知识窗▏潮汐水电站的类型、特点及潜力
组稿/溪流
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。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。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。
一、潮汐能的昼夜规律性
月球公转与地球自转方向相同，但地球自转速度快于月球公转，使涨潮被地球自转带着跑。另一方面，因为月球对地球万有引力的作用，地球视作一固态整体，较背对月球一侧的海水更被拉近月球，因此背对月球一侧的海水形同“升高”了。这造成两端的潮汐隆起与每天两次的涨潮，如下图所示。
为进一步展示潮汐能的昼夜特性，根据有关资料整理可以看到：
▲在时段2:00至5:00和时段12:00至17:00，潮汐流向均为240°左右，其余时段，潮汐流向均为80°左右；
▲在同一潮汐流向下，潮汐流速的变化趋势一致，例如，时段2:00至5:00和时段12:00至17:00内的流速变化趋势与幅度大体一致；
综上，可发现潮汐能的规律性和可预测性强于风能、光能。因此，当潮汐发电场接入电力系统后，其可调度性将更强。
二、潮汐电站的类型
⒈潮汐发电单库单向电站
即只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电，因此又称为单水库单程式潮汐电站。我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。
⒉潮汐发电单库双向电站
用一个水库，但是涨潮与落潮时均可发电，只是在水库内外水位相同的平潮时不能发电，这种电站称之为单水库双程式潮汐电站，它大大提高了潮汐能的利用率。广东省东莞市的镇口潮汐电站及浙江省温岭市江厦潮汐电站，就是这种型式。
⒊潮汐发电双库双向电站
为了使潮汐电站能够全日连续发电就必须采用双水库的潮汐电站。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（高水位库），后者称为下水库（低水位库）。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。
三、潮汐水电站简介
▲ 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。
▲世界上第一座具有商业实用价值的潮汐电站是朗斯潮汐电站（Rance tidal power plant），位于法国朗斯，从1960年到1966年建造了6年。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。装机容量240MW。
▲ 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。
▲世界上第一座具有商业实用价值的潮汐电站是朗斯潮汐电站（Rance tidal power plant），位于法国朗斯，从1960年到1966年建造了6年。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。装机容量240MW。
▲北美洲第一座潮汐发电站是安纳波利斯潮汐电站（Annapolis Royal Generating Station），位于加拿大新斯科舍省安纳波利斯罗亚尔，在芬迪湾的入口处。装机容量20MW，1984年竣工。
▲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。
▲中国最大的潮汐电站是江厦潮汐电站（Jiangxia Tidal Power Station），位于杭州南边，也是我国第一座双向潮汐能发电站，共安装6台潮汐发电机组，装机容量为3.0MW，位列全球第四位。其中最早的1号机组1985年开始运行，已经有30多年的历史了，而如今它依然在源源不断地生产着电力。
▲北美洲岩滩潮汐发电示范工程（(Race Rocks Tidal Power Demonstration Project）第一台潮汐流能发电机（in-stream tidal current generator）2006年9月安装在加拿大温哥华岛（Vancouver Island）瑞斯礁岩（Race Rocks）。
▲目前世界上最大的潮汐发电项目——MeyGen（MeyGen tidal energy project）在苏格兰北部彭特兰湾（Pentland Firth）建造，装机容量398MW，预计2021年竣工。
▲印度古吉拉特邦计划建造南亚第一个商用潮汐发电站。在印度西海岸卡奇湾（Gulf of Kutch）安装装机容量为50MW的电站，2012年初动工。
▲拟建中的俄罗斯勘察加半岛品仁纳湾潮汐电站（Penzhin Tidal Power Plant Project），装机容量达87100MW，年发电量可达200TWh，将成为世界上最大的潮汐电站。一旦品仁纳湾潮汐电站建成将是目前三峡发电站的装机容量的四倍。
四、潮汐电站的特点
⒈优点
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
⑹机组台数多，不用设置备用机组。
⒉缺点
⑴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，给用户带来不便。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。
⑵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。
⑶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。
⑷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，故水轮机体积大，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。
⑸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。潮汐发电虽然存在以上不足之处，但随着现代技术水平的不断提高，是可以得到改善的。如采用双向或多水库发电、利用抽水蓄能、纳人电网调节等措施，可以弥补第一个缺点；采用现代化浮运沉箱进行施工，可以节约土建投资；应用不锈钢制作机组，选用乙烯树脂系列涂料，再采用阴极保护，可克服海水的腐蚀及海生物的粘附。
五、中国发展潮汐电场的潜力
中国拥有近300万平方公里的海域与3.2万公里长的海岸线，名列世界第6位。海岸线分为大陆岸线与海岛岸线，其中大陆岸线为1.8万公里。其北部起始点为鸭绿江口，南方终点为北仑河口。
中国海岸线
由此可见，中国具有发展潮汐能的有利条件，早在上个世纪八十年代，中国就在浙江省温岭市建成江厦潮汐电站，总装机容量为3.2MW，电站建筑物有堤坝、水闸、发电厂房和升压站各一座。堤坝为粘土心墙堆石坝，在海中抛石、土而成。坝基为饱和海涂淤泥质粘土，层厚46m。堤坝全长670m,最大坝高15.1m。
江厦潮汐电站
中国沿海建有大量风电场，但风能资源丰富的沿海，常面临台风侵袭。潮汐发电机通过机械装置固定在浅滩底部，可有效抵御台风侵袭，同时不妨碍海岸景观，也不产生噪声，可能是中国台风多发地区，开发可再生能源，实现清洁低碳发展的有效途径。
■文章依据网络资料综合
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