潮汐能发电的原理是什么？ - 海洋电力生成

不利于团结的话不要讲 · 发表于海洋科普 2024-4-18 14:55:04

潮汐发电（一种水力发电的形式）

潮汐发电是一种水力发电的形式，利用潮汐水流的移动，或是潮汐海面的升降，自其中取得能量。虽然尚未被广泛使用，潮汐发电对于未来的电力供应有很好的潜力。此外它比风能、太阳能更容易预测，在欧洲利用潮汐推动磨坊已经有上千年的历史，主要用于研磨谷物。

简介

潮汐发电

潮汐发电主要有两种形式。

利用潮差和潮流量发电。如建筑拦潮坝，利用潮水涨落的水能推动水轮发电机组发电。

所属学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）

利用潮汐涨落形成的水位差，冲击水轮机，并带动发电机发电的作业。

所属学科：资源科技（一级学科）；海洋资源学（二级学科）

发电原理

潮汐发电是水力发电的一种。

潮汐能

在海湾或感潮河口，可见到海水或江水每天有两次的涨落现象，早上的称为潮，晚上的称为汐。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便。这种现象主要是由月球、太阳的引潮力以及地球自转效应所造成的。涨潮时，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高，动能转化为势能。落潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，势能又转化为动能。海水在运动时所具有的动能和势能统称为潮汐能。潮汐是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。建设潮汐电站，不需要移民，不淹没土地，没有环境污染问题，还可以结合潮汐发电发展围垦、水生养殖和海洋化工等综合利用项目。

利用

潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。

潮汐发电是水力发电的一种。在有条件的海湾或感潮口建筑堤坝、闸门和厂房，围成水库，水库水位与外海潮位之间形成一定的潮差(即工作水头)，从而可驱动水轮发电机组发电。

与潮汐发电相关的技术进步极为迅速，已开发出多种将潮汐能转变为机械能的机械设备，如螺旋浆式水轮机、轴流式水轮机、开敞环流式水轮机等，日本甚至开始利用人造卫星提供潮流信息资料。利用潮汐发电日趋成熟，已进入实用阶段。

发电形式

潮汐电站可以是单水库或双水库。单水库潮汐电站只筑一道堤坝和一个水库，双水库潮汐电站建有两个相邻的水库。

单库单向电站

即只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电，中国浙江省温岭县沙山潮汐电站就是这种类型。

单库双向电站

用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在平潮时不能发电，广东省东莞县的镇口潮汐电站及浙江省温岭县江厦潮汐电站，就是这种型式。

双库双向电站

它是用二个相邻的水库，使一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，这样前一个水库的水位总比后一个水库的水位高，故前者称为上水库，后者称为下水库。水轮发电机组放在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故可以全天发电。

优点

可再生能源

潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始，取之不尽，用之不竭。它完全可以发展成为沿海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源。

发电量稳定

它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。

建设方便

潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。而且可用拦海大坝，促淤围垦大片海涂地，把水产养殖、水利、海洋化工、交通运输结合起来，大搞综合利用。这对于人多地少、农田非常宝贵的沿海地区，更是个突出的优点。

减低灾害

潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。

发电成本低

潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低的特点。每度电的成本只相当火电站的八分之一。

机组多

机组台数多，不用设置备用机组。

缺点

间歇性

潮差和水头在一日内经常变化，在无特殊调节措施时，出力有间歇性。但可按潮汐预报提前制定运行计划，与大电网并网运行，以克服其间歇性。

潮差

潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用小时数也低。潮汐变化周期为太阴日（24h50min），月循环约为14天多，每天高潮落后约50min，故与按太阳日给出之日需电负荷图配合较差。

造价高

潮汐电站建在港湾海口，通常水深坝长，施工、地基处理及防淤等问题较困难。故土建和机电投资大，造价较高。

设备易被腐蚀

潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，敌水轮机体积大，耗钢量多，进出水建筑物结构复杂。而且因浸泡在海水中，海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀和沾污作用，放需作特殊的防腐和防海生物粘附处理。

