可再生能源发电技术7-海洋能多种发电技术.ppt

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1、第七讲 海洋能发电,可再生能源发电技术,李进平（水电学院水电站教研室）公共邮箱：，密码:123456,要 点,海洋能资源波浪能海流能海水温差能海水盐差能潮汐能,海洋的巨大威力巨大的海浪可把13吨重的整块巨石抛到20米高处，能把 1.7万吨的大船推上海岸。1968年，一艘巨型油轮，在好望角海域被狂涛巨浪折为两段（想想这是怎么原因？）,如果海洋中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许再也不必为能源问题担忧了。,海和洋海和洋是有区别的，是不同的概念。远离陆地的水体部分为洋，靠近大陆的水体部分为海。洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的边缘部分。海洋是地球上广大而连续的咸水水体的总称，

2、是相互连通的。海洋的水底地形，像个大水盆。地球表面的总面积约 5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占71%，汇集了地球97%的水量。趣闻：假如地球表面是平整的球面，将就会怎样？,海洋的概念,海洋能源（简称海洋能）海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。海洋能源又可分为机械能、热能和化学能。想想上面五种形式的海洋能都是什么类型？蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，这些海洋能源可以不断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的。,海洋是超

3、大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田”。据联合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦。其中温差能为400 亿千瓦，盐差能为300 亿千瓦，潮汐能为 30 亿千瓦，波浪能为 30 亿千瓦，海流能为 6 亿千瓦。,世界海洋能资源,不是全能利用。估计技术上允许利用的约64 亿千瓦，其中，盐差能30 亿千瓦，温差能20 亿千瓦，波浪能10 亿千瓦，海流能3 亿千瓦，潮汐能1 亿千瓦。,中国新能源与可再生能源1999 白皮书公布的结果：沿海潮汐能资源可开发总装机容量为2179 万千瓦，年发电624 亿度；进入岸边的波浪能理论平均功率为1285 万千瓦；潮流能理论平均功率1394 万千瓦；

4、温差能理论蕴藏量约(1.21.3)1019 kJ，实际可用装机(1.31.5)106 MW；盐差能资源理论蕴藏量约为3.91015 kJ，理论功率为1.25105 MW。,我国海洋能资源,海洋能的特点,海洋能的特点，主要体现在以下几个方面：（1）蕴藏量丰富，可循环再生。（2）能流分布不均，能量密度低。（3）稳定性较好或者变化有规律。（4）清洁无污染。,波浪的成因和类型,波浪的能量来自于风和海面的相互作用传递的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。,小知识：巨大浪涌往往是风暴来袭的前兆？,海浪的类型风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。风浪

5、传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。,小知识：“无风不起浪”和“无风三尺浪”,水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动。,海浪的运动,波浪能资源的分布和特点,波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种因素有关。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。,全球波浪能资源,波浪能年平均功率密度的全球分布，如图所示：,想想：哪些地方的波浪能比较便于利用？,

6、我国波浪能资源,我国海岸线长，海域辽阔。90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。据波浪能能流密度和开发利用的自然环境条件，首选浙江、福建沿岸，应为重点开发利用地区，其次广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。,波浪能的优点,在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：1）以机械能形式存在，在各种海洋能中品位最高；2）在海洋能中能流密度最大；3）在海洋中分布最广。4）可通过较小的装置实现其利用；5）可提供可观的廉价能量。,波浪发电装置的基本构成,波浪发电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终转换成电能。波浪上下起伏或左右

7、摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动,波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：1）波浪能采集系统，捕获波浪的能量；2）机械能转换系统，把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能；3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。,波浪能的转换方式,波浪能的转换方式，大体上可分为四类：机械传统式 空气涡轮式 液压式 蓄能水库式,（1）机械传动式,（2）空气涡轮式,这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。,（3）液压式通过某种泵液装置将波浪能转换为液体的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机。这类装置结构复杂，成本也

8、较高。但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，转换效率也明显高。,（4）蓄能水库式也叫收缩斜坡聚焦波道式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，类似潮汐发电。这类装置结构相对简单，而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功的方式之一。但一般效率不高，而且对地形条件依赖性强，应用受到局限。,根据系留状态，波浪能转换装置可分为固定式和漂浮式。,波浪能装置的安装模式,各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。,根据主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换装置可分为：（1）终结型模式

