殖74万元，土地复垦190万元，总计可达330万元。按5元计算，社会效益可达5000万元，每千瓦时可产生社会产值。这是中国和亚洲最大的潮汐发电站，在世界上排名第三，仅次于法国的朗斯潮汐发电站和加拿大的安纳波利斯潮汐发电站。

潮汐能是潮差所拥有的势能。开发利用的基本方式类似于修建水电站:首先在海湾或河口修建大坝，涨潮时打开大坝将水引入水库，退潮时放水驱动水轮发电机组发电。这被称为“单水库单向发电”。这种发电站只能在低潮时发电，每天两次，每次最多5小时。

为了提高潮汐的利用率，使涨潮和退潮都能发电，人们使用了巧妙的回路设施或双向水轮发电机组来在涨潮和退潮时发电。这就是所谓的“单水库双向发电”，上面提到的江夏潮汐电站就是这种类型。

然而，这两种类型都不能在正常潮汐条件下(没有水位差)或当潮汐停止时水库中的水被排干时以相对稳定的电压发电。因此，人们提出了配置两个不同高度的水库进行双向发电的想法，这就是所谓的“两库双向发电”。这种方法不仅可以在整个涨落过程中连续发电，而且可以使功率输出相对稳定。它特别适用于那些孤立的岛屿，这样这些岛屿可以在任何时候都有稳定的电力供应而不会中断。例如，浙江省玉环县毛焰岛上的海山潮汐电站就是这种类型。它有两个潮汐水库，并配备了一个小型抽水蓄能电站。通过这种方式，它可以每月发电25天，发电量为10，000千瓦小时。为了泵送和储存能量，它使用5000千瓦时的电力，每月花费3千瓦时至1千瓦时，以获得电力供应的连续性和平衡，因此存在一定量的电力损失。

总的来说，潮汐能开发利用的技术难题已经基本解决。国内外有许多成功的例子，技术更新也很快。

法国的朗斯潮汐发电站是外国技术进步的象征，建于1968年，配备了24个灯泡式发电机组，能够正反向发电。它的转轮直径为5.35米，单机容量为1万千瓦，年发电量为5.4亿千瓦小时。加拿大安纳波利斯潮汐电站建于1984年，配备了一台20，000千瓦的单向水轮机组，容量为世界之最。赛跑运动员的直径是7.6米。发电机转子位于涡轮叶片的外缘。采用了新的密封技术。冷却速度快，效率高，成本比法国灯泡机组低15%，维修也非常方便。在中国自行设计的潮汐电站中，江夏电站更正式，技术更成熟。该电站最初设计安装6个灯泡机组，每台容量为500千瓦，但实际上只安装了5个机组，总容量为3200千瓦。单机容量有500千瓦、600千瓦和700千瓦三种规格，转轮直径为2.5米。在防止近海建筑物和装置的腐蚀以及海洋生物的附着方面，相对先进的方法也取得了良好的效果。特别是后两台机组已达到国外先进技术水平，具备双向发电、排水和抽水蓄能等多种功能。采用技术含量较高的行星齿轮增速传动机构，不仅不需要增加单位体积，而且增加了发电功率，降低了建设成本。

潮汐发电利用潮汐势能，世界上最高的潮差只有10米多。在中国，潮差只有9米高。因此，不可能像水力发电那样用几十米或100米以上的水头发电。潮汐发电用的汽轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点，而且汽轮机组较大。然而，随着水轮变得越来越大，配套设施的成本也会相应增加。因此，如何解决这个问题已经成为反映其技术水平的标志。1974年投产的广东甘珠滩洪超电站就是一个成功的例子。它的特点是洪超和存储。只要有0.3米的落差，它就能发电。甘珠滩电站总装机容量5000千瓦，年均发电量1030万千瓦小时。其转轮直径为3米，采用大量水泥替代构件，成本相对较低，对民营小型潮汐电站具有重要的借鉴意义。