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第8章 潮汐能与潮汐发电

威力无穷的潮汐能

潮汐能是以位能形态出现的海洋能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。月球对地球的引力方向指向月球中心,其大小因地而异。同时,地表的海水又受到地球运动离心力的作用,月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球外,太阳和其他天体对地球同样会产生引潮力。虽然太阳的质量比月球大得多,但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多,所以,其引潮力还不到月球引潮力的一半。其他天体或因远离地球,或因质量太小所产生的引潮力微不足道。如果用万有引力计算,月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563米,太阳引潮力的作用为0.246米,但实际的潮差却比上述计算值大得多。如我国杭州湾的最大潮差达8.93米,北美加拿大芬地湾最大潮差达19.6米。这种实际与计算的差别目前尚无确切的解释。一般认为海水的自由振动频率与受迫振动频率一致而导致的共振会使潮差显著增大。海杭州湾跨海大桥水水位具有按照类似与正弦的规律随时间反复变化的性质,水位达到最高状态,称为满潮;水位落到最低状态,称为干潮;满潮与干潮两者的水位差称为潮差。海洋潮汐的涨落变化形成了一种可供人们利用的海洋能量。

21世纪潮汐发电成为潮流世界上适于建设潮汐电站的20多处地方,各国都在研究、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。

一涨一落能发电

1.潮汐能发电原理

潮汐能利用可分为两种形式:

一是利用潮汐的动能,直接利用潮流前进的力量来推动水车、水泵或水轮机发电;二是利用潮汐的位能,在电站上下游有落差时引水发电。

由于利用潮汐的动能比较困难,效率又低,所以,潮汐发电多采用后一种形式,即利用潮汐的位能。

潮汐位能发电的工作原理和一般的水力发电原理是相近的。它是利用潮水的涨落产生的水位差所具有的势能来发电,也就是把海水涨落的能量变为机械能,再把机械能变为电能的过程。一般采取把靠海的河口或海湾用一条大坝与大海分开,形成天然水库,发电机组安装在拦海大坝里,利用潮汐涨落的位差能来推动水力涡轮发电机组发电。

它的特点是涨潮和落潮过程中水流方向相反,双向推动水力涡轮转动,且水流速度也有变化。这一点虽给潮汐发电带来技术上的一些特殊困难,但可通过调节控制水库流量和用电气线路转变的方法得到解决。

而它的优点也在于不受洪水,枯水的水文因素影响,功率反而比较稳定。

2.潮汐能发电形式

潮汐能发电站的发电原理与反击式水轮机发电类似,它的大坝建在河口或海湾处,将外海与水库隔开,库中的海水由涨潮时灌入,落潮时库中的海水再流向外海。潮汐能发电站的建设方案有10种左右,有单库单向式、单库双向式、双库式、发电结合抽水蓄能式等,这里只介绍经常应用的四种。

(1)单库单向式发电站

这种潮汐发电站仅建造1个水库调节进出水量,安装单向水轮发电机组,在落潮或涨潮时发电。因落潮发电可利用的水库容量和水位差比涨潮大,故一般采用落潮发电方式。在一个潮汐周期内,电站依充水、等候、发电和等候四个工况运行。

充水工况:停止发电,开启水库,海侧上涨的潮水经水闸和水轮机进入水库,至库内外水位齐平为止。

等候工况:关闭水闸,水轮机停止过水,水库水位保持不变。海侧水位因落潮逐渐下降,直至水库内外水位差达到机组启动水头。

发电工况:机组发电,水库水位逐渐下降至与海侧水位差小于机组发电所需的最低水头。

等候工况:机组停机,也不让过水。水库水位保持不变,海侧水位因涨潮逐渐上升,至水库两侧水位齐平,转入下一周期。

单库单向式发电站只需建造一道坝堤,并且水轮发电机组仅需满足单方向通水发电的要求即可,因而发电设备的结构和建筑物都比较简单,投资较少。但是,因为这样电站只能在落潮时单方向发电,水库所以每日发电时间较短,发电量较少。在每天有2次潮汐涨、落的地方、平均每天仅可发电9~11小时,使潮汐能得不到充分的利用,一般电站效率(潮汐能利用率)仅为22%。