9、（2）减缓型模式（3）点吸收模式,典型的波浪能发电装置,（1）振荡水柱式（OWC）,水注上升和下降时，气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负,小知识：Wells涡轮机,（3）点头鸭式（Duck）,鸭子的“胸脯”对着海浪传播的方向，随着海浪的波动，像不倒翁一样不停地摆动。摇摆机构带动内部的凸轮/铰链机构，改变工作液体的压力，从而带动工作泵，推动发电机发电。,可同时将波浪的动能和势能转换，理论效率达到90%以上。浮动主梁骨架上，可并排放置多个“鸭子”。,（4）海蛇式（Pelamis）,由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，

10、其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。,（5）摆式（Pendulum）,1983 年建造了一座推摆式波浪能电站。通过浮板的摆动将波浪能转换为液压产生电力。,这是日本的波浪能电站中效率较高的一个。,（6）收缩坡道式在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。,（7）其它海浪发电装置,其它多种新型海浪发电装置的原理和图片，参观相关文献和资料,波浪能转换发电系统的主要构造,代表性波浪能发电项目,（1）英国75kW 和500kW 的LIM

11、PET岸式海洋动力能源转换器，是一种振荡水柱型（OWC）波浪能装置。,1991年在苏格兰爱雷岛上建成75kW项目。2000年又在同一岛屿上建成一座500 kW的项目，是目前世界上最成功的海浪发电装置。,（2）挪威350kW 的TAPCHAN,1986 年，在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容量为350kW 波浪能电站。特色：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。电站从1986年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输出功率约为75kW，是比较成功的一座波浪电站。,（3）英国750kW 的海蛇“海蛇”由英国海洋动力传递公司设计。漂浮式，由若干圆柱形钢壳结构单元铰接而成。,

12、第一个“海蛇”波能装置2002年3月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪发电项目，每条“海蛇”的装机容量为750 kW。,（4）日本“海明”号“海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，带有13个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。,“海明”号的船身结构海底电缆和锚泊设计较成功，但发电效率令人失望，系统总效率不超过6.5%。作为一个大型国际合作项目，“海明”计划的贡献不仅在于获得了大量技术成果，还在世界范围内推动了波浪能研究。,（5）日本“巨鲸”号“巨鲸”是日本海洋科学中心于1990s初

13、开始研建。,一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。安装了1台10 kW、2台50 kW和2台30 kW的发电机组，于1998年完成制造，投放于三重县外海。1998年9月开始持续两年的实海况试验，装置的各部分工作正常，总发电效率最大可达12%。,（6）欧共体2MW 的OSPREY,OSPREY意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能和风能两用的近岸装置。1995年英国制造了OSPREY-1，总容量2MW，其中沉箱式波能发电装置500 kW，风能1500 kW，造价$350万，下水时装置受到损坏。英国又开始研建OSPREY 2000，装机容量仍为2MW。,（7）中国大万山岛3k

14、W 和20kW 岸基OWC,1989 年，中科院广州能源研究所，在珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪能试验电站。这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。在该电站原有基础上，1996 年完成20 千瓦电站的建造。,（8）中国广东汕尾100kW 岸基OWC2001 年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。,这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。,波浪发电的发展,1799 年，世界上第一个关于波浪能发电的专利。2

15、0 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现。1964 年，世界上第一个海浪发电装置航标灯。1970s末，日本、美、英等国合作研制了“海明”号发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。,中国也是波浪能研发的主要国家之一，在世界上有一定影响。1989年，中国第一座波浪电站建成并试发电成功。1996年改建为20千瓦。1999年，100千瓦摆式波浪能电站试运行成功。2000年，100千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。,波浪发电的发展,海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流

16、)，以及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流)。海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律。洋流方向基本不变，流速也比较稳定；潮流会周期性地改变大小和方向。,海流和海流能,一般说来，最大流速在2m/s 以上的水道，海流能均有实际开发价值。潮流的流速一般25.5km/h，在狭窄海峡或海湾里，流速会很大。例如杭州湾海潮。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流和墨西哥洋流。,海流的能量,海流能资源在全国沿岸的分布，在辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富。根据沿海能源密度、理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素，浙江舟山和渤海海峡等海域条件良好。,海流能

