潮汐能發電

在潮差大的海灣入口或河口築堤構成水庫，在壩內或壩側安裝水輪發電機組，利用堤壩兩側潮汐漲落的水位差驅動水輪發電機組發電。

基本介紹

• 中文名：潮汐能發電
• 外文名：tidal power generation
• 學科：電力科學
• 拼音：chaoxineng fadian

釋義

在潮差大的海灣入口或河口築堤構成水庫，在壩內或壩側安裝水輪發電機組，利用堤壩兩側潮汐漲落的水位差驅動水輪發電機組發電。

潮汐發電方式

有單庫單向式、單庫雙向式、雙庫式、發電結合抽水蓄能式等。

單庫單向式

只築一水庫，安裝單向水輪發電機組，在落潮或漲潮時發電。因落潮發電可利用的水庫容量和水位差比漲潮大，故一般採用落潮發電方式。在一個潮汐周期內，電站依充水、等候、發電和等候四個工況運行。①充水工況：停止發電，開啟水庫，海側上漲的潮水經水閘和水輪機進入水庫，至庫內外水位齊平為止。②等候工況：關閉水閘，水輪機停止過水，水庫水位保持不變。海側水位因落潮逐漸下降，直至水庫內外水位差達到機組起動水頭。③發電工況：機組發電，水庫水位逐漸下降至與海側水位差小於機組發電所需的最低水頭。④等候工況：機組停機，也不讓過水。水庫水位保持不變，海側水位因漲潮逐漸上升，至水庫兩側水位齊平，轉入下一周期。

單庫雙向式

只築一水庫，安裝漲落潮均可發電的機組，或在水工布置上滿足雙向發電。在一個潮汐周期內，電站依等候、漲潮發電、充水、等候、落潮發電和泄水六個工況運行。一般以落潮發電為主。

雙庫(高低庫)式

建兩個互相毗連的水庫，雙向水輪發電機組安裝在兩水庫之間進行發電。其中一水庫設有進水閘，在潮位較庫內水位高時引水入庫。另一水庫設有泄水閘，在潮位比庫內水位低時，泄水出庫。這樣，前者總是保持較高水位，稱為高庫;後者總是保持較低水位，稱為低庫。高、低庫之間終日保持水位差，水輪發電機組可連續發電。

發電結合抽水蓄能式在電站水庫水位與潮位接近，而且水頭小時，用電網的電力抽水蓄能。漲潮時將海水抽入水庫，落潮時將庫內水往海中抽，以增加發電時的有效水頭，增加發電量。

按正規半日周期潮計，單庫單向式每晝夜發電2次，平均日發電9～11 h;單庫雙向式每晝夜發電4次，平均日發電14～16 h，發電時間和發電量均比單庫單向式多，但由於要兼顧正反兩向發電，發電平均效率比單庫單向式低，而且機組結構較複雜。國內外研究認為，雙庫造價昂貴，單庫落潮發電較好。但何種方式最佳，要根據當地潮型、潮差、地形條件、電力系統負荷要求、發電設備的組成、建築材料和施工條件等技術經濟指標進行選擇。

潮汐電站工程和設施

潮汐電站工程主要由電站建築物和機電設備組成。電站建築物主要有堤壩、泄水閘和發電廠房等， 有通航要求的潮汐電站還應設定船閘。

堤壩用來將水庫與外海隔開，形成落差。多用海上圍堰法築黏土心牆壩、堆石壩和土壩。因築於海上，施工條件惡劣，近年國外使用預製混凝土浮運沉箱法築壩建站。

泄水閘用來對水庫泄水和充水。閘型一般採用平原地區擋潮閘常用的胸牆孔口平底堰閘。近年，中國發展了預製浮運閘。這種閘先預製好各種閘門構件，由船浮運到建閘地點，定點沉放安裝而成。施工時不用圍堰或在岸上開挖，施工方法簡單，工程量少，投資少，在中國沿海大量使用。

發電廠房包括水輪發電機組、輸配電設備、起重設備、中央控制室、下層水流通道和閘門等。

水輪發電機組

對機組的要求為：①應滿足潮汐低水頭大流量的水力特性。②機組一般在水下運行，對機組的防腐、防污、密封和發電機的防潮、絕緣、通風冷卻、維護等要求高。③機組隨潮汐漲落髮電，開停機次數頻繁。在電氣方面，要選用適應頻繁起動和停止的開關設備。④對雙向發電機組，由於正反向旋轉，相序也相應變換，在設計電氣主接線時，需考慮安裝倒向開關， 使電源接入系統或負荷時， 保證相序固定不變。