(2)单库双向式发电站

单库双向式潮汐能发电站与单库单向式潮汐能发电站一样,也只有一个水库,但不管是涨潮还是落潮均在发电。涨潮时外海水位要高于水库水位,落潮时水库水位要高于外海水位,通过控制,在使内外水位差大于水轮发电机所需要的最小水头时才能发电。若保证涨潮、落潮均能发电,一是采用双向水轮发电机组,以适应涨潮、落潮时相反的水流方向;二是建造适于水流变向的流通结构。我国最大的潮汐电站,位于浙江省温岭市乐清湾的江夏潮汐电站(年发电量为10.7×106千瓦·小时)为单库双向式。机组水阀“开”为运转发电;

机组水阀“过水”为只过水不运转发电。

由于单库双向式电站在涨潮、落潮过程中均能发电,因此,每日发电时间延至14~16小时,较充分地利用了潮汐能量,电站效率可提高至34%。

(3)双库(高、低库)式发电站这种潮汐发电方式需要建造两个互相毗连的水库。其中一个水库设进水闸,仅在潮水位比库内水位高时引水进库;另一个水库设泄水闸,仅在潮水位比库内水位低时泄出水库。如此一来,前一个水库的水位始终较后一个水库的水位高。

故前者称为高位水库,后者则称为低位水库。高位水库与低位水库之水轮发电机组间终日保持着水位差,双向水轮发电机组放置于两水库之间的隔坝内,水流即可终日通过水轮发电机组不间断地发电。浙江乐清湾中部的海山潮汐发电站(装机容量150千瓦)

就采用双库式发电。

(4)发电结合抽水蓄能式发电站在潮汐电站水库水位与潮位接近而且水头小时,用电网的电力抽水蓄能。涨潮时将海水抽入水库,落潮时将库内的水往海中抽,以增加发电时的有效水头,提高发电量。

按正规半日周期潮计,单库单向式每昼夜发电2次,平均日发电9~11小时;单库双向式每昼夜发电4次,平均日发电14~16小时,发电时间和发电量均比单库单向式多,但由于要兼顾正反两向发电,发电平均效率比单库单向式低,而且机组结构较复杂。目前国内外研究认为,双库造价昂贵,单库落潮发电较好。但何种方式最佳,要根据当地潮型、潮差、地形条件、电力系统负荷要求、发电设备的组成、建筑材料和施工条件等技术经济指标进行选择。

3.潮汐电站组成

潮汐电站工程主要由电站建筑物和机电设备组成。电站建筑物主要有堤坝、泄水闸和发电厂房等,有通航要求的潮汐电站还应设置船闸。

(1)堤坝

用来将水库与外海隔开,形成落差。多用海上围堰法筑黏土心墙坝、堆石坝和土坝。因筑于海上,施工条件恶劣,因此,国外使用预制混凝土浮运沉箱法筑坝建站。

(2)泄水闸

用来对水库泄水和充水。闸型一般采用平原地区挡潮闸常用的胸墙孔口平底堰闸。近几年,我国发展了预制浮运闸,这种闸是先预制好各种闸门构件,由船浮运到建闸地点,定点沉放安装而成。施工时不用围堰或在岸上开挖,施工方法简单,工程量少,投资少,在我国沿海大量使用。

