新能源發(fā)電技術(shù) 第2版 教學(xué)課件 7潮汐能

第7講潮汐能發(fā)電§7.1潮汐與潮汐能人類很早就注意到了海水周期性的漲落現(xiàn)象。

我國(guó)古人把白天的海水漲落叫做“潮”，夜間的海水漲落叫做“汐”，合起來(lái)稱為“潮汐”。我國(guó)古代的科學(xué)家很早就認(rèn)識(shí)到潮汐和月亮有關(guān)。

我國(guó)東漢時(shí)期著名的思想家王充就說(shuō)過(guò)：“濤之興也，隨月盛衰”。唐代詩(shī)人張?zhí)撊粼谒摹洞航ㄔ乱埂分杏小按航彼B海平，海上明月共潮生”的詩(shī)句，也形象的反映出海潮和月亮的關(guān)系。后來(lái)人們還進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到潮水是一種“此盈彼竭，往來(lái)不絕”的波動(dòng)現(xiàn)象，“潮之漲退，海非增減，蓋月之所臨，則水往從之”§7.1.1潮汐的概念和形成原理現(xiàn)代對(duì)潮汐的認(rèn)識(shí)——潮汐是由于太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蚋魈幰Φ牟煌鸬暮Ｋ幸?guī)律的、周期性的漲落現(xiàn)象。太陽(yáng)和月球引起的海水上漲，分別稱為太陽(yáng)潮和太陰潮。太陽(yáng)和月球?qū)Φ爻芍苯菚r(shí)，太陽(yáng)潮的落潮和太陰潮的漲潮，二者共同作用，會(huì)相互抵消，形成潮勢(shì)較弱的小潮。初八、二十三，處處見海灘農(nóng)歷初一，太陽(yáng)和月球位于地球同側(cè)，三者近似成直線，

太陽(yáng)和月球的引力方向相同，合力最大，太陽(yáng)潮和太陰潮同時(shí)同地發(fā)生，就形成大潮。農(nóng)歷十五，太陽(yáng)和月球位于地球兩側(cè)，三者近似成直線，

面向月球的太陰潮和背離太陽(yáng)的太陽(yáng)潮共同作用，背離月球的太陰潮和面向太陽(yáng)的太陽(yáng)潮共同作用，也形成大潮。初一十五漲大潮

§7.1.2潮汐的描述和分類用于描述潮汐的各個(gè)要素如圖所示。海面的一漲一落兩個(gè)過(guò)程為一個(gè)潮汐循環(huán)。相鄰的兩次高潮（或低潮）間隔的平均時(shí)間，稱為潮汐的平均周期。按照一個(gè)太陰日（24h50min）里有幾個(gè)漲落周期，潮汐可分為半日潮、全日潮和混合潮三種類型?！?.1.3潮汐能資源及其分布潮汐現(xiàn)象在垂直方向上表現(xiàn)為潮位的升降，

在水平方向上表現(xiàn)為潮流的進(jìn)退。海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能和勢(shì)能稱為潮汐能。很多時(shí)候，將潮水流動(dòng)所具有的動(dòng)能稱為潮流能，而潮汐能特指海水漲落形成的勢(shì)能。在各種海洋能資源中，潮汐能不是最多的，但卻是目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下最為現(xiàn)實(shí)的一種?！?.1.3.1

世界潮汐能資源聯(lián)合國(guó)教科文組織的數(shù)據(jù)，全世界潮汐能的理論蘊(yùn)藏量約為30億千瓦（3×109kW）。估計(jì)技術(shù)上允許利用的約1億千瓦。有專家估計(jì)，其中可以開發(fā)的電量為2200億千瓦時(shí)。據(jù)中國(guó)商業(yè)情報(bào)網(wǎng)的預(yù)測(cè)研究報(bào)告，世界海洋潮汐能蘊(yùn)藏量約為27億千瓦（2.7×109kW），若全部轉(zhuǎn)換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬(wàn)億度（1.2×1012kWh）。潮汐能大小直接與潮差有關(guān)，潮差越大，能量也就越大。實(shí)踐證明，平均潮差≥3m才有經(jīng)濟(jì)效益，否則難于實(shí)用化?！?.1.3.1