应用前景

（图）法国朗斯电站

利用潮汐发电日趋成熟，已进人实用阶段。在欧洲利用潮汐推动磨坊已经有上千年的历史，主要用于研磨谷物。

20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。

1913年，德国在北海海岸建立了世界上第一座潮汐发电站。

第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。

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800千瓦的试验潮汐电站。

1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。

2012年7月26日，美国首个商用潮汐发电计划在缅因州启动。该能源系统最初将只能为75-100户家庭提供足够电力，但是他们计划未来可以向1200户家庭和商业机构提供电力。鉴于缅因州东港在2010年人口只有1131人，这项计划将会使其成为国内能源与城市的完美结合体。

中国应用

据不完全统计，全国潮汐能蕴藏量为1.1亿千瓦，其中可开发的约3850万千瓦。

使用历史

潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。

20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。1913年德国在北海海岸建立了第一座潮汐发电站。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13．4米，平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。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。郎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24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。

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800千瓦的试验潮汐电站。1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。试验电站、中试电站，那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。

由于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，由于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。

1957年我国在山东建成了第一座潮汐发电站。1978年8月1日山东乳山县白沙口潮汐电站开始发电，年发电量230万千瓦时。1980年8月4日我国第一座“单库双向”式潮汐电站──江厦潮汐试验电站正式发电，装机容量为3000千瓦，年平均发电1070万千瓦时，其规模仅次于法国朗斯潮汐电站（装机容量为24万千瓦，年发电5．4亿千瓦时），是当时世界第二大潮汐发电站。

简单地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝，形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水轮机时推动水轮发电机组发电。从能量的角度说，就是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机转化为电能。

在全球范围内潮汐能是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种，潮汐发电在国外发展很快。欧洲各国拥有浩瀚的海洋和漫长海岸线，因而有大量、稳定、廉价的潮汐资源，在开发利用潮汐方面一直走在世界前列。法、加、英等国在潮汐发电的研究与开发领域保持领先优势。

中国海岸线曲折漫长，主要集中在福建、浙江、江苏等省的沿海地区。中国潮汐能的开发始于20世纪50年代，经过多年来对潮汐电站建设的研究和试点，我国潮汐发电行业不仅在技术上日趋成熟，而且在降低成本，提高经济效益方面也取得了较大进展，已经建成一批性能良好、效益显著的潮汐电站。

电力供应不足作为制约我国国民经济发展的重要因素，尤其是在东部沿海地区。而潮汐能具有可再生性、清洁性、可预报性等优点，在我国优化电力结构，促进能源结构升级的大背景下，发展潮汐发电顺应社会趋势，有利于缓解东部沿海地区的能源短缺。潮汐电站建设可创造良好的经济效益、社会效益和环境效益，投资潜力巨大。

详细资料

潮汐规律

潮汐的发生也是有规律的。潮汐的发生和太阳，月球都有关系，也和我国传统农历对应。在农历每月的初一即朔点时刻处太阳和月球在地球的一侧，所以就有了最大的引潮力，所以会引起“大潮”，在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”；在月相为上弦和下弦时，即农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”，故农谚中有“初一十五涨大潮，初八二十三到处见海滩”之说。另外在第天也有涨潮发生，由于月球每天在天球上东移13度多，合计为50分钟左右，即每天月亮上中天时刻（为1太阴日=24时50分）约推迟50分钟左右，（下中天也会发生潮水每天一般都有两次潮水）故每天涨潮的时刻也推迟50分钟左右。

我国劳动人民在千百年来总结经验出来许多的算潮方法（推潮汐时刻）如八分算潮法就是其中的一例：简明公式为：

高潮时=0.8h×[=0.8h×[农历日期----1(或16)]+高潮间隙

上式可算得一天中的一个高潮时，对于正规半日潮海区，将其数值加或减12时25分(或为了计算的方便可加或减12时24分)即可得出另一个高潮时。若将其数值加或减6时12分即可得低潮出现的时刻——低潮时。但由于，月球和太阳的运动的复杂性，大潮可能有时推迟一天或几天，一太阴日间的高潮也往往落后于月球上中天或下中天时刻一小时或几小时，有的地方一太阴日就发生一次潮汐。故每天的涨潮退潮时间都不一样，间隔也不同。

