潮汐能课程结课论文.doc

《水电与新能源结课论文》

姓名：柳尚

学号：2011301580069

班级：水电一班

潮汐能发电技术的应用及前景
柳 尚 武汉大学水利水电学院 2011301580069
【摘要】二十一世纪是中国发展的关键时期，在高速的社会发展下，及国家对可持续发展战略的统筹安排，将对中国的能源结构提出巨大的挑战。传统的不可再生能源的过度消耗，江河水电资源的全面开发，太阳能、风能发展的局限性，以及核能在安全方面的限制性，对一种洁净高效可持续能源的需要日益急迫。因此开发利用洁净的新能源是解决能源问题及环境问题的出路。
本文介绍了潮汐能发电的概念、特点,主要的开发技术及世界和中国潮汐能发电的现状和前景。

【关键词】潮汐能 潮汐能开发技术 现状及前景

0、 前言
二十一世纪是中国发展的关键时期，在高速的社会发展下，及国家对可持续发展战略的统筹安排，将对中国的能源结构提出巨大的挑战。传统的不可再生能源的过度消耗，江河水电资源的全面开发，太阳能、风能发展的局限性，以及核能在安全方面的限制性，对一种洁净高效可持续能源的需要日益急迫。因此开发利用洁净的新能源是解决能源问题及环境问题的出路。
海洋占地球面积的71%，它接受来自太阳的辐射能比陆地上要大得多.根据联合国科教文组织提供材料表明，全世界海洋能的可再生量从理论上说近800亿千瓦，浩瀚的大海蕴藏着巨大的可再生能源，包括波浪能、海流能、潮汐能、温差能、盐差能等。在诸多形式的海洋能中，其中海洋潮汐能量含量巨大，且目前开发技术比较成熟、开发历史较长和开发规模较大者，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27 亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kWh。它是最具有开发潜力的新能源之一。

1、 潮汐能
1、1潮汐能概念[1]
由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮。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，海水奔腾而归世界上潮差的较大值约为13—15m，但一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的，不同的地区常常有不同的潮汐系统，他们都是从深海潮波获取能量，但具有各自独特的特征。，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。
1、2潮汐能的应用
人类很早就会利用潮汐能,900年前,我国泉州建洛阳桥时就是利用潮汐能搬运石块,在15～18 世纪,法国英国等曾在大西洋沿岸利用潮汐推动水轮机。但利用潮汐能发电是始于20世纪50 年代,加拿大、法国、俄国和中国都建有潮汐发电站。现代潮汐能的利用，主要是潮汐能发电。潮汐能发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。

2、 潮汐能发电
2、1潮汐能发电基本原理
潮汐能利用的主要方式是发电。潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似，它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。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的结构要适合低水头、大流量的特点。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾（或河口）与外海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的高度差（即工作水头），从而驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，就是将海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。潮汐能的能量与潮量及潮差成正比，或者说与潮差的平方及水库的面积成正比。潮汐能的能量密度较低，相当于微水头发电的水平。一般地，平均潮差需在3m以上才有实用价值。

2、2潮汐发电站[2]
由于潮水的流向与河水的流向不同，它是不断变换方向的，因此潮汐电站按照运行方式及设备要求的不同，而出现了不同的型式，大体上可以分为3类：
（1） 单库单向式电站。只修建一座堤坝和一个水库，涨潮时开启闸门，使海水充满水库，平潮时关闭闸门，待落潮后库水位与外海潮位形成一定的潮差时发电；或者利用涨潮时水流由外海流向水库时发电，落潮后再开闸泄水。
这种发电方式的优点是设备结构简单，缺点是不能连续发电，仅在落潮或涨潮时发电。
（2） 单库双向式电站。也仅修建一个水库，但是由于采用了一定的水工布置形式，利用两套单向阀门控制两条引水管，在涨潮或落潮时，海水分别从不同的引水管道进入水轮机；或者采用双向水轮发电机组，因此电站既可在涨潮时发电，也能在落潮时发电，只是在水库内外水位基本相同的平潮时才不能发电。我国于1980年建成投产的浙江江厦潮汐试验电站就属于这种型式。
这种发电方式的优点是适应天然潮汐过程，能源利用效率高。缺点是投资大。
（3） 多库联程式电站。在有条件的海湾或河口，修建两个或多个水力相联的水库，其中一个作为高水库，仅在高潮位时与外海相通；其余为低水库，仅在低潮位时与外海相通。水库之间始终保持一定的水头，水轮发电机组位于两个水库之间的隔坝内，可保证其能连续不断地发电。这种发电方式，其优点是能够连续不断地发电，缺点是投资大，工作水头低。我国初步议论中的长江口北支流潮汐电站就属于这种型式。

