1、水電與新能源結課論文姓名：柳尚學號：2011301580069班級：水電一班潮汐能發(fā)電技術的應用及前景柳 尚武漢大學水利水電學院2011301580069【摘要】二十一世紀是中國發(fā)展的關鍵時期，在高速的社會發(fā)展下，及國家對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的統(tǒng)籌安排，將對中國的能源結構提出巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的不可再生能源的過度消耗，江河水電資源的全面開發(fā)，太陽能、風能發(fā)展的局限性，以及核能在安全方面的限制性，對一種潔凈高效可持續(xù)能源的需要日益急迫。因此開發(fā)利用潔凈的新能源是解決能源問題及環(huán)境問題的出路。本文介紹了潮汐能發(fā)電的概念、特點,主要的開發(fā)技術及世界和中國潮汐能發(fā)電的現狀和前景?！娟P鍵詞】潮汐能潮汐能開發(fā)技術

2、 現狀及前景0、 前言二十一世紀是中國發(fā)展的關鍵時期，在高速的社會發(fā)展下，及國家對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的統(tǒng)籌安排，將對中國的能源結構提出巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的不可再生能源的過度消耗，江河水電資源的全面開發(fā)，太陽能、風能發(fā)展的局限性，以及核能在安全方面的限制性，對一種潔凈高效可持續(xù)能源的需要日益急迫。因此開發(fā)利用潔凈的新能源是解決能源問題及環(huán)境問題的出路。海洋占地球面積的71%，它接受來自太陽的輻射能比陸地上要大得多.根據聯(lián)合國科教文組織提供材料表明，全世界海洋能的可再生量從理論上說近800億千瓦，浩瀚的大海蘊藏著巨大的可再生能源，包括波浪能、海流能、潮汐能、溫差能、鹽差能等。在諸多形式的海洋能中，其中海

3、洋潮汐能量含量巨大，且目前開發(fā)技術比較成熟、開發(fā)歷史較長和開發(fā)規(guī)模較大者，世界海洋潮汐能蘊藏量約為27 億kW，若全部轉換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬億kWh。它是最具有開發(fā)潛力的新能源之一。1、 潮汐能1、1潮汐能概念1由于引潮力的作用，使海水不斷地漲潮、落潮。漲潮時，大量海水洶涌而來，具有很大的動能；同時，水位逐漸升高，動能轉化為勢能。落潮時，海水奔騰而歸世界上潮差的較大值約為1315m，但一般說來，平均潮差在3m以上就有實際應用價值。潮汐能是因地而異的，不同的地區(qū)常常有不同的潮汐系統(tǒng)，他們都是從深海潮波獲取能量，但具有各自獨特的特征。，水位陸續(xù)下降，勢能又轉化為動能。海水在運動時所具

4、有的動能和勢能統(tǒng)稱為潮汐能。1、2潮汐能的應用人類很早就會利用潮汐能,900年前,我國泉州建洛陽橋時就是利用潮汐能搬運石塊,在1518 世紀,法國英國等曾在大西洋沿岸利用潮汐推動水輪機。但利用潮汐能發(fā)電是始于20世紀50 年代,加拿大、法國、俄國和中國都建有潮汐發(fā)電站。現代潮汐能的利用，主要是潮汐能發(fā)電。潮汐能發(fā)電是利用海灣、河口等有利地形，建筑水堤，形成水庫，以便于大量蓄積海水，并在壩中或壩旁建造水力發(fā)電廠房，通過水輪發(fā)電機組進行發(fā)電。2、 潮汐能發(fā)電2、1潮汐能發(fā)電基本原理潮汐能利用的主要方式是發(fā)電。潮汐發(fā)電的工作原理與常規(guī)水力發(fā)電的原理類似，它是利用潮水的漲、落產生的水位差所具有的勢能來

5、發(fā)電。差別在于海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，并且呈間歇性，從而潮汐發(fā)電的水輪機的結構要適合低水頭、大流量的特點。具體地說，就是在有條件的海灣或感潮河口建筑堤壩、閘門和廠房，將海灣（或河口）與外海隔開圍成水庫，并在閘壩內或發(fā)電站廠房內安裝水輪發(fā)電機組。海洋潮位周期性的漲落過程曲線類似于正弦波。對水閘適當地進行啟閉調節(jié)，使水庫內水位的變化滯后于海面的變化，水庫水位與外海潮位就會形成一定的高度差（即工作水頭），從而驅動水輪發(fā)電機組發(fā)電。從能量的角度來看，就是將海水的勢能和動能，通過水輪發(fā)電機組轉化為電能的過程。潮汐能的能量與潮量及潮差成正比，或者說與潮差的平方及水庫的面積成正比。潮