世界潮汐能資源

§7.1.3.2

我國(guó)的潮汐能資源根據(jù)908專項(xiàng)任務(wù)“我國(guó)近海可再生能源調(diào)查與研究”中的一部分研究表明，我國(guó)近海潮汐能資源技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量大于500kW的壩址（韓家新，2014）共171個(gè)，總技術(shù)裝機(jī)容量為2282.91×104kW，年發(fā)電量約626.41×108kW·h。其中，大部分潮汐能資源主要集中在浙江和福建兩省，其潮汐能技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量為2067.34×104kW，年發(fā)電量為568.48×108kW·h，分別占全國(guó)可開發(fā)量的90.5%和90.73%。據(jù)《區(qū)劃》對(duì)中國(guó)沿岸130個(gè)水道計(jì)算統(tǒng)計(jì)，中國(guó)沿岸潮流能理論平均功率為1395×104kW。表7.1中國(guó)各主要河流的河口潮汐能資源理論蘊(yùn)藏量地點(diǎn)站址/個(gè)裝機(jī)容量/（104kW）占全國(guó)比重/％年發(fā)電量/（108kW*h）占全國(guó)比重遼寧2452.632.314.482.3河北10.090.00380.020.0027山東1317.990.793.600.58上海170.913.119.503.1浙江19856.8537.5235.6037.6福建641210.4653332.8753.13廣東2335.261.559.701.55廣西1635.151.549.661.54海南103.570.160.980.16全國(guó)1712282.91100.00626.41100.00表7.2中中國(guó)沿岸潮流能分布分區(qū)一類區(qū)Vm≥3.06二類區(qū)2.04≤Vm＜3.06三類區(qū)1.28≤Vm＜2.04理論功率（104kW）水道數(shù)遼寧老鐵山水道北側(cè)1

長(zhǎng)山東水道1、瓜皮水道1、三山水道1、小三山水道1113.055山東

北皇城北側(cè)1廟島群島諸水道3、東部沿岸3117.797長(zhǎng)江口

北港1、南槽1橫沙小港口1、北槽130.494浙江舟山的西侯門*、金塘水道*、龜山水道等*7、杭州灣口北部1、南匯至綠華1舟山諸水道*14、椒江口1舟山諸水道4、象山灣1、三門灣3、臺(tái)州灣2、樂清灣3709.0337福建三都澳內(nèi)三都角西北部*1三都島東部*2、閩江口1、海灘海峽南部1、大竹行門1沙?港2、興化港3、海灘海峽諸水道8128.0519臺(tái)灣

澎湖北部*6、澎湖南部4、臺(tái)灣島北段3、麟山鼻北1澎湖列島9、臺(tái)灣島西部11、三貂角東北1228.2535廣東

瓊州海峽東口水道1、外羅水道1珠江口1、粵西沿岸諸水道1437.6616廣西

珍珠港口大風(fēng)江口、龍門港1、防城港12.314海南

瓊州海峽東口南水道1澄邁灣口1、鶯歌海128.243全國(guó)11處（8.5％）41處（31.5％）78處（60％）1394.85130表中地名后數(shù)字為水道個(gè)數(shù)，水道名稱有*者為開發(fā)條件較好者表7.3中國(guó)各主要河流的河口潮汐能資源理論蘊(yùn)藏量河

流年潮汐能量/(108kW·h)堤

長(zhǎng)/km單位堤長(zhǎng)能量/(106kW·h/km)加權(quán)平均潮差/m錢塘江590.032.51

8155.00長(zhǎng)江78.036.02172.00珠江41.025.01641.00晉江33.011.22954.00閩江15.02.56003.00甌江12.05.02403.00鴨綠江10.95.51982.74合

計(jì)779.9117.73529—§7.2潮汐發(fā)電的特點(diǎn)§7.2.1潮汐發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)潮汐發(fā)電有很多優(yōu)點(diǎn)，主要包括：（1）潮汐能源可循環(huán)再生。（2）潮汐變化有規(guī)律，發(fā)電輸出沒有季節(jié)性。（3）靠近用電中心，不消耗燃料，運(yùn)行費(fèi)用低。（4）潮汐發(fā)電不排放有害物質(zhì)，不會(huì)污染環(huán)境。（5）潮汐電站建設(shè)不需淹地、移民，還可以綜合利用?！?.2.2潮汐發(fā)電的不足作為新興的電力能源，潮汐發(fā)電目前也存在一些不足。（1）發(fā)電出力有間歇性。（2）水頭低，發(fā)電效率不高。（3）工程復(fù)雜，建設(shè)投資大。（4）關(guān)于泥沙淤積問(wèn)題的疑慮。（5）對(duì)生物多樣性的影響。§7.2潮汐發(fā)電的特點(diǎn)§7.3