17、的资源分布,海流发电的发展状况,进行海流能技术研发的国家，有中、美、英、加、日、意等。其中美、日和英等发达国家进行了较多的潮流发电试验，相对而言走在前列。加拿大在 1980 年就提出用类似垂直轴风力机的水轮机来获取潮流能，还进行了5 kW的海流透平试验。随后英国和意大利设想的潮流发电机都采用类似的方案。1985 年美国试验了2 kW小型的海流涡轮机发电装置。日本1988 年安装在海底的215kW海流机组，是比较成功的海流发电项目。,中国是世界上潮流发电研究最早的国家。1978年，有农民企业家造了一个试验装置，得到了6.3kW的电力输出。哈工大经过多次样机试验，2000 年建成70kW 实验电站

18、。,海流发电有许多优点不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积；也不像海浪发电那样，电力输出不稳。目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮汐发电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、装置简单的优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。,海流发电的原理,（1）轮叶式海流发电原理和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，如图所示。,（2）降落伞式海流发电多个“降落伞”串联在环形的铰链绳上。当海流的力量会迫使“降落伞”张开或收拢。铰链绳在撑开的“降落伞”带动下转动，带动安装在船上的铰盘转动，从而驱动发电机发电。,（3）磁流式海流发电

19、带电粒子高速地垂直流过强磁场时，可以直接产生电流。磁流式发电装置没有机械传动部件，不用发电机组，海流能的利用效率很高。目前这种海流发电方式还处在原理性研究阶段。,海水的温差太阳辐射的情况不同，海水的温度是有差异的。水平分布，一般随着纬度增加而降低。垂直分布，都是随着深度增加而降低。海水温度大体保持稳定，温度变动范围一般在-23。,海水的温差和温差能,海水温差能由海洋表层海水和深层海水之间水温差形成的温差热能，是海洋能的一种重要形式。,全球的海洋温差能分布据有关研究资料，位于北纬45至南纬40的约100 个国家和地区都可以进行海洋温差发电。,中国的海水温差能分布我国南海的表层海水温度全年平均在2

20、528，其中有300 多万km2海区，上下温度差为20左右，是海水温差发电的好地方。,海水的温差和温差能,温差发电的原理,海洋温差能发电，就是利用海洋表层暖水与底层冷水之间的温度差来发电。通常所说的海洋温差发电，大多是指基于海洋热能转换（OTEC）的热动力发电技术，工作方式分为开式循环、闭式循环、混合式循环三种。最近，也有研究者提出根据温差效应利用海水温差直接发电的设想。,开式循环系统,工作原理先用真空泵将循环系统内抽成真空，再用温水泵把温海水抽入蒸发器。系统内有一定的真空度，温海水在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽，推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸汽通过汽轮机后，被冷水泵抽上来的深海冷水冷却，

21、凝结成淡化水后排出。冷海水冷却了水蒸气后又回到海里。作为工作物质的海水，与外界相通，因此称为开式循环。,开式循环系统,开式循环的优点在发电的同时，还可以获得很多有用的副产品。温海水在蒸发器内蒸发后所留下的浓缩水，可用来提炼化工产品；可以得到大量淡水。,开式循环的不足 低温低压下海水的蒸气压很低，为使汽轮发电机能在低压下运转，机组必须造得十分庞大。开式循环的热效率很低，为减少损耗，不得不把各种装置和管道设计得很大。需要耗用巨量的温海水和冷海水，耗能严重，发电量的1/41/3 消耗于系统本身。在海洋深处提取大量的冷海水，存在许多技术困难。,开式循环系统,闭式循环系统,闭式循环系统用低沸点液体（如液

22、态氨）作为工作介质，所产生的蒸气作为工作流体。氨水的沸点33，明显低于水，更容易沸腾。,闭式循环系统的特点缺点：蒸发器和冷凝器要求高，耗资昂贵。优点：蒸汽压力提高数倍，发电装置体积变小，而发电量可达到工业规模。闭式循环系统一提出，就得到广泛的赞同和重视，成为目前海水温差发电的主要形式。,闭式循环系统,混合循环系统也是以低沸点的物质为工质。用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。既能产生新鲜淡水，又可减少蒸发器体积，节省材料，便于维护。,混合循环系统,据塞贝克效应，若将两个不同的导体/半导体电极分别置于海洋表层温海水和深层冷海水中，电极间即可产生电压。这种温差发电方法，在具体实现上仍有很多困

