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前景
国外潮汐发电站
浙江沿海潮汐发电情况
福建省潮汐发电
潮汐能与潮汐发电
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,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。
我国大陆海岸线长,岛屿众多,北起鸭绿江口,南到北仑河口,长达18000多公里,加上5000多个岛屿的海岸线14000多公里,海岸线共长32000多公里,因此潮汐能资源是很丰富的。
据不完全统计,全国潮汐能蕴藏量为1.9亿千瓦,年发电量可达2750千瓦时,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。
潮汐发电原理图
潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。
1913年德国在北海海岸建立了第一座潮汐发电站。
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。
原理
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。
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。
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。
物理条件
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。
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。
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。
老的单水库潮汐电站是涨潮时使海水进人水库,落潮时利用水库与海面的潮差推动水轮发电机组。
它不能连续发电,因此又称为单水库单程式潮汐电站。
新的单水库潮汐电站利用水库的特殊设计和水闸的作用既可涨潮时发电,又可在落潮时运行,只是在水库内外水位相同的平潮时才不能发电。
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。
因此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。
双水库潮汐电站建有两个相邻的水库,水轮发电机组放在两个水库之间的隔坝内。
一个水库只在涨潮时进水(高水位库),一个水库(低水位库)只在落潮时泄水;
两个水库之间始终保持有水位差,因此可以全日发电。
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。
目前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。
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。
型式
单库单向电站
即只用一个水库,仅在涨潮(或落潮)时发电,我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。
潮汐发电的型式
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。
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
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、机组台数多,不用设置备用机组。
缺点
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
前景
潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象,由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落。
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,更值得指出的是,它还可以转变成电能,给人带来光明和动力。
潮汐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。
潮汐发电的前景是广阔的。
20世纪初,欧、美一些国家开始研究潮汐发电。
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。
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。
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。
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2l世纪,将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。
国外潮汐发电站
国家或地区
地点
装机容量(兆瓦)
年发电量(万兆瓦·
小时)
机组(台)
潮差(米)
法国
朗斯
240
4.8
24
8
英国
塞泣河口湾
7200
1300
230
9.3
默西河口湾
620
120
21
6.7
斯特兰福德湾
210
53
30
3.1
爱尔兰
香农河口湾
318
71.5
3.8
印典
卡奇湾
600
160
43
5.2
韩国
加露林湾
480
32
4.6
巴西
巴冈加
5.5
2
4.1
美国
尼克湾
2220
550
80
7.8
加拿大
坎伯兰湾
1147
342
37
10.5
魁北克湾
4028
1260
106
12.4
安纳波利斯罗尔
20
5
1
俄罗斯
伦博夫斯基
400
缅珍斯卡亚
15000
5000
800
9
品仁
87000
20000
13.5
浙江沿海潮汐发电情况
根据浙江省政府近日发布的《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%。
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。
潮汐发电是依靠水力来发电的,而潮汐产生的原因,地球自转和月亮绕地球公转的速度不同,地球24小时自转一周,月亮30天绕地球一周,月球和地球之间的万有引力,吸引大海的水偏向地球面对月球的一面,简单说就是,水面被吸的变形,水相对地球固体表面运动,有巨大的摩擦力,直接的后果就是,使地球的自转速度变慢,月球的公转速度加快,如果这个系统能无限的保持下去,其结果是,地球约转越慢,月球公转越来越快,月球离地球的距离越来越近,地球和月球组成的总系统能量减少,变成了潮汐在地球表面的动能,这个动能在运动的过程中,可以转化为势能和热能(内能),势能部分,在下落的过程中,参考水力发电站,就是我们人类获取的用来发电的那一部分。
内能,使水温升高,具体能升高多少不清楚,同时地球的温度相比宇宙的温度,是个高温体,热能要散发出去,这部分热能和吸收太阳的热能一起,向外辐射,最终达到一个动态的平衡,即地球上的一切都保持一定的温度,而不是和整个宇宙的背景温度一样.