6、汐能的能量密度較低，相當于微水頭發(fā)電的水平。一般地，平均潮差需在3m以上才有實用價值。2、2潮汐發(fā)電站2由于潮水的流向與河水的流向不同，它是不斷變換方向的，因此潮汐電站按照運行方式及設備要求的不同，而出現了不同的型式，大體上可以分為3類：（1） 單庫單向式電站。只修建一座堤壩和一個水庫，漲潮時開啟閘門，使海水充滿水庫，平潮時關閉閘門，待落潮后庫水位與外海潮位形成一定的潮差時發(fā)電；或者利用漲潮時水流由外海流向水庫時發(fā)電，落潮后再開閘泄水。這種發(fā)電方式的優(yōu)點是設備結構簡單，缺點是不能連續(xù)發(fā)電，僅在落潮或漲潮時發(fā)電。（2） 單庫雙向式電站。也僅修建一個水庫，但是由于采用了一定的水工布置形式，利用兩套

7、單向閥門控制兩條引水管，在漲潮或落潮時，海水分別從不同的引水管道進入水輪機；或者采用雙向水輪發(fā)電機組，因此電站既可在漲潮時發(fā)電，也能在落潮時發(fā)電，只是在水庫內外水位基本相同的平潮時才不能發(fā)電。我國于1980年建成投產的浙江江廈潮汐試驗電站就屬于這種型式。這種發(fā)電方式的優(yōu)點是適應天然潮汐過程，能源利用效率高。缺點是投資大。（3） 多庫聯(lián)程式電站。在有條件的海灣或河口，修建兩個或多個水力相聯(lián)的水庫，其中一個作為高水庫，僅在高潮位時與外海相通；其余為低水庫，僅在低潮位時與外海相通。水庫之間始終保持一定的水頭，水輪發(fā)電機組位于兩個水庫之間的隔壩內，可保證其能連續(xù)不斷地發(fā)電。這種發(fā)電方式，其優(yōu)點是能夠連

8、續(xù)不斷地發(fā)電，缺點是投資大，工作水頭低。我國初步議論中的長江口北支流潮汐電站就屬于這種型式。2.3潮汐發(fā)電技術3潮汐電站由7 個基本部分組成：潮汐水庫；堤壩；閘門和泄水道建筑；發(fā)電機組和廠房；輸電、交通和控制設施；航道、魚道等。潮汐發(fā)電的關鍵技術主要包括低水頭、大流量、變工況水輪機組設計制造；電站的運行控制；電站與海洋環(huán)境的相互作用，包括電站對環(huán)境的影響和海洋環(huán)境對電站的影響，特別是泥沙沖淤問題；電站的系統(tǒng)優(yōu)化，協(xié)調發(fā)電量、間斷發(fā)電以及設備造價和可靠性等之間的關系；電站設備在海水中的防腐等。近50 年來，工程技術人員一直致力于將潮汐發(fā)電形成工業(yè)規(guī)模的研究，其技術關鍵在于設計出適應海水腐蝕的渦輪

9、機。另一項關鍵措施浮云法施工技術的推廣避免了在很深的水中及在易遭受風暴潮威脅的壩址修建昂貴且復雜的圍堰，從而使工程造價降低了25%38%。下面為潮汐電站水輪發(fā)電機組的關鍵技術（1）水輪機水力設計技術潮汐電站利用水頭低，潮差變化大，水頭變動頻繁，這些都給水輪機的水力設計帶來一些困難。另外，許多潮汐電站運行工況復雜、轉換頻繁，如不僅要求正反向發(fā)電，還要求正反向抽水、正反向泄水，這更增大了水輪機水力設計的難度。因此，要根據電站實際情況和用戶具體要求，應用現代CFD技術，權衡協(xié)調各種工況的要求和性能，設計出綜合效率高、過流量大、空化性能好的轉輪及流道。對多種工況運行的轉輪而言，通常只要求正向發(fā)電和反向

