潮汐能 是指從海 水面早晚的漲落中獲得的能量 。在漲潮 或落潮 過程中,由海水進出水庫 帶動發電機 發電。
潮汐能 是一種水能 ,它将潮汐 的能量转换成电能及其它种有用形式的能源。第一座大型潮汐电站朗斯潮汐电站 于1966年投入使用。
虽然尚未得到广泛应用,潮汐能未来将有潜力发电 。潮汐比风能 和太阳能 具有更强的预测性。在可再生能源 的来源中,潮汐能历来都一直受限于高成本和(具有足够高的潮差和流速的)可行地点的局限性,因而进一步限制了其总体可行性。然而,许多新技术在设计(如:动态潮汐能 , 潮汐潟湖 )和涡轮机技术(如:新式轴流式轮机 、双击式水轮机 )上的开发和改进,表明潮汐能的总体可行性可以远高于之前的假设,同时经济和环境成本可以降到具有竞争力的水平。
历史上,潮水(动力)工厂 已在欧洲和北美的大西洋沿岸投入使用。其最早可追溯到中世纪 ,甚至古罗马时代 。[ 1] [ 2]
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为潮汐能。潮汐能是以势能 形态出现的海洋能 ,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能 。
发电方法
位於斯特兰福德湖 的世界上第一个商业规模的并网潮汐流发电机- SeaGen。[ 3] 明显的尾流 显示出潮汐流的力量。
潮汐发电可分为三种发电的方法:
潮汐流发电机
潮汐流发电机(Tidal stream generator ,TSGs)利用了流水的动能 驱动涡轮机,一种类似于风力涡轮机 利用流动空气的发电方式。和潮汐堰坝 相比,由於其低成本但低生态影响,这个方法受到越来越多國家的欢迎。一些潮汐发电机可以内置在现有桥梁的结构上,基本上没有涉及美观和實用的问题。
潮汐堰坝
潮汐堰坝利用了势能 在高低潮时的高度不同。堰坝本质上是横跨潮汐河口全宽的水坝 ,且受限于高昂的民用基础建设成本、全球短缺的可行地点以及环境问题。当使用潮汐堰坝发电,来自潮汐的势能通过专门的水坝战略布局被抓住。
动态潮汐能
DTP大坝俯视图。蓝色和暗红色分别表示潮汐高和低。
大多数的潮汐涡轮机和风力涡轮机很类似,常见的是HAWT -型。
(DTP)开发了潮汐流在势能和动能间的交互作用。该理论认为:从海岸一直延伸入大海建造(如:30~50公里长)大坝,无封闭区域。大坝的存在及规模引入了潮汐的相位差异 ,和当地的潮汐波长 相比,大坝的大小不容忽视。这导致整个大坝的液压压头 差异。大坝的水轮机被用来转换大量电能(每个大坝6000~15000兆瓦)。浅海沿海海域具有与海岸平行振荡的强大的潮汐波,如在英国、中国和韩国,因而大坝两侧水位会产生明显差异(至少2~3米)。
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。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。世界上潮差的较大值约为13~15m ,但一般说来,平均潮差在8m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获取能量,但具有各自独特的特征。
潮汐能主要的利用方式是发电。潮汐发电是利用海湾 或河口等地形,建筑水堤形成水库,以便大量蓄积海水,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。
潮汐 是一种世界性的海平面周期性变化的现象,由於受月球 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。
应用现状与应用前景
韩国始华湖潮汐电厂 ,世界最大的潮汐發電廠
到目前为止,由於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,由於潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点,人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。
海洋学家預估世界上潮汐能发电總量在1TW(10的12次方瓦特)以上。潮汐能普查计算的方法是,首先选定适于建潮汐电站的站址,再计算这些地点可开发的发电装机容量,叠加起来即为估算的總量。
20世纪初,欧、美一些国家开始研究潮汐发电。
第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国的朗斯潮汐电站(Rance Tidal Power Station )。该电站位於法国圣马洛湾 朗斯河 口。朗斯河口最大潮差13.4m,平均潮差8m。一道750m长的大坝横跨朗斯河。坝上是通行车辆的公路桥,坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。朗斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机,涨潮、落潮都能发电。总装机容量240 MW,年发电量1.8 GW,输入国家电网。
254 MW的韓國始华湖潮汐电厂 是世界上最大的潮汐電力設施。在2011年施工完成。[ 4] [ 5]
1968年,前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800KW的试验潮汐电站。
1980年,加拿大在芬地湾兴建了一座20MW的中间试验潮汐电站。那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。
江厦潮汐电站 ,位于中国 杭州 以南,自1985年以来一直运行,目前的装机容量为3.2 MW。还有更多的潮汐发电计划在鸭绿江 口附近。
Uldolmok Tidal Power Station 在韩国是一个潮汐电站潮汐发电项目,计划到2013年将逐步扩大到90兆瓦的产能。2009年5月的第一个1 MW已经被安装了。
世界上适于建设潮汐电站的20几处地方,都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括:美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、中国的乐清湾,印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步,潮汐发电成本的不断降低使进入21世纪後将不断会有大型现代潮汐电站的建成與使用。
潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国 、前苏联 、加拿大 、中国 和英国 等。潮汐发电是海洋能 中技术最成熟和利用规模最大的一种。
潮汐能的开发利用
潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、取之不盡且用之不竭的再生能源。在各种海洋能源中,潮汐能的开发利用最为现实、简便。
从总体上看,现今潮汐能开发利用的技术难题已基本解决,国際上都有许多成功的实例,技术更新也很快。
潮汐发电利用的是潮差势能,世界上最高的潮差也才10多米,因此不可能像一般水力发电那样利用几十米、百余米的水源发电,潮汐发电的水轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点,因此水轮做得较大。但水轮做大了,配套设施的造价也会相应增大。于是,如何解决这个问题,就成为反映其技术水平高低的一种标志。
潮汐发电虽然并不神秘,但仍须尊重客观规律,才能获得成功,取得良好效益。否则,光凭主观愿望和热情,虽然一时可以建成许多潮汐电站,但最后往往会因为实用价值不大而被放弃。
優缺點
優點
數量和產生時間通常都極容易預計。
间接使大气 中的二氧化碳 含量的增加速度减慢。
缺點
產生的能量會因時間和地點而有所不同。
有成本較高、技術複雜的缺陷。
有庫區淤積、設備腐蝕等問題。
有些地區漲退潮不明顯,發電效率不大。
参看
参考文献
供電
電學概念 能量來源
發電
輸電 故障 繼電保護 經濟與政策 統計