2.3潮汐发电技术[3]
潮汐电站由7 个基本部分组成：潮汐水库；堤坝；闸门和泄水道建筑；发电机组和厂房；输电、交通和控制设施；航道、鱼道等。潮汐发电的关键技术主要包括低水头、大流量、变工况水轮机组设计制造；电站的运行控制；电站与海洋环境的相互作用，包括电站对环境的影响和海洋环境对电站的影响，特别是泥沙冲淤问题；电站的系统优化，协调发电量、间
断发电以及设备造价和可靠性等之间的关系；电站设备在海水中的防腐等。
近50 年来，工程技术人员一直致力于将潮汐发电形成工业规模的研究，其技术关键在于设计出适应海水腐蚀的涡轮机。另一项关键措施———浮云法施工技术的推广避免了在很深的水中及在易遭受风暴潮威胁的坝址修建昂贵且复杂的围堰，从而使工程造价降低了25%~38%。
下面为潮汐电站水轮发电机组的关键技术
（1）水轮机水力设计技术
潮汐电站利用水头低，潮差变化大，水头变动频繁，这些都给水轮机的水力设计带来一些困难。另外，许多潮汐电站运行工况复杂、转换频繁，如不仅要求正反向发电，还要求正反向抽水、正反向泄水，这更增大了水轮机水力设计的难度。因此，要根据电站实际情况和用户具体要求，应用现代CFD技术，权衡协调各种工况的要求和性能，设计出综合效率高、过流量大、空化性能好的转轮及流道。对多种工况运行的转轮而言，通常只要求正向发电和反向抽水运行的高效率，不追求反向发电和正向抽水运行时的效率。
（2）大型全贯流式水轮发电机的关键技术
全贯流式水电机组在潮汐电站中有广阔的应用前景。应针对大型全贯流式水电机组进行专项研究。特别要对大型全贯流式水电机组的特殊关键问题，如水密封技术、机组动态稳定性问题等，开展专题调查和研究。
（3）海水腐蚀防止技术
潮汐电站水电机组部件长期浸泡在海水中或处于盐雾弥漫的空气中，这不但对结构中的金属要产生严重的腐蚀作用，产生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀，而且对机组中的电气元器件及绝缘也要产生很大的影响。在潮汐电站机组中，防止海水腐蚀的主要措施有以下几种：
a．合理选择材料，关键金属部件
b．涂敷耐海水腐蚀涂料。
c．采用阴极保护技术。
d．发电机防海水腐蚀技术。
另外，发电机的电刷装置必须能在泄水工况下举起，否则滑环表面会在很短时期内产生铜绿，腐蚀滑环。
（4）防海生物附着技术
海水中的海生物容易附着在金属结构表面，影响过流部分的过流条件，影响机组出力，降低运动部件的灵活度。海生物的附着力极强，清除非常困难。法国朗斯电站24台机组每年要清除约1t的海生物附着物，花费60万法郎。潮汐电站机组中防海生物附着主要采用两种方法。一是过流表面涂敷能杀死海生物的涂料i二是电解海水，产生毒性氯离子，抑止海生物附着。前苏联基斯洛电站研究出一种含有能杀死海生物组份的浆料，涂敷过流表面，同时从海水中制取氯离子，输送至流道表面，驱除污着物的幼虫。这两种措施，双管齐下，能保证10多年流道内无海生物附着。

3、 潮汐能发电现状及前景
3.1国外潮汐能发电现状
世界上潮汐能资源较丰富的国家几乎都在进行开发利用研究,尤以法国、英国、美国、加拿大等国开展较早。
1966 年,法国在朗斯河口建成朗斯潮汐电站,该站址潮差最大13·4m , 平均8 m。单库面积最高海平面时为22km2,平均海平面时为12 km2 。大坝高12 m ,宽25 m ,总长750 m。坝上有公路沟通朗斯河两岸,是第一个商业化电站,也是世界上最大的潮汐发电站, 其发电量5.44亿kWh。
继法国之后,前苏联在巴伦支海建成基斯洛潮汐电站,其设计总装机为800 kW(现装机400 kW) 。
1984 年加拿大在芬地湾建成了取名为安那波利斯的潮汐发电站,装机容量5 ×104 kW(其中装有一台容量为2 ×104 kW的单向全贯流水轮发电机组) 。芬地湾是世界上潮汐能最大的地方,那里的海潮最高时达到18 m ,相当于6 层楼房的高度。
英国、韩国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万kW的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究。最近几年,潮汐能的开发研究仍在进行。

3.2国内潮汐能发电现状及前景
随着我国经济的不断发展，电力不足的问题已越来越严重。特别是东部沿海地区为我国的电力负荷中心所在，每年的电力消费约占全国的40%。而这些地区煤、石油等常规能源资源比较贫乏，可再生能源蕴藏量大。因此，立足于本地区的可再生清洁能源的开发利用成为解决电力供应不足的重要途径。
我国是世界上建造潮汐电站最多的国家，先后建造了几十座潮汐电站，由于各种原因，目前只有8个电站在正常运行发电，总装机容量为6000 kWh ，年发电量1000多万kWh，仅次于法国、加拿大。我国的潮汐电站规模较小，江夏潮汐试验电站是我国已建成的最大的潮汐电站。双向贯流式机组6台，总装机容量3200kW ，年发电量600万kWh。规模仅次于法国郎斯洛潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯洛潮汐电站，居世界第三。

4、 结语
制约潮汐能发电的因素主要是成本因素，到目前为止，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能发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐能发电的研究和试验。潮汐能发电是一项潜力巨大的事业，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，随着科技的不断进步和能源资源的日趋紧缺,潮汐能发电在不远的将来将有飞速的发展。

【参考文献】

[1]郭成涛.潮汐能利用的新概念[J].海洋学报
[2]沈祖诒.潮汐电站[M].北京:中国电力出版社,1998
[3]张发华.综合开发我国潮汐能的探讨[J].水力发电学报

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