三峡泄洪闸

(3)发电厂房

发电厂房包括水轮发电机组、输配电设备、起重设备、中央控制室、下层水流通道和闸门等。

4.潮汐电站的特殊技术

(1)防腐防浊

潮汐电站在海洋环境中与河川电站不同,金属材料很容易被海水腐蚀,在结构物上又有海生物附着。

为此,常采用防腐涂料和阴极保护措施,并选用耐腐蚀材料,有时还要采取人工清污。

实践证明,环氧沥青防腐涂料比较经济实用;以氧化亚铜为主的防污漆可避免海洋生物附着;用氯化橡胶涂覆在金属物构件和钢筋混凝土的表面,可使灯泡体、流道和喇叭口能减轻污损。

外加电流阴极保护是在被保护的金属物上安装若干辅助阳极,通过海水组成回路,使被保护体处于阴极状态,当阴极电位达到负0.8伏特时,金属物即得到保护。阴极保护特别适用于涂料容易脱落的活动部分,如闸门、闸槽等。

通常在不易涂覆防腐涂料或外加电流阴极保护的地方,如海水管路、水轮机的密封、钢闸门和闸槽等处,也可采用辅助阳极法的防腐措施。对于涂料易磨损或冲刷的地方,可采用电解海水的办法进行防污。当采用上述防污措施有困难时,只好进行机械清污或人工清污,并配以化学防污,这主要适用于钢筋混凝土闸门槽和某些构件的死角处。

水轮机叶片

潮汐电站的防淤排淤

潮汐电站往往由于泥沙淤积于水库或尾水区而影响运行。目前防淤的方法主要有:加设防淤海堤或沉沙池。对于已经形成的淤积现象,排淤的办法是集中水头冲刷,设置冲沙闸或高低闸门。

也有用机械耙沙的办法,在落潮时掀起库底的淤沙,使它随潮水排出水库。对于特别严重的淤积现象,则只有采用挖沙的办法,同时采用防淤的补救措施。

(2)潮汐电站与综合利用潮汐电站与其他形式的发电站的区别之一,就是综合利用条件较好。一些潮汐能丰富的国家,都在进行潮汐能发电的研究工作,使潮汐电站的开发技术趋于成熟,建设投资有所降低。现已建成的国内外具有现代化水平的潮汐电站,大都采用单库双向型。

分布广泛的潮汐能

1.全球的潮汐能分布

早期的一些研究成果,将全球海洋在沿岸耗损的潮汐能功率(10~14)×108千瓦,视为潮汐能的理论储量。并且,用沿岸潮能耗损的量值作为确定潮汐电站最佳地点的参考。然而,后来的研究表明,潮汐能与河川水能并不完全相同。

潮汐能具有许多特性,首先是潮汐能与潮流过程有关,其次将潮波耗散能量与理论储量混为一谈是不合理的。这一点在对比两个形状相同、面积大小一样的海湾(只是其中一个海湾内能量耗损剧烈,且集中在海湾顶部,而另一个则没有能量耗损)后,就显而易见了。

在自然条件下,从外海传来的潮波相同,在第一个海湾中潮汐接近前进波,而在第二个海湾中却发生驻波。但是在离湾顶相同距离处建坝后,能量耗损地段就可能消除。这样两个海湾内的条件就会变得相同,而且大坝外侧会形成同样的潮汐波动,因而这就确定了两个潮汐电站完全相同的运行方式和发电量。所以,自然耗损的能量与所期望的潮汐电站功率特性之间并无直接联系。而且在许多情况下(在自然耗散能量很小时),潮汐电站所获得的能量比在自然条件下因摩擦而耗损的能量要多得多。例如,法国的朗斯河口自然摩擦耗损的能量功率仅为6×104千瓦,而朗斯潮汐电站利用该喇叭口潮能的实际功率达24×104千瓦。由此可见,潮波在近岸耗散的能量不能作为潮汐电站功率估计的依据。建潮汐电站获得的能量比自然情况下的潮能耗损大的原因,首先是建潮汐电站后潮波的波形发生了变化,其次是电站通过人工调节潮能,可以完全避免流速与潮水位之间的相位差,这时流速最大值与水位的最高值同时出现。这种调节效果的物理本质就好像将潮汐能从海洋中抽到浅海中,并将其集中用在潮汐电站上。