发电条件

利用潮汐发电必须具备两个物理条件：首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米；第二海岸地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。即区域蕴有足够大的潮汐能是十分重要的，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资源量。

潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理是相近的，即在河口或海湾筑一条大坝，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦海大坝里。由于海水潮汐的水位差远低于一般水电站的水位差，所以潮汐电站应采用低水头、大流量的水轮发电机组。全贯流式水轮发电机组由于其外形小、重量轻、管道短、效率高已为各潮汐电站广泛采用。

使用状况

国内情况

潮汐发电，作为一种清洁能源，在大力发展海洋经济的今天，不仅得到政府部门的重视，更成为装备制造企业进军战略性新兴产业的新商机。潮汐能作为一种可再生能源，已成为"十二五"战略性新兴产业规划中新能源的重要组成部分。与风能和太阳能相比，潮汐能更为可靠，其发电量不会产生大的波动，而且不占用农田、不污染环境，成本只有火电的八分之一，而中国的潮汐资源丰富，为发展潮汐发电提供了充足的机遇。随着煤、石油、天然气等传统化石能源日益减少，能源短缺现象日益加重，人们纷纷将能源发展重点转向面积更加辽阔的大海。潮汐发电具有资源丰富、储备量大、可再生等特点，而且环保、无污染，成为开发"蓝色能源"的重点。在大力发展海洋经济的背景下，潮汐发电已经被我国列为"十二五"战略新兴产业规划中新能源的重要组成部分，更是为装备制造业进军战略性新兴产业提供了巨大商机，发展潜力巨大。潮汐发电对自然条件和设备条件要求都比较高。潮汐发电是利用有潮汐的海湾、河口等有利地形，通过建筑拦水堤坝形成水库，在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时潮位的落差推动水轮机旋转，将海水的势能和动能转化为电能。此外，由于潮汐发电是以海水为介质，发电设备常年泡在海水中，因此对设备防腐蚀、防海生物附着等方面有严格要求。

我国潮汐能资源丰富，长达18000多公里的大陆海岸线，北起鸭绿江口，南到北仑河口，加上5000多个岛屿的14000多公里海岸线，共约32000多公里的海岸线中蕴藏着丰富的潮汐能资源。据不完全统计，全国潮汐能蕴藏量为1.9亿千瓦，其中可供开发的约3850万千瓦，年发电量870亿千瓦时，大约相当于40多个新安江水电站。目前我国潮汐电站总装机容量已有1万多千瓦。根据中国海洋能资源区划结果，我国沿海潮汐能可开发的潮汐电站坝址为424个，以浙江和福建沿海数量最多。

浙江沿海

根据浙江省政府发布的《浙江省海洋功能区划》，全省的海洋能利用区包括潮汐能区4个，重点区域为南田岛湾潮汐能区、三门湾潮汐能区、江厦潮汐能区、海山潮汐能区；潮流能区1个，即龟山水道潮流能区，所在的舟山群岛占我国潮流能量的一半左右，开发潜力较大。

据了解，浙江近岸均为强潮区。浙江沿海平均潮差为4.29米，潮汐能理论装机容量为2896万千瓦，可开发的潮汐能装机容量为880万千瓦，约占全国总量的40%；沿海平均波高为1.3米，理论波浪能密度为5.3千瓦/米，可装机容量为250万千瓦，波浪能占全国总量的16.5%。

福建省

1980年12月16日，福建省水电厅、省水利科研所、省农机科研所等单位组织技术人员到平潭调查潮汐能源。1983年10月，省科委决定在平潭县幸福洋垦区的小结屿海堤内侧建设潮汐发电站。工程由福建省水利电力勘测设计院设计，平潭县幸福洋试验潮汐电站工程指挥部施工。潮汐电站以垦区的排洪沟和深水养殖池(面积73公顷)，作为蓄水水库，库容量为167万立方米，有效库容量133万立方米，采用单向退潮发电。

