潮汐能及其开发利用

（1）潮汐能的形成原理

由于受到太阳和月亮的引力作用，而使海水流动并每天上涨2次。当这种上涨接近陆地时，可能会因共振而加强。共振的程度视海岸情况而定。月球的引力大约是太阳引力的2倍，因为距离较近。伴随着地球的自转，海面的水位大约每天2次周期性地上下变动，这就是“潮汐”现象。海水水位具有按照类似于正弦的规律随时间反复变化的性质，水位达到最高状态，称为“满潮”；水位落到最低状态，称为“干潮”；满潮与干潮两者水位之差称为“潮差”。海洋潮汐的涨落变化形成了一种可供人们利用的海洋能量。

（2）潮汐能利用的历史和现状

人们对潮汐能的利用已经有很长的历史。早在900多年前，我国泉州就利用它来搬运石块以便在洛阳江上架桥。在15—18世纪，法、英等国曾在大西洋沿岸利用它来推动水轮机。20世纪出现了潮汐磨坊。那时还没有双向水轮机，只能利用一个方向（退潮时）的能量，因为较易控制。

现代潮汐能的利用主要是潮汐发电。世界最早的潮汐发电装置由法国于1913年在诺的斯特兰德岛上建造。1966年，法国又建造了世界上最大的240 MW朗斯潮汐电站，商业运营长达40年。加拿大于1979年在芬地湾的阿娜波利斯河口建造潮汐电站。采用环形全贯流式机组，单机容量20 MW，现状规划建造5000 MW的潮汐电站。我国1980年建造了3200 k W的江厦电站。此外，俄罗斯、英国、韩国、日本、印度、澳大利亚、意大利等国也在积极开发建造中。

（3）潮汐发电的特点

作为海洋能发电的一种方式，潮汐发电最早、规模最大、技术也最成熟。潮汐发电的特点如下：

①潮汐能是一种蕴藏量极大、用之不竭﹑取之不尽、不需开采和运输、不影响生态平衡、洁净无污染的可再生能源。潮汐电站的建设还具有附加条件少、施工周期短的优点。

②潮汐是一种相对稳定的可靠能源，不受气候、水文等自然因素的影响，不存在丰水年、枯水年和丰水期、枯水期。但是由于存在半月变化，超差可相差2倍，因此潮汐电站的装机利用小时较低。

③潮汐每天有两个高潮和两个低潮，变化周期较稳定，潮位预报精度较高，可按潮汐预报制订运行计划，安排日出力曲线，与大电网并网运行，克服其出力间歇性问题。随着技术的进步，要做到这一点并不难。

④潮汐发电时一次能源开发和二次能源转换相结合，不受一次能源价格的影响，发电成本低。随着技术的进步，其运行费用还将进一步降低。

⑤潮汐电站的建设，其综合利用效益极高，不存在淹没农田、迁移人口等复杂问题，而且可以促淤围造田，发展水草养殖、海洋化工、旅游及综合利用。

（4）潮汐发电技术的原理和类型

潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理相同，它是利具潮水的涨落产生的水位差所具有的势能来发电，也是把海水涨落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能的过程。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾（或河口）与外海隔开，围成水库，并在坝中或坝旁安装水轮发电机组，对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的潮差（即工作水头），从而可驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，就是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。潮汐能的能量与潮量及潮差成正比，或者说与潮差的平方及水库的面积成正比。潮汐能的能量密度较低，相当于微水头发电的水平。

由于潮水的流向与河水的流向不同，它是不断变换方向的，因此潮汐电站按照运行方式及设备要求的不同而出现的形式，大体上可以分为以下3类。

①单库单向式电站。只修建一座堤坝和一个水库，涨潮时开启闸门，使海水充满水库，平潮时关闭闸门，待潮落后库水位与外海潮位形成一定的潮差时发电；或者利用涨潮时水流由外海流向水库时发电，落潮后再开闸泄水。这种发电方式的优点是设备简单，缺点是不能连续发电（仅在落潮或涨潮时发电）。

②单库双向式电站。仅修建一个水库，但是由于采用了一定的水工布置形式，利用两套单向阀门控制两条引水管，在涨潮或落潮时，海水分别从不同的引水管道进入水轮机；或者采用双向水轮发电机组，因此电站既可在涨潮时发电，也能在水库内外水位基本相同的平潮时才不能发点。我国于1980年建成投产的浙江江厦潮汐实验电站就属于这种类型。

③多库联程式电站。在有条件的海域或河口，修建两个或多个水力相连的水库，其中一个作为高水库，仅在高潮位时与外海相通；其余为低水库，仅在低潮位与外海相通。水库之间始终保持一定水头，水轮发电机组位于两个水库之间的隔坝内，可保证其能连续不断地发电。这种发电方式，其优点是能够连续不断地发电，缺点是投资大，工作水头低。我国初步议论中的长江口北支流潮汐电站就属于这种形式。

（5）潮汐发电面临的技术挑战

①潮汐电站建在海湾河口，水深坝长，建筑物结构复杂，施工、地基处理难度大，土建投资高，一般占总造价的45%。传统的建设方法大多采用重力结构的当地材料坝或钢筋混凝土坝，工程量大，造价高。采用现代化浮运沉箱技术进行施工，可节省大量投资。

②在潮汐电站中，水轮发电机组约占电站总造价的50%，同时机组的制造安装也是电站建设工期的主要控制因素。由于潮汐落差不大，可利用的水头小，因此潮汐电站采用低水头、大流量的水轮发电机组。由于发电时储水库的水位海洋的水位都是变化的（海水由储水库流出，水位下降；因潮汐变化，海洋水位也变化），在超涨潮落过程中水流方向相反，水流速度也有变化，因此潮汐电站时在变工况下工作的，水轮发电机组的设计要考虑变工况、低水头、大流量及防海水腐蚀等因素，比常规水电站复杂，效率也低于常规水电站。大、中型电站由于机组台数较多，控制技术要求高。目前，全贯流式水轮发电机组由于其外形小、质量轻、效率高，在世界各国已得到广泛应用。

③由于海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀、沾污作用，因此电站需作特殊的防腐、防污处理。

④潮汐电站的选址较为复杂，既要考虑潮差、海湾地形及海底地质，又要考虑当地的海港建设、海洋生态环境保护。电站的海洋环境问题主要包括两个方面，一是电站对海洋环境的影响，如对水温、水流盐度分层、海滨产生的影响，这些变化会影响到附近地区浮游生物的生长及鱼类生活等；二是海洋环境对电站的影响，主要是泥沙冲淤问题，既与当地海水中的含沙量有关，又与当地的地形、波流等有关，关系较为复杂。