许多研究质能等的结论认为,全球潮汐能理论储量大于小潮波在大陆架上耗散的功率17×108千瓦,而接近潮波在海洋中总耗散的功率24×108千瓦。

据伯恩斯坦统计,全世界运行、设计、研究及建议的潮汐电站共139座,按调查和设计资料统计这电站的总装机容量为8×108千瓦年发电量为2×1012千瓦小时。占全球潮汐能总功率的27%(取全球潮汐能总功率为30×1012千瓦小时)。

2.我国潮汐分布

(1)海岸类型分布

我国海岸的形态和成因类型多种多样,按海岸地质地貌特征划分,主要有基岩海岸、平原海岸和生物海岸三类。

①基岩海岸。基岩海岸又称港湾海岸,主要由地质构造活动及波浪作用形成。沿岸波浪能量大,作用强烈,是塑造海岸的主要动力。

其特征是山地直接临海,地势险峻,海岸曲折,多有伸入陆地的天然港湾,岬湾相间,岸滩狭窄,水下岸坡较陡,深水逼岸。沿岸基岩岛屿众多,常在沿岸及湾口一带形成水深流急的水道,也常使湾口或岬角深水岸段受到一定程度的掩护。海岸带的潮上带往往基岩裸露,潮下带沉积物由砾石和粗砂组成。此类海岸主要分布在北起辽东半岛南部的大洋河口,向西绕过辽东半岛南端至辽河口附近,小凌河口至河北秦皇岛,山东半岛北部莱州市虎头崖向东,绕过山东半岛顶部至江苏连云港附近,浙江镇海角以南经福建至广东、广西岸段,以及台湾东岸和海南岛东南岸段。此类海岸具有开发潮汐能资源的良好地质条件。

秦皇岛港口

②平原海岸。平原海岸主要由江河携带入海的泥沙在风浪和沿岸流作用下形成。潮流是塑造此类海岸的主要动力因素,波浪作用较弱,仅作用在岸外较远处,岸外有很宽的破波带。此类海岸由厚而松散的沉积物组成,主要成分是细粉砂、极细粉砂和黏土等。此类海岸线比较平直单调,岸上地带平坦,潮间带宽阔,沿岸湾少水浅,缺乏天然良港和岛屿,多沙洲、浅滩。平原海岸又可分为以下三类:河口三角洲海岸,主要分布在大河入海处,如辽河、黄河、长江、钱塘江和珠江等河口附近。此类海岸的特征是地势平坦,沿岸水浅坡缓,海岸组成物质较细。在北方多为向海突出的弧状三角洲,在南方多为海湾型三角洲;砂砾质海岸,主要分布于辽宁黄龙尾至盖平角、小凌河以西,河北大清河口以东,福建闽江口以南,台湾岛西岸,广东大亚湾以东和漠阳江以西,海南岛和广西沿岸。

其特征是海岸组成物质以粗粒级为主,岸滩和水下岸坡远较淤泥质海岸陡,海滩一般较狭窄,仅几十米至几百米:淤泥质海岸,主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、苏北、长江口、浙江至闽江口以北的港湾和珠江口等岸段。其特征是海岸组成物质较细,一般海滩宽度大坡度小,滩宽几千米至几十千米。

旅游区③生物海岸。生物海岸又分为珊瑚海岸和红树林海岸两种。珊瑚海岸是指由珊瑚的骨骸聚积而成的礁石海岸。主要分布于南海诸岛、雷州半岛,海南岛东北和西北部沿岸也有断续分布;红树林海岸主要分布在福建福鼎以南经泉州湾至广东珠江口以西部分岸段,此外广西钦州湾一带也有断续分布。

以上几种海岸以基岩港湾海岸适合作潮汐电站的海湾最多,其次是河口三角洲海岸和沙砾质海岸也有较适宜潮汐电站站址。仅就海岸条件而言,自浙江杭州湾口南岸的镇海至广东雷州半岛东岸和辽东半岛、山东半岛的基岩港湾类海岸最为适合潮汐能的资源开发利用。

