潮汐能

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(xiàn)象，早上的稱為潮，晚上的稱為汐。潮汐作為一種自然現(xiàn)象，為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便。這種現(xiàn)象主要是由月球、太陽的引潮力以及地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)所造成的。海水在運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能和勢能統(tǒng)稱為潮汐能。

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潮汐發(fā)電原理

潮汐發(fā)電與普通水力發(fā)電原理類似，通過出水庫，在漲潮時(shí)將海水儲(chǔ)存在水庫內(nèi)，以勢能的形式保存，然后，在落潮時(shí)放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

▲海水漲潮時(shí)水位高于水庫水位，海水向水庫流動(dòng)推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

▲海水退潮時(shí)水位低于水庫水位，水庫水向海洋流動(dòng)推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

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(fā)電的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)要適合低水頭、大流量的特點(diǎn)。

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潮汐電站的類型

利用潮汐發(fā)電必須具備兩個(gè)物理?xiàng)l件：首先潮汐的幅度必須大，至少要有幾米；第二海岸地形必須能儲(chǔ)蓄大量海水，并可進(jìn)行土建工程。即區(qū)域蘊(yùn)有足夠大的潮汐能是十分重要的。

潮汐電站可以是單水庫或雙水庫。單水庫潮汐電站只筑一道堤壩和一個(gè)水庫，雙水庫潮汐電站建有兩個(gè)相鄰的水庫。

單庫單向電站

在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，將海灣與外海分隔，形成水庫。在漲潮時(shí)開啟閘門將潮水充滿水庫，當(dāng)落潮外海潮位下降時(shí)，產(chǎn)生一定落差，利用該落差推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種電站只建造一個(gè)水庫，而且只在落潮時(shí)發(fā)電，稱為單庫單向發(fā)電。

右圖是單庫單向潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，運(yùn)行工況可分為以下四個(gè)步驟：

　　（a）充水：開啟水閘，水輪機(jī)停運(yùn)，庫外上漲的潮水經(jīng)水閘進(jìn)入水庫，至庫內(nèi)外水位齊平為止。

　　（b）等候：水閘關(guān)閉，水輪機(jī)停運(yùn)，水庫內(nèi)水位保持不變，庫外水位因退潮差下降，待庫內(nèi)外水位差達(dá)到一定水頭時(shí)，啟動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。

　　（c）發(fā)電：水庫的水向庫外流動(dòng)推動(dòng)機(jī)組發(fā)電，水庫水位下降，直至與外海潮位的水位差小于機(jī)組發(fā)電需要的最小水頭為止。

　　（d）等候：水輪機(jī)停運(yùn)，水庫水位保持不變，待庫內(nèi)外水位齊平后，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。

由于每晝夜?jié)q潮退潮各兩次，故單庫單向電站每晝夜發(fā)電兩次，停運(yùn)兩次，平均每日發(fā)電約9～11小時(shí)。由于采用單向機(jī)組，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電水頭較大，機(jī)組效率較高。也可采用漲潮時(shí)充水發(fā)電，退潮時(shí)泄水的形式。單庫單向電站多用于小型潮汐電站。

單庫雙向電站

為了在漲落潮時(shí)都能發(fā)電，則建造單庫雙向電站。在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，采用雙向發(fā)電的水輪發(fā)電機(jī)組使?jié)q落潮兩向均能發(fā)電。

右圖是單庫雙向潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，運(yùn)行工況可分為以下六個(gè)步驟：

　　（a）在海水開始漲潮時(shí)，庫外潮位與水庫水位之差不足以發(fā)電時(shí)，關(guān)閉閘門等待潮位上漲。

　　（b）庫外潮位上漲與水庫水位之差可以發(fā)電時(shí)，啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，閘門依然關(guān)閉。

　　（c）庫外潮位開始退潮，潮位與水庫水位之差不足以發(fā)電時(shí)停止水輪機(jī)發(fā)電，打開閘門讓海水進(jìn)入水庫，直至兩者水位相同時(shí)關(guān)閉閘門。

　　（d）水庫保持水位，直到潮位降至水庫水位以下可以發(fā)電時(shí) 。

　　（e）開啟水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，直到潮位重新上漲與水庫水位之差不可以發(fā)電時(shí)停止發(fā)電。

　　（f）打開閘門把水庫中的水泄入海中，直到直至兩者水位相同時(shí)關(guān)閉閘門。

　　關(guān)閉閘門后又進(jìn)入等待狀態(tài)，開始下一個(gè)循環(huán)。

單庫雙向電站每晝夜發(fā)電4次，停電4次，平均每日發(fā)電約14~16小時(shí)。跟單庫單向電站相比，發(fā)電小時(shí)數(shù)約增長1/3，發(fā)電量約增加1/5。但由于兼顧正反兩向發(fā)電，發(fā)電平均水頭較單向發(fā)電小，相應(yīng)機(jī)組單位千瓦造價(jià)比單向發(fā)電為高。設(shè)備制造和操作運(yùn)行技術(shù)要求也高，宜在大中型電站中采用。廣東省東莞市的鎮(zhèn)口潮汐電站及浙江省溫嶺市江廈潮汐電站，就是這種型式。