10、抽水運行的高效率，不追求反向發(fā)電和正向抽水運行時的效率。（2）大型全貫流式水輪發(fā)電機的關鍵技術全貫流式水電機組在潮汐電站中有廣闊的應用前景。應針對大型全貫流式水電機組進行專項研究。特別要對大型全貫流式水電機組的特殊關鍵問題，如水密封技術、機組動態(tài)穩(wěn)定性問題等，開展專題調查和研究。（3）海水腐蝕防止技術潮汐電站水電機組部件長期浸泡在海水中或處于鹽霧彌漫的空氣中，這不但對結構中的金屬要產生嚴重的腐蝕作用，產生點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕，而且對機組中的電氣元器件及絕緣也要產生很大的影響。在潮汐電站機組中，防止海水腐蝕的主要措施有以下幾種：a合理選擇材料，關鍵金屬部件b涂敷耐海水腐蝕涂料。c采用陰極保護

11、技術。d發(fā)電機防海水腐蝕技術。另外，發(fā)電機的電刷裝置必須能在泄水工況下舉起，否則滑環(huán)表面會在很短時期內產生銅綠，腐蝕滑環(huán)。（4）防海生物附著技術海水中的海生物容易附著在金屬結構表面，影響過流部分的過流條件，影響機組出力，降低運動部件的靈活度。海生物的附著力極強，清除非常困難。法國朗斯電站24臺機組每年要清除約1t的海生物附著物，花費60萬法郎。潮汐電站機組中防海生物附著主要采用兩種方法。一是過流表面涂敷能殺死海生物的涂料i二是電解海水，產生毒性氯離子，抑止海生物附著。前蘇聯(lián)基斯洛電站研究出一種含有能殺死海生物組份的漿料，涂敷過流表面，同時從海水中制取氯離子，輸送至流道表面，驅除污著物的幼蟲。這

12、兩種措施，雙管齊下，能保證10多年流道內無海生物附著。3、 潮汐能發(fā)電現狀及前景3.1國外潮汐能發(fā)電現狀世界上潮汐能資源較豐富的國家?guī)缀醵荚谶M行開發(fā)利用研究,尤以法國、英國、美國、加拿大等國開展較早。1966 年,法國在朗斯河口建成朗斯潮汐電站,該站址潮差最大134m , 平均8 m。單庫面積最高海平面時為22km2,平均海平面時為12 km2 。大壩高12 m ,寬25 m ,總長750 m。壩上有公路溝通朗斯河兩岸,是第一個商業(yè)化電站,也是世界上最大的潮汐發(fā)電站, 其發(fā)電量5.44億kWh。繼法國之后,前蘇聯(lián)在巴倫支海建成基斯洛潮汐電站,其設計總裝機為800 kW(現裝機400 kW) 。

13、1984 年加拿大在芬地灣建成了取名為安那波利斯的潮汐發(fā)電站,裝機容量5 104 kW(其中裝有一臺容量為2 104 kW的單向全貫流水輪發(fā)電機組) 。芬地灣是世界上潮汐能最大的地方,那里的海潮最高時達到18 m ,相當于6 層樓房的高度。英國、韓國、印度、澳大利亞和阿根廷等國對規(guī)模數十萬到數百萬kW的潮汐電站建設方案作了不同深度的研究。最近幾年,潮汐能的開發(fā)研究仍在進行。3.2國內潮汐能發(fā)電現狀及前景隨著我國經濟的不斷發(fā)展，電力不足的問題已越來越嚴重。特別是東部沿海地區(qū)為我國的電力負荷中心所在，每年的電力消費約占全國的40%。而這些地區(qū)煤、石油等常規(guī)能源資源比較貧乏，可再生能源蘊藏量大。因此

14、，立足于本地區(qū)的可再生清潔能源的開發(fā)利用成為解決電力供應不足的重要途徑。我國是世界上建造潮汐電站最多的國家，先后建造了幾十座潮汐電站，由于各種原因，目前只有8個電站在正常運行發(fā)電，總裝機容量為6000 kWh ，年發(fā)電量1000多萬kWh，僅次于法國、加拿大。我國的潮汐電站規(guī)模較小，江夏潮汐試驗電站是我國已建成的最大的潮汐電站。雙向貫流式機組6臺，總裝機容量3200kW ，年發(fā)電量600萬kWh。規(guī)模僅次于法國郎斯洛潮汐電站、加拿大芬地灣安娜波利斯洛潮汐電站，居世界第三。 4、 結語制約潮汐能發(fā)電的因素主要是成本因素，到目前為止，由于常規(guī)電站廉價電費的競爭，建成投產的商業(yè)用潮汐電站不多。然而，由于潮汐能蘊藏量的巨大和潮汐能發(fā)電的