潮汐能发电tidal power generation

利用海洋潮汐涨、落所蓄存高位海水的落差，通过水轮发电机组转化为电能的过程。基本原理是，涨潮时，利用所建的坝、水闸阻水进库，外潮位不断升高，形成了库内、外的水位差，亦即位能差，此时开启水轮机闸门通流，以推动水轮机旋转发电。落潮时，关闭水闸，外潮位逐渐降低，又形成库内、外水位差，此时开机放流，水流又推动水轮发电机组旋转发电。
世界上第一座潮汐电站是1912年德国在石勒苏孟—荷尔斯尔斯太因州的布苏姆建成的。1967年法国建成总装机容量为24万千瓦的郎斯潮汐电站。此后，苏联、加拿大等国先后建立了规模较小的电站。中国的潮汐能资源理论蕴藏量为1.9亿千瓦，1958年开始至今已建成并正常运行的潮汐电站有15座，分布在广东、山东、江苏、浙江、广西和福建等省、自治区，规模都不大，装机容量从40千瓦至5000千瓦不等。
潮汐电站 由拦水坝、水闸、电站厂房、变电站等组成。
拦水坝用以挡水构成水库，按工程材料分，有土坝、堆石坝、混凝土坝和钢筋混凝土坝和橡胶坝等。橡胶坝结构简单，施工方便，工程量小，投资省，且可作为闸门泄水之用，挡水高度一般在7～8米内，仅适用于低水头的潮汐电站。
水闸用以控制水库进、出水量，包括电站正常发电时加速水库进、出水和洪、涝时加速库外排水之用。
电站厂房主要用于设置包括水轮发电机组、变电设备、中央控制和下层的水流通道等。潮汐电站的水轮发电机组目前主要有两种型式：灯泡贯流式和全贯流式。❶灯泡贯流式机组。是将水轮机和发电机连在一个轴上（或中间再用行星增速器连接），为防止发电机浸水，外部用钢板包围密封，形如灯泡，故称灯泡式。整个机组卧置于厂房下层的水流通道中，让水流推动水轮发电机组发电。其水流顺直，流路短，故水能损失少，发电效率高；同时机组外形较小，厂房紧凑，工程量、投资均较省。此种机组在各潮汐电站多年运行中，效果较好。
❷全贯流式机组。是将发电机的转子直接固接在水轮机转桨的末梢，定子则装嵌在转子外圈的流道壁上。水流通过流道时，推动水轮机并带动发电机转子旋转发电。这种机组同样须对发电机转子、定子加以密封，防其浸水，不仅可省掉灯泡贯流式机组的庞大灯泡外壳，还可能缩短一些流道长度和厂房宽度，节省工程量和投资，造价较灯泡贯流式机组约节约17%，且效率不低。
潮汐发电的开发方式 有以下四种基本型式：
单库单向型 只建一个水库，用水闸调节进、出水量，满足发电要求，其平面布置见图1。落潮单向发电运行方式是，涨潮时，开闸进水，平潮时关闸，落潮开始后，当库内、外形成一定水位差时开启水轮发电机组阀门，通流发电。如为涨潮单向发电方式，运行状况相反。单库单向型发电型式只须建一道坝闸，水轮发电机组结构简单，投资、工程量均较省，唯发电量和发电时间均较短，潮汐能未能充分利用，不能满足长时间用电的要求。

图1 单库单向潮汐电站示意图

单库双向型 建一个水库，在涨、落潮双向水流均能发电。双向发电可通过两种途径实现：一是在水轮发电机组结构上满足双向发电要求，但水流流道不变；二是在水工结构布置上提供条件，使水流来路改变，而水轮发电机组仍只是单向过流发电。双向发电的水工枢纽平面示意图见图2，这种形式在机组结构或水工结构上较单向发电形式复杂，工程量、投资较大，但发电量和每潮发电时间均较多，由于是单库，仍存在平潮时有间断发电的缺点。

图2 单库双向潮汐电站示意图

高、低库单向型 须建两个毗连的水库，水轮发电机组置于两库之间，如图3所示。其中左库边设有进水闸，当外潮位高于库水位时开闸引水入库，右库侧设泄水闸，在库水位高于外潮位时用于泄水出库。这样，左库水位总高于右库，故前者称为高库，后者称为低库。由于高、低库间始终保持有水位差，使水轮发电机组可连续不断发电。但这种型式须建立两道堤坝，两座水闸.因此工程量、投资均较大，且水库容积仅一半能起发电效用，可利用的水位差也较前两型为小，故发电量少，潮汐能未能充分利用。

图3 双库单向潮汐电站示意图

大、小库双向型 建两个单库双向型的毗连水库，并分别安装与其能量相当的机组和水闸。两库容积比约3:1，从而形成大、小库，运行时以大库发电为主，小库发电为辅。即大库发电时，小库停止发电并蓄能，当大库因平潮而间断发电时，由小库开机发电补偿，以达到两库互补连续发电的目的。该型的平面示意图见图4。如考虑其中部分机组大小两库可以共用，则可将共用机组联接到库侧的分叉管上，并各配置控制阀门，如图中虚线所示。这样可省去在库侧另行设置集水池等工程设施。大、小库双向型有利于解决单库潮汐电站间断性发电问题，且库的利用率和发电量均不低于单库双向型式。这种方式尚可扩大为不同地点的两座或多座单库双向电站的联合开发。如利用沿海各地间的潮时差(一般在1～3小时范围)，当甲电站因平潮而间断发电时，乙电站尚在发电时间，便可互相补偿而达到连续供电。如有更多座电站联合运行，则互补发电效用更大。

图4 大、小库双向型电站枢纽布置示意图

潮汐能发电尚须研究、改进的问题主要是：❶水轮电机组的结构形式和材料要更为便于制造，提高效率，降低造价；
❷水闸、堤坝、厂房等水工建筑物的结构形式和施工方法要更为便于施工，减少工程量、投资和工期；
❸为解决间断性发电问题的开发方式研究；
❹为解决水库泥沙淤积问题的电站科学运行方式和工程枢纽合理布置的研究。

潮汐能发电Tidal Power Plant

将海洋潮汐能转变成电能的发电方式。涨落的潮水中蕴藏的能量是巨大的，并且再生不绝。据估计，潮汐能理论蕴藏量达27亿千瓦，可能利用的有0.3亿千瓦。全世界有100多个地点被认为是潮汐发电站的潜在场所，其中适于大规模开发的最有利地点有28个。潮汐能发电原理同水力发电一样，是用堤坝将海湾或河口与海洋隔开，形成水库，利用涨落潮形成的水位差带动水轮发电机组发电。有三种类型：单库单向型、单库双向型和双库型。据统计，世界上已建成或计划建造的大型潮汐电站近30座。1967年建成的法国朗斯电站是世界上第一座成功的，也是目前世界上最大的潮汐能发电站，总装机容量24万千瓦，年发电量5.4亿度。中国1980年建成并发电的江厦电站，设计装机容量3000千瓦，年发电量116万度。目前，潮汐能发电需要解决的主要问题是泥沙淤积、设备腐蚀、生物污损和造价较昂贵。