潮汐發(fā)電原理和電站構(gòu)成和內(nèi)陸河川的水力發(fā)電相比，潮汐能的能量密度很低，相當(dāng)于微水頭發(fā)電的水平。世界上平均潮差（是多次潮差的平均值，不是各地潮差的平均值）的較大值約為13～15m。我國(guó)的最大平均潮差出現(xiàn)在杭州灣瞰浦（為8.9m）。§7.3.1潮汐發(fā)電的原理

§7.3.1.1

潮汐發(fā)電的方式潮汐發(fā)電各種名稱的關(guān)系，如圖所示。漲潮和落潮時(shí)，潮汐發(fā)電的原理如圖所示?！?.3.1.2

潮汐電站的裝機(jī)容量和發(fā)電量電站的可能裝機(jī)容量，理論上可根據(jù)潮汐勢(shì)能大小計(jì)算。例如，半日潮的潮汐電站裝機(jī)容量P，可用公式計(jì)算：式中H——平均潮差（m）；

S——水庫(kù)平均面積（km2）。P=200H2S（千瓦）潮差/m可供發(fā)電最大功率/kW潮差/m可供發(fā)電最大功率/kW31

80079

80043

200812

80055

000916

20067

200102

000面積為1km2的水庫(kù)，落差為3～10米時(shí)，可供發(fā)電的最大功率如表所示。建潮汐電站時(shí)，年發(fā)電量可利用下面公式進(jìn)行計(jì)算：式中F——年度發(fā)電量(kW·h)；

a——單向發(fā)電時(shí)取0.40，雙向發(fā)電時(shí)取0.55；

H——平均潮差（m）；

S——平均水庫(kù)面積（km2）可用這個(gè)公式估算潮汐能蘊(yùn)藏量和潮汐電站的年發(fā)電量。F=aH2

S×106

§7.3.2潮汐電站的結(jié)構(gòu)潮汐電站的選址：潮汐電站可建在三角洲、河口、海灘或其它的受潮汐影響的海水伸展地帶，最好選在“口小肚大”的海灣上，這樣只要修建一個(gè)短短的大壩，就可以圍住很多海水，成為一個(gè)大水庫(kù)。潮汐電站的構(gòu)成：潮汐能電站是綜合的建設(shè)工程，主要由攔水堤壩、水閘和發(fā)電廠三部分組成。有通航要求的潮汐能電站還應(yīng)設(shè)置船閘?！?.4潮汐電站的類型（1）單庫(kù)單向潮汐電站圖7.7單庫(kù)單向式潮汐電站的布置（2）單庫(kù)雙向潮汐電站圖7.8單庫(kù)雙向式潮汐能發(fā)電站的布置§7.4潮汐電站的類型（3）雙庫(kù)連續(xù)發(fā)電潮汐電站圖7.9雙庫(kù)單向式潮汐能發(fā)電站的布置§7.4潮汐電站的類型§7.5潮汐發(fā)電的發(fā)展與現(xiàn)狀潮汐發(fā)電研究已有100多年歷史，最早從歐洲開始，德國(guó)和法國(guó)走在最前面。發(fā)電成為潮汐能利用的主要發(fā)展方向。19世紀(jì)末，法國(guó)工程師布洛克曾提出設(shè)想，在易北河下游興建潮汐能發(fā)電站。1912年世界上第一座潮汐能電站在德國(guó)建成。1913年法國(guó)的潮汐電站成功的進(jìn)行了發(fā)電試驗(yàn)，接著又在布列太尼半島興建了一座容量為1865kW