(2)潮汐类型分布

我国近海的潮汐主要由太平洋传入的潮波引起,主要分为两个分支,一支经日本九州和我国台湾之间水域进入东海,其中小部分进入台湾海峡,而绝大部分向西北方向传播,引起黄海、渤海的潮振动;

另一支通过巴士海峡传入南海,形成南海的潮波。潮波在传播过程中,由于受地球偏转力以及海底轮廓的影响,变得因地而异,所以我国沿岸各地的潮汐类型多样,潮差各异。

我国沿岸的潮汐类型以正规半日潮为主,黄海、东海绝大部分沿岸为正规半日潮,南海、渤海沿岸有不正规半日潮,也有正规全日潮。

我国渤海的潮汐分布

渤海沿岸潮汐类型较为复

杂。大体而言,以不正规半日潮为主,另有小范围的正规全日潮和不正规全日潮。从旅顺至团山角的整个辽东湾、渤海湾及莱州湾皆为不正规半日潮;秦皇岛及其以东的部分水域和黄河三角洲神仙沟以南的局部水域为正规全日潮;两个正规全日潮水域的两侧为不正规全日潮。湾口南部的镇海、穿山至舟山岛定海之问的部分水域为不正规半日潮;台湾海峡的潮汐类型以福建浮头湾-

澎湖-台湾湖口一线为界,以北为正规半日潮;以南为不正规半日潮。

(3)潮差分布

我国海域潮差分布的总趋势是东海最大,黄海、渤海其次,南海最小。东海外侧小、内侧大,内侧南部最大;黄海中央小、沿岸大,而且东侧大、西侧小;渤海中央小、湾顶大、湾口小;南海中部小、北部大,北部湾北端最大。

①渤海沿岸。辽东湾顶部潮差最大,营口2.7米;渤海湾顶部潮差次之,塘沽2.5米;其他岸段潮差较小,龙口0.9米;渤海海峡1米左右;秦皇岛附近潮差最小0.7米。

②黄海沿岸。辽东半岛南部沿岸自西向东潮差逐渐增大,大连2.1米,至东端达最大,赵氏沟4.0米;

山东半岛北部潮差较小,烟台1.7米,顶部潮差最小,成山头0.7米,南岸自东北向西南潮差逐渐增大,乳山口2.4米,青岛2.8米,石臼所3.0米,至海州湾顶连云港潮差最大3.4米;苏北沿岸潮差北部小,南部大,北部至射阳河口潮差最小,再向南又渐增,弶港至小洋口附近潮差最大,小洋口4.29米,小洋口外最大潮差达9.28米(1980年实测),为我国最大潮差的极值。再向南渐减,至吕四3.82米。

③东海沿岸。由北向南潮差渐增,长江口至石浦潮差中等2.4~3.5米。其中,杭州湾口南岸宁波镇海至舟山群岛的定海一带潮差最小,仅2米左右。杭州湾自湾口向西潮差渐增,金山嘴4.0米、澉浦5.5米,最大潮差达8.93米;浙江的三门湾至福建的泉州湾为我国潮差最大的岸段,一般潮差4.0米以上。其中乐清湾、沙埕港、三都澳、兴化湾塘沽风景顶部均在5.0米以上,最大潮差分别为8.39米、7.80米、8.54米和8.73米;围头湾向南潮差渐小,厦门3.9米、东山2.3米。台湾省沿岸潮差西岸较大,东岸次之,南北两端小;

西岸自淡水至新港一带潮差在2米以上,东岸1米左右,南北两端仅在0.8米左右。

④南海沿岸。南海沿岸的潮汐类型较为复杂,以不正规半日潮和正规全日潮为主,有一定范围的不正规全日潮。广东大部分沿岸为不正规半日潮;广西、雷州半岛西岸、海南岛感恩角至新盈港为正规全日潮;海南岛铜鼓咀至莺歌海、东沙、西沙和南沙群岛沿岸为不正规全日潮。