潮汐发电发展概况
世界三大著名潮汐电站简介
1.加拿大安纳波利斯潮汐电站
加拿大安纳波利斯潮汐电站座落在芬地湾口安纳波利斯-罗亚尔。
该地潮差为4.2~8.5米。
电站采用全贯流水轮发电机组。
全贯流式水轮机安装在水平的水流通道中,发电机转子固定在水轮机桨叶周边组成旋转体,定子安装在水轮机转轮外边,构成没有传动轴的直接耦合机组。
由于发电机的尺度不受限制,可以采用最优的转子直径,得到较高的转子转动惯量,以改进电网发生意外事故的动力稳定性,较易解决通风,检查、维修也方便。
这些都是优于灯泡式机组之处。
全贯流机组由于其结构紧凑,可以比采用灯泡式机组,工程造价低。
但其难点在能经受推力和转子飞逸时保持稳定和转子轴承的安全运行,以及转子轮缘和壳体中间的密封。
该电站所采用的受力轴承是常规的水动力套筒式。
密封由特殊的合成材料弯曲压贴在构件上,用水作润滑。
该电站安装机组一台,额定功率为2万千瓦。
转子直径7.6米,4个叶轮叶片,18个导叶,定子直径13米,设计水头5.5米,流量378米3/秒,额定转速50转/分,年发电量5000万千瓦小时。
机组由对河川小型全贯流机组有经验的瑞士设计、加拿大制造。
该电站利用现成控制洪水的堤坝,包括一条长225米的堆石坝,一个人工岛,和另一侧控制水量有两个闸门的建筑和一小堤道。
机房设在人工岛上,由100公里外的一座水电站遥控。
该电站在1984年投入运行。
2.法国朗斯潮汐电站
法国朗斯潮汐电站建于法国朗斯河口,该站址潮差最大13.4米,平均8米。
单库面积最高海平面时为22平方公里,平均海平面时为12平方公里。
大坝高12米,宽25米。
总长度750米。
坝上有公路沟通朗斯河两岸。
1966年投入运行,是第一个商业化电站。
该电站装机24台,每合1万千瓦,共24万千瓦。
设计年平均发电量5.44亿度。
机组为灯泡贯流式,转轮直径5.3米,可作六种工况运行。
除正向发电、反向发电、正向排水、反向排水外,还能正向泵水和反向泵水。
各种工况的优化运行,用计算机进行控制。
这种多功能机组在当时是一项重大的技术成就。
大坝两端建有船闸和浅水闸门,中段设置电站厂房。
这段是空腹混凝土坝,顶部做成拱形以承受水压力。
全部建筑是用围堰法抽干水后进行施工的。
共浇注混凝土35万米2,用了钢材1.6万吨。
建设年限6年。
工程最困难和最重要的是主坝海侧围堰,朗斯工程用直径9米的钢筋混凝土圆柱形沉箱作围堰的支撑件,用钢筋混凝土迭梁截流,模型试验精确地预测工程应于何时如何施工。
电站对金属部件的防腐蚀成功地采用涂料、不锈钢和阴极保护等措施。
水工建筑采用几项防水处理方法:
用柔性材料浇注裂缝、用胶粘水泥填塞接缝、用环氧树脂基材料作表面一般处理。
3.基斯拉雅潮汐电站
基斯拉雅潮汐电站建于摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾。
电站成功地采用沉箱法建造堤坝和厂房。
钢筋混凝土动力房沉箱长36米、宽18.3米、高15米,能容纳两台400千瓦容量的灯泡式水轮发电。
机组和进出水道,重5200吨。
沉箱在干船坞建造并装上一台机组,然后浮运到电站现场,沉在准备好的砂源基础上。
动力房安放的垂直和水平位置偏差只有几毫米。
沉箱底部的钢片伸到其下沿以下,使底层免受波浪冲刷。
由于前苏联有利于建站的坝址均位于严寒地带,不便于现场施工,促使采用这样新的厂房结构和施工方法。
同样的理由,对各种材料除了防蚀防污外,还须抵抗温度应力,方法是对建筑物进行热绝缘,在混凝土上补上加强的环氧树脂板。
该电站1968年投入运行。
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