▲浙江省溫嶺市江廈潮汐電站

雙庫連續(xù)發(fā)電電站

在海灣或河口處建造相鄰的兩個(gè)水庫，各與外海用一個(gè)水閘相通，一個(gè)水庫（高水庫）在漲潮時(shí)進(jìn)水；一個(gè)水庫（低水庫）在退潮時(shí)泄水，在兩個(gè)水庫之間有中間堤壩并設(shè)置發(fā)電廠房相連通，譚老師地理工作室綜合整理在潮汐漲落中，控制進(jìn)水閘和出水閘，是高水庫與低水庫間始終保持一定落差，從而在水流由高水庫流向低水庫時(shí)連續(xù)不斷發(fā)電。

右圖是雙庫連續(xù)潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，首先高水庫在漲潮充滿水，低水庫在退潮時(shí)將水位泄至最低，開啟水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后以四個(gè)步驟進(jìn)行循環(huán)：

　　（a） 當(dāng)海水水位在高水庫水位與底水庫水位之間時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘與泄水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降，低水庫水位逐步上升。

　　（b）當(dāng)海水漲潮時(shí)水位高于高水庫水位，打開進(jìn)水閘，充水到與海水水位相同時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，低水庫水位繼續(xù)上升。

　　（c）海水退潮在水位低于高水庫水位與高于低水庫水位時(shí)，進(jìn)水閘與泄水閘處關(guān)閉狀態(tài)，由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降，低水庫水位繼續(xù)上升。

　　（d）海水退潮至低水庫水位以下時(shí)，打開泄水閘，將低水庫水位泄至海水水位時(shí)關(guān)閉泄水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降。

　　下步又進(jìn)入（a）步驟繼續(xù)循環(huán)。水閘與電站流量控制要點(diǎn)就是保持高水庫與低水庫間的落差，使水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。

雙庫連續(xù)發(fā)電電站的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但要把一個(gè)大海灣或河口分隔成兩個(gè)水庫，使可用水庫面積減小，而且工程建筑量大、分散、投資高。只有地形條件不用增建中間堤壩或少建中間堤壩，并利于布置廠房和水閘，才適合建設(shè)雙庫連續(xù)發(fā)電電站。

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潮汐能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu) 點(diǎn)

• 潮汐能是一種清潔、不污染環(huán)境、不影響生態(tài)平衡的可再生能源。潮水每日漲落，周而復(fù)始，取之不盡，用之不竭。它完全可以發(fā)展成為沿海地區(qū)生活、生產(chǎn)和國防需要的重要補(bǔ)充能源。

• 它是一種相對(duì)穩(wěn)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(fā)電量穩(wěn)定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。

• 潮汐電站不需淹沒大量農(nóng)田構(gòu)成水庫，因此，不存在人口遷移、淹沒農(nóng)田等復(fù)雜問題。而且可用攔海大壩，促淤圍墾大片海涂地，把水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利、海洋化工、交通運(yùn)輸結(jié)合起來，大搞綜合利用。這對(duì)于人多地少、農(nóng)田非常寶貴的沿海地區(qū)，更是個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。

• 潮汐電站不需筑高水壩，即使發(fā)生戰(zhàn)爭或地震等自然災(zāi)害，水壩受到破壞，也不至于對(duì)下游城市、農(nóng)田、人民生命財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重災(zāi)害。

• 潮汐能開發(fā)一次能源和二次能源相結(jié)合，不用燃料，不受一次能源價(jià)格的影響，而且運(yùn)行費(fèi)用低，是一種經(jīng)濟(jì)能源。但也和河川水電站一樣，存在一次投資大、發(fā)電成本低的特點(diǎn)。

缺 點(diǎn)

• 潮差和水頭在一日內(nèi)經(jīng)常變化，在無特殊調(diào)節(jié)措施時(shí)，出力有間歇性，給用戶帶來不便。但可按潮汐預(yù)報(bào)提前制定運(yùn)行計(jì)劃，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，以克服其間歇性。

• 潮汐存在半月變化，潮差可相差二倍，故保證出力、裝機(jī)的年利用小時(shí)數(shù)也低。

• 潮汐電站建在港灣海口，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(jī)電投資大，造價(jià)較高。

• 潮汐電站是低水頭、大流量的發(fā)電形式。漲落潮水流方向相反，故水輪機(jī)體積大，耗鋼量多，進(jìn)出水建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且因浸泡在海水中，海水、海生物對(duì)金屬結(jié)構(gòu)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。

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試題鏈接

圖19為“浙江省簡圖及江廈潮汐發(fā)電站位置圖”，下表為“世界著名潮汐發(fā)電站重要指標(biāo)對(duì)比表”，讀圖回答下列問題。

（1）浙江海岸的主要特點(diǎn)是____________，開發(fā)利用的方向主要是______。

（2）舟山群島漁業(yè)資源豐富,形成條件主要有____________。

（3）潮汐電站的發(fā)電量主要取決于____________等因素。

（4）從大壩選址、海灣形態(tài)、市場需求等方面分析我國建設(shè)江夏潮汐試驗(yàn)電站的有利條件。

答案

（1）海岸線曲折；多港灣、島嶼 建港口，發(fā)展海洋運(yùn)輸；發(fā)展海洋旅游

（2）淺海大陸架，陽光充足，光合作用強(qiáng)；寒暖流交匯，餌料豐富；入海徑流帶來豐富營養(yǎng)鹽類。

（3）平均潮差、庫區(qū)面積、裝機(jī)容量

（4）大壩位于海灣狹窄處，工程量小；海灣呈喇叭口狀，有助于產(chǎn)生足夠大的潮差；所在地能源供應(yīng)緊張