1984年10月，动工围埝和基础开炸。在小结屿岸边，动工兴建主副厂房，其中主厂房建筑面积522.7平方米，副厂房184.4平方米。机组安装高程为-3.8米，装置水轮机和发电机各4台。水轮机为国产贯流式GDBWS-190型，轴功率381.71千瓦，转速155转/分，效率83%。发电机为交流同步水轮TSWN99/37-12型，容量320千瓦，额定电压400伏，额定电流577安，转速500转/分。设备操作层的高程为-1.55米，其中设置调速器、控制屏、动力屏、恒电位器等。内设中央控制室、主变间、厂内变电室及10千伏开关柜等。电站的输电线路为10千伏二回路，一回路经标准砂厂至县城，长13公里；另一回路经中楼乡与县电网连接，长12公里。

1988年主体工程竣工，1989年6月12日验收，9月与县网并网发电。电站总装机容量1280千瓦，日发电2次10小时，设计年发电量315.17万千瓦时，当年发电2.28万千瓦时。总投资530万元。1991年7月，因电机锈蚀而停役维修。此后时停时发，发电时限短，且不稳定。1995年发电量2.25万千瓦时。

前景

潮汐发电是一项潜力巨大的事业，据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。经过多年来的实践，在工作原理和总体构造上基本成型，可以进入大规模开发利用阶段。潮汐发电的前景是广阔的。

据估计到2000年全世界潮汐发电站的年发电量可达到3X1010～6X1010kw·h。潮汐电站除了发电外还有着广阔的综合利用前景，其中最大的效益是围海造田、增加土地，此外还可进行海产养殖及发展旅游。正由于以上原因潮汐发电已倍受世界各国重视。

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、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，进入21世纪，将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。

著名电站

法国朗斯潮汐电站建成于1966年，总装机容量为240MW，单机功率为10MW，共24台水轮机，年发电5.4亿度，是当时世界上最大的海洋能发电工程。其技术创新是采用了与常规水电站不同的，具有正反向发电、泄水和抽水的灯泡式贯流水轮发电机组，不但提高了潮汐能的利用效率，同时降低了电站的造价。该电站总的基建费用为5.7亿法郎（约1亿美元），若按1973年的实际发电量计算，每度电的成本大概是水力发电的2倍。由于潮汐发电是波动和间歇的，输出功率变化大，全年平均输出的电量为额定装机能力的25%。

爱尔兰斯特兰福特湾的潮汐电站，斯特兰福特湾潮汐电站是世界上十大可再生能源工程之一，也是目前为止，海洋上最大的潮汐发电站。不过该记录将在2015年被建在韩国Wando Hoenggan Waterways的工程打破，该工程投资8.2亿美元，装机容量有300兆瓦，60英尺高(18米)的涡轮靠自身重力固定于海底。

中国江厦潮汐实验电站位于我国浙江省乐清湾北端的江厦港。该电站是1974年在原“七一”塘围垦工程的基础上建造的，集发电、围垦造田、海水养殖和发展旅游业等各种功能为一体。该电站的特点是采用类似法国朗斯电站的双向发电的灯泡贯流式水轮发电机组。该站址最大潮差8.39m，平均潮差5.1m，原设计为6台500kW机组，有6个机坑，实际安装了5台机组，第一台为500kW，在1980年5月投入运行；第二台为600kW，其余3台为700kW，最后一台于1986年投入运行。总装机为3200kW，为当时世界第三大潮汐电站。坝址以上港湾面积约8000亩，由于库区原计划围垦造田5600亩，当地农民私自占地围垦或养殖，可供发电的水面积不足2000亩。1986年五台机组年发电量约600万度，低于1070万度的原设计年发电量，发电的的经济效益不高。多年来，电厂计划加高围堰，提高库区的水位，并在第六号机坑增加一台机组，增加发电量，提高发电的经济效益。

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