的潮汐電站?！?.5.1世界潮汐發(fā)電的發(fā)展直到1960s，潮汐發(fā)電才在世界范圍內(nèi)有了較快發(fā)展。法國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)、加拿大等國(guó)發(fā)展較快。1967年法國(guó)建成的朗斯電站，是世界上第一座具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生產(chǎn)性潮汐發(fā)電站，標(biāo)志著潮汐發(fā)電進(jìn)入了實(shí)用階段。前蘇聯(lián)、英國(guó)、美國(guó)、加拿大、瑞典、丹麥、挪威、印度等國(guó)，也都陸續(xù)研究，相繼建成一批潮汐發(fā)電站。聯(lián)合國(guó)《開發(fā)論壇》曾估計(jì)，2000年世界潮汐發(fā)電可達(dá)300至600億千瓦時(shí)，實(shí)際進(jìn)展卻沒有這么快。初步統(tǒng)計(jì)，全世界潮汐電站的總裝機(jī)為26.5萬(wàn)千瓦(265MW)?！?.5.2我國(guó)潮汐發(fā)電的發(fā)展1950s－1970s，先后建了約50座潮汐電站，但據(jù)1980s初的統(tǒng)計(jì)，其中大多數(shù)已經(jīng)不再使用。例如，1977年初廣西曾在欽州果子山建成一座小型的實(shí)驗(yàn)性潮汐電站，那里平均潮差只有2m，發(fā)電量不大，1983年發(fā)電機(jī)壞了以后，就停止了發(fā)電運(yùn)行，改用水輪機(jī)粉碎飼料，變成了潮汐動(dòng)力站，而其蓄水庫(kù)后來(lái)被改為蝦塘。

我國(guó)的潮差偏小，平均潮差都<5m，因而潮汐發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益不會(huì)太高，電站設(shè)計(jì)須著眼于大壩建造所帶來(lái)的交通、圍墾、灘涂等資源的綜合利用效益上。2010年11月，國(guó)家首批“海洋可再生能源專項(xiàng)資金項(xiàng)目”正式啟動(dòng)，乳山口4萬(wàn)千瓦級(jí)潮汐電站已開始勘查。表7.5我國(guó)長(zhǎng)期發(fā)電運(yùn)行的6座潮汐電站我國(guó)有6個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的潮汐電站，總裝機(jī)容量6MW左右，每年可發(fā)電1000多萬(wàn)千瓦時(shí)。站

名位

置潮差/m容量/MW開發(fā)方式投運(yùn)時(shí)間/年江廈浙江溫嶺縣樂清灣5.13.9單庫(kù)雙向1980幸福洋福建平潭縣平潭島4.51.28單庫(kù)單向1989瀏河江蘇太倉(cāng)縣瀏河口2.10.15單庫(kù)雙向1976海山浙江溫嶺縣樂清灣4.90.15雙庫(kù)單向1975岳浦浙江象山縣三門灣3.60.15單庫(kù)單向1971沙山浙江溫嶺縣樂清灣5.10.04單庫(kù)單向1961洛陽(yáng)古橋與潮汐福建泉州東郊的洛陽(yáng)江上，有座跨江接海的梁架式古石橋，

洛陽(yáng)橋，完全用大石頭砌成，長(zhǎng)834米、寬7米，“一望五里排琨瑤，行人不憂滄海潮”。洛陽(yáng)橋與盧溝橋、趙州橋、廣東廣濟(jì)橋并稱中國(guó)古代四大名橋。洛陽(yáng)橋建于北宋公元1053―1059年年間，原名“萬(wàn)安橋”，據(jù)史料記載，泉州太守蔡襄主持建橋時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的工匠就是利用當(dāng)?shù)馗哌_(dá)6米的大潮潮差，將幾十噸重的大石梁架到橋墩上去?！?.6潮汐與潮汐電站工程實(shí)例中國(guó)最大的潮汐電站

浙江溫嶺樂清灣的江廈潮汐發(fā)電站。500kW首臺(tái)機(jī)組1980

年發(fā)電，1985年年底5臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，6號(hào)機(jī)于2005年開始建設(shè)，2007年9月發(fā)電。共安裝1×500kW＋1×600kW＋4×700kW

＝3.9MW，世界排名第四。單庫(kù)雙向運(yùn)行，雙向貫流燈泡式機(jī)組，水庫(kù)面積1.58km2，平均潮差5m，最大潮差8.4m，與錢塘江最大平均潮差相當(dāng)，基本屬于半日潮。設(shè)計(jì)年發(fā)電量為1000萬(wàn)度。圖7.13浙江江廈潮汐電站世界上裝機(jī)容量最大的潮汐電站韓國(guó)的始話（Sihwa）潮汐能發(fā)電站是目前世界上裝機(jī)容量最大的潮汐電站。安裝了10臺(tái)燈泡式機(jī)組，總裝機(jī)容量為254MW，發(fā)電能力要略高于位于法國(guó)蘭斯的潮汐能發(fā)電站（240兆瓦），被譽(yù)為潮汐電站中的"三峽工程"。工程完工后，S