总之,我国沿岸潮差以东海沿岸最大,其次是辽东半岛南岸东部和北部湾东北部沿岸及江苏南部部分岸段。特别是浙江的三门湾至福建的泉州湾一带是我国潮差最大、潮汐能资源最富集的地区,并且有良好的开发环境条件。但我国沿岸的潮差在全世界的潮差中属于中等,我国沿岸平均潮差和最大潮差最大值约为世界潮差最大地区的一半。

世界上潮差最大的地区平均潮差和最大潮差可达8~10米和17~18米,而我国东海潮差最大的地区仅5米和8~9米。

亦喜亦忧

的潮汐发电

1.经济条件

潮汐电站的千瓦装机容量的投资费用较高,其成本与潮差的平方成反比。潮汐电站发电的间歇性造成了电站容量因子低,这也是千瓦时成本高的原因之一。堰坝长度与库区面积之比以及堰坝高度都与电站的土建工程成本有着直接的关系。

由于各个坝址的上述因素是不一样的,因此,各个电站的投资成本也不尽相同。但是无论如何,潮汐电站都是一种高投资能源。

潮汐电站在经济上是否有生命力,取决于站址的选择以及用电市场中其他能源的成本。这里所讲的生命力并不是要求潮汐发电在各种能源中成本最低,而只是要求它在某些电力市场中是最低廉的。由于水力发电能力有限,而核电又是基本负荷电源,因此潮汐发电的主要竞争对手是煤、油或燃气等热电站。

利率是影响潮汐发电成本的重要因素。除了利率和未计入内部成本的社会成本外,碳水化合物燃料的价格及其上涨率和通货膨胀率也是影响竞争力的主要因素。大型项目所受到的制约更大些。大型项目投资大,研制建造周期长,再加上一些其他的隐含因素,因此除了政府部门外,其他单位一般是没有能力为这种大型项目投资的。

2.环境影响与效益

潮汐电站会改变潮差和潮流,还会改变海水温度和水质,其改变程度的大小取决于电站规模与地理位置。据预测,加拿大芬迪湾潮汐电站项目会使几百千米内的沿海潮差受到影响。各个电站的效益和影响因地而异,并且有一部分会相互抵消。拦潮坝对水库区生态既有有利影响,也有不利影响。例如,它会为水产养殖提供适宜的条件,但同时也会对地下水和排水等带来不利影响,并会加剧海岸侵蚀。

3.开发潜力

在某些地区,已对潮汐电站的坝址开展了详细的调查研究,而且对开发潮汐能的兴趣越来越大。在英国,如果建造潮汐电站项目由公用事业部门承担,而且投资成本的年贴现率可达到5%的话,全英国最理想的河口每年至少可以提供约200亿度的电(其成本为3.5~4便士/度,合5~6美分/度)也许每年还可以再提供80亿度的电(其成本低于5便士/度,合7.5美分/度)。但是,大型拦潮坝投资大,建造工期长,因此融资方式对电站发电成本影响很大。如果潮汐电站由私人企业提供资金,并且投资成本的年贴现率为10%,最好的河口潮汐电站的发电成本也将会翻番,即发电成本将会增至7~8便士/

度(合10~12美分/度)。这是拦潮坝型电站项目缺乏吸引力的另一个原因。俄罗斯一直在积极评估白海和鄂霍次克海的潮汐能资源开发潜力,并且计划在建造一个试验潮汐电站,用于试验为图古尔站址设计的新型水轮机。古尔图河口将是俄罗斯第一个要开发的大型站址。