潮汐電站一般採用貫流式機組。機組的特點是：過流量大，比轉速高，高效率區比較寬廣，在相同容量下，轉輪直徑比豎軸有蝸殼的軸流式機組小， 機重相對減輕，可降低機組投資;機組為臥式，可布置於潮位變動部分的水下，降低了廠房的高度，減少了開挖量;水輪機進出水管採用順直水流的流道， 代替蝸殼及彎形尾水管，使機組間距小，減少了廠房的長度。貫流式機組種類很多，主要有燈泡貫流式、全貫流式、豎井貫流式、明槽貫流式和軸伸貫流式。燈泡貫流式和全貫流式是新型機組。

燈泡貫流式這是20世紀60年代發展起來的新型機組。水輪機和發電機連成一軸(或中間通過行星齒輪增速器連線)， 發電機安裝於水密封的燈泡體內，整個裝置臥置於廠房下的水流通道中， 水流通過流道時，推動水輪發電機組發電。它的主要特點是：水流通過的流道比較直，長度也較短，水能損失少，發電效率高;機組結構緊湊，外形較小，所需廠房規模也小，故工程量和投資均較少。缺點是：燈泡體耗鋼量大，對增速要求高。發電機的散熱冷卻，靠強迫空氣內部循環流動，通過燈泡體與外界海水接觸來實現。法國朗斯潮汐電站和中國江廈潮汐試驗電站都採用這種機組。朗斯電站機組可進行正、反向發電及正、反向供水和正、反向泵水六種工況運行。江廈電站機組可進行正、反向發電和正、反向泄水四種工況運行。

全貫流式也稱葉緣貫流式。它是目前最先進、效率最高的機組。水輪機安裝在順直的流道上。主要特點是： 將發電機的轉子用軟連線方法安裝於水輪機轉輪的外緣上，定子固定在轉輪外圍的流道壁上。發電機的定子和轉子需加以密封，以防止滲水。機組可安裝於通道中的混凝土墩內，以替代通常所用的燈泡體結構。發電機的位置與水輪機的流道無關， 沒有燈泡式機組中加長鐵芯設計的困難。但水輪機密封困難，所以技術要求高。這類機組沒有發電機軸、轉子輪軸及一些常規部件，所以較經濟，造價比燈泡式機組低，土建投資也少。

潮汐電站工作在海洋環境中， 金屬材料在海水中腐蝕速度快、生物附著污損大。另外，泥沙淤積於庫內或尾水區，影響機組運行。所以要解決防腐、防污和防淤、排淤問題。防腐一般採用防蝕塗料與外加電流陰極保護的方法; 防污多採用防污塗料為主並輔以電解海水的方法，也可採用防蝕塗料加人工清污等方法;防淤多設定沉沙池和築海堤等;排淤則有集中水頭沖刷(如設定沖沙閘或高低閘門沖沙)、用耙掀起庫底泥沙在落潮時排出和挖淤等方法。

建潮汐電站的目的，主要是獲得電力。但堤壩工程改變了自然條件和周圍環境，可同時進行圍墾種植、水產養殖、旅遊交通等綜合開發。

歷史、現狀和發展趨勢

1912年德國在什勒斯維希—荷爾斯太因州的蘇姆建成世界第一座潮汐電站。以後，潮汐資源豐富的國家，包括法、蘇、英、美和加拿大等國，都進行了潮汐發電的開發。目前，世界上已建成的較著名的潮汐電站有：法國的朗斯潮汐電站，裝機容量240 MW，年設計發電量5.44億kW·h，1967年投入運行，至今已正常運行了30多年(參見彩圖插頁第39頁71圖);蘇聯基斯拉雅潮汐試驗電站，裝機400 kW， 1968年投入運行;加拿大芬地灣安納波利斯中間試驗電站，裝機20 MW，1984年投入運行。中國於20世紀70年代先後建成了一批小型潮汐電站。到1998年底，中國潮汐發電總裝機容量為10650 kW，發電規模僅次於法國和加拿大。建成並投入運行的電站有浙江溫嶺縣樂清灣江廈潮汐試驗電站，裝機3200kW，是中國最大的潮汐試驗電站(參見彩圖插頁第40頁72圖)。此外，還有山東白沙口、浙江岳浦、江蘇瀏河、廣東甘竹灘、浙江海山、浙江沙山、廣西欽州果子山和福建幸福洋等7座潮汐電站和1座潮洪電站。

目前世界上計畫建設的電站不少。如加拿大芬地灣裝機4000 MW的科比闊特電站， 英國塞文河的4000 MW電站，韓國裝機400 MW的加露林電站，印度卡奇灣電站，俄羅斯盧姆鮑夫電站等，都在進行規劃和建設。據聯合國《開發論壇》估計，到2000年世界潮汐發電量可達到300～600億kW·h。只要能夠解決海工建築物的結構型式和施工方法問題，鬆軟壩基的處理和防滲問題，建築物抗颱風問題，新型機組的研製問題，防腐、防污、防淤、排淤和綜合利用問題，潮汐電站建設成本將會進一步降低，一批新型的大中型電站將會陸續建成。