俄罗斯还计划在2015~2020年期间在梅津河口建造1.5万兆瓦的大型潮汐电站。

加拿大芬迪湾的开发潜力

加拿大芬迪湾有许多可供开发潮汐能资源的站址,其中坎伯兰湾目前尚不具备竞争力,米纳斯湾在经济上虽然很有吸引力,但会对美国缅因湾沿海地区造成无法接受的影响。据加拿大农业经济研究学会估算,开发坎伯兰湾站址的投资成本约为1319美元/千瓦,再加上513美元/千瓦的输电费,另外如果利用泵水储能方法调整发电时间(称为“重新安排输出时间”)还需要花费922美元,这样最后输出电力的平均成本约为6.8~7.6美分/

度。在米纳斯湾,电站投资成本约为995美元/千瓦,输电费约为224美元/千瓦,通过储存电力来重新调整输电时间后的输出电力的平均成本约为49美分/

千瓦。

我国的东南沿海也具有相当大的潮汐能开发潜力。我国潮汐资源92%以上的潮汐能集中在能源消耗量大、最缺能源的沿岸——华东地区;其中99.3%集中在福建、浙江和上海一带,可装机容量达1900多万千瓦。特别应该指出,在这个地区有三个被认为最有可能大规模开发潮汐电站的地点,即长江北口、钱塘江和乐清湾。这三个地点测算装机容量可达600万千瓦,占该地区潮汐能源总量的31.1%。其中,长江北口的潮汐能开发,装机容量可达90万千瓦,年发电量26.4亿度,可与新安江水电站的发电能力相媲美;而钱塘江潮汐能开发,装机容量约为396万千瓦,年发电量达100亿度以上,超过葛洲坝水电站的能力。如果加以开发利用,不仅可以大大缓解华东地区的电力紧张,而且将有力促进沪、杭、宁经济三角区的繁荣。此外,我国沿海还有一些潮差较大(3~4米)的地带,根据勘测计算,其潮汐能资源开发条件也较优越,这些地区如浙江省有254.2万千瓦,山东省有1.52万千瓦,广东省有69.3万千瓦,广西壮族自治区有25.5万千瓦,都有开发利用潜力。如果我们对今后的潮汐发电进行预测时,以不太理想的条件为前提,并假定今后仍奉行当前的政策,即潮汐电站投资成本今后仅略有下降,实际利率为5%,那么预测结果是:在规定的研究项目的期限内,英国、加拿大和俄罗斯的一些站址会得到开发,到2020年,这些潮汐电站的年发电量将达12亿千瓦·小时。

潮汐能发电有“潜力”

1.国外潮汐能发电的现状与发展前景从前文介绍可知:

很久以前,人类就开始了对潮汐能利用的探索。远在11~12世纪,葛洲坝水电站法国、英国等沿海地区就出现了潮汐能水磨。到了18世纪,在俄国阿尔汉格尔斯克海滨有了以潮汐能为动力的锯木厂。19世纪末,法国工程师布洛克首先提出了1个在易北河下游兴建潮汐发电站的设计构想。

1912年,德国率先在石勒苏益格荷尔斯太因州的苏姆湾建成了世界上第1座小型潮汐能发电站;接着,法国在布列太尼半岛兴建了1座容量为1865千瓦的潮汐能发电站。以后,潮汐资源丰富的国家,包括法国、英国、前苏联、加拿大、美国等,都进行了潮汐发电的开发。现在,世界上已建成的较著名的潮汐电站有法国圣马洛湾的朗斯潮汐电站,装机容量240兆瓦,年设计发电量5.44亿千瓦时,1967年投入运行;

前苏联乌拉湾中的基斯拉雅潮汐试验电站,装机容量400千瓦,1968年投入运行;加拿大芬迪湾的安纳波利斯潮汐电站,装机容量20兆瓦,1984年投入运行。目前,潮汐能发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种,全世界潮汐电站的总装机容量为265兆瓦,年发电量约达6亿千瓦时。现在,潮汐能开发的趋势是机组大型化,因此各国肆虐海洋的台风计划建设不少大型潮汐电站,如加拿大芬迪湾装机4000兆瓦电站,英国塞文河口的7200兆瓦电站,韩国装机400兆瓦的加露林湾电站,还有印度卡奇湾电站等。预计到2030年,世界潮汐电站的年发电总量将达600亿千瓦时。各国在规划、筹建的同时,努力进一步解决海工建筑物的结构形式和施工方法问题,松软坝基的处理和防渗问题,建筑物抗台风问题,新型机组的研制问题,防腐、防淤、防污、排淤和综合利用问题,随着潮汐电站建设成本的逐步降低,一批新型的大中型潮汐电站将会陆续建成。

2.我国潮汐能发电的现状与发展前景我国潮汐能利用的近代发展,始于20世纪50年代后期。在1956年,在福建省福州市郊建起浚边潮汐水轮泵站,以潮汐能为动力扬水灌田54小时平方米。利用潮汐能来发电,则是从1958年开始的。就其发展进程,大体可分为三个阶段。

我国古代对潮汐的利用

我国利用潮汐能历史可追溯到距今约1000多年前,当时就有了潮汐磨(在山东蓬莱地区发现)。潮汐能还应用于桥梁的施工,据史料记载,在宋朝修建的洛阳桥(在福建泉州),人们就是利用潮汐能量搬动石料,置巨石于木筏上,趁涨潮时,把木筏移动到施工安装地点,随着潮位下降,巨石完整无损地落在预定位置。

(1)第一阶段

1958年前后,在广东、江苏、辽宁、福建、山东和上海等省、市的海滨,先后建造了上百处小型潮汐电站,但因当时急于求成、选址不当、设备简陋,加上管理不善等原因,基本上陆续报废了。只有稍后建成的浙江温岭沙山潮汐电站,是唯一延续正常运行的电站,为解决当地农户的生活和生产用电起到了良好的作用。

(2)第二阶段

这个阶段是指20世纪70年代,现有的潮汐电站多数都是在这段时间建成或始建。在20世纪70年代,先后开工兴建的潮汐电站有浙江的江厦、高塘、岳浦、兵营、洞头、海山电站;山东的白沙口、金港电站;

江苏的浏河电站;广东的镇口、沙抓电站;广西的果子山等电站。这阶段所兴建的潮汐电站的共同特点是装机规模多为百余千瓦到数百千瓦,比前阶段兴建的电站大了一个数量级。另一特点是设计、施工和选用设备均比较正规,因而运行的可靠性一般较高。

(3)第三阶段

这个阶段是指20世纪80年代初到现在的30多年时间。1983年,沿海各省、市先后提出了本地潮汐能资源新的普查成果报告,由于计算方法上的改进,使得资源量统计比以前更加精确了。这次普查的汇总成果确认我国可开发潮汐能资源的装机容量为2158万千瓦。

江厦潮汐电站曾于1972年开始兴建,1980年首台机组发电;1983年,将二期工程列为国家“六五”期间科技攻关项目,电站得以在1985年全面建成。电站装机5台,总容量达3200千瓦,这一成就把我国运行中的潮汐电站装机规模提高了一个数量级。2005年国家科技部将新型潮汐发电机组研制课题列入国家“863计划”项目,利用江厦电站已有的6号机坑及流道,设计、制造、安装1台新型的双向卧轴灯泡贯流式水泵水轮发电/电动机组。

此预留的第六个机坑,已于2007年在国电龙源集团公司和“863计划”支持下,研制安装了一台700千瓦的新型机组,并于2007年9月正式并网发电,使总装机容量达到3900江夏潮汐发电站千瓦。单机容量500千瓦和700千瓦的灯泡贯流式水轮发电机组全由我国自己研制。

之后,福建省1座兆瓦级潮汐电站——平潭县幸福洋潮汐电站于1984年10月动工,至1989年5月建成,为福建省今后开发潮汐能资源积累了新经验。

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