23、难，还停留在设想阶段。,直接温差发电,温差发电的发展,1881 年，法国人最早提出利用海水温差发电的设想；1948 年，法国在非洲象牙海岸建造了一座7MW 的开式循环海水温差发电站。1964 年，美国人提出了闭式循环方案。1980 年，美国在夏威夷建造了一座1MW 的实验装置。,日本科学家从1973 年开始进行海洋温差发电的研究。日本1981年完成100kW 闭式循环温差电站，1993年建成210kW 开式循环装置，净出力为4050kW。1995 年前后印度建成6 座5 万千瓦的陆基海水温差能电站。1980s年代台湾电力公司和中科院广州能源研究所分别开设进行了温差利用的研究。,温差发电的发展,

24、温差发电的世界之最,世界最早的海水温差发电实验 1926 年，克劳德在法兰西科学院大厅，世界第一座海水温差电站 1930 年，克劳德在古巴海滨,世界第一座实用的海水温差电站 1979年，美国在夏威夷岛西部海域世界最大的海水温差电站 1990 年，日本在鹿儿岛,海洋温差能发电系统，还有许多技术和经济问题需要解决：（1）转换效率低。（2）投资成本高。（3）建设难度大。（4）选址不容易。,海水中至少有 80 多种化学元素，主要以盐类化合物存在，在水里会电离成带正负电荷的两类离子。盐差能就是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。全球海洋的海水盐度分布，

25、参见文献资料。河流入海口，往往有显著的盐度差。,海水的盐差和盐差能,据估计，假设只有降雨量大的地域的盐度差才能利用，技术上可利用的约30 亿千瓦。我国盐差能的理论功率约1.25105 MW，主要集中在各大江河的出海处。同时，我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。,海水的盐差能的分布,在半透膜(水能通过,盐不能)隔开的有浓度差别的溶液之间，低浓度溶液透入高浓度溶液的现象，称为渗透现象。发生渗透现象时，若在浓度大的溶液上施加一个机械压强，恰好能阻止稀溶液向浓溶液发生渗透，则该机械压强就等于这两种溶液之间的渗透压。,渗透和渗透压,渗透压法，就是利用半透膜两侧的渗透压，在不同盐浓度的海水之间形成水位

26、差，然后利用海水从高处流向低处时提供的能量来发电，类似潮汐发电。关键技术：半透膜技术和膜与海水间的流体交换技术，技术难点：制造强度足够、性能优良、成本适宜的半透膜。,渗透压法,（1）强力渗压发电,在河水与海水之间建两座水坝，坝间挖一个低于海平面的水库。前坝内安装水轮发电机组，使河水与水库相连；后坝底部安装半透膜渗流器，使水库与海水相通。,水库的水通过半透膜不断流入海水中（为什么？），水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。,技术难点：在低于海平面的深坑建造电站；能够抵抗腐蚀的半透膜。发展的前景不大。,（2）水压塔渗压发电,水压塔与淡水间用半透膜隔开

27、。先由海水泵向水压塔内充入海水，运行时淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位不断上升，从塔顶水槽溢出，海水(经管道)冲击水轮机旋转，带动发电机发电。,在运行过程中，为了使水压塔内的海水保持盐度，海水泵不断向塔内打入海水。,（2）水压塔渗压发电,发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人。半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。,（3）压力延滞渗透发电,压力泵先把海水压缩再送入压力室。运行时淡水透过半透膜渗透到压力室同海水混合。混合后的海水和淡水与海水比具

28、有较高的压力，可以在流入大海的过程中推动涡轮机做功。,有公司预计2015年渗透能发电可投入商业，并可生物能、潮汐能相竞争。,蒸汽压法,同样温度下淡水比海水蒸发得快，因此海水一边的饱和蒸汽压力要比淡水一边低得多，在一个空室内蒸汽会很快从淡水上方流向海水上方并不断被海水吸收，这样只要装上汽轮机就可以发电了。,蒸汽压发电的最显著的优点是不需要半透膜，这样就不存在膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。但是发电过程中需要消耗大量淡水，应用受到限制。,浓差电池法,浓差电池，也叫渗透式电池，一般需要两种不同的半透膜，一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带负电荷的氯离子自由出入。,该系统需要采用面积

29、大而昂贵的交换膜，发电成本很高。不过使用寿命长，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来严重影响。另外，这种电池在发电过程中电极上会产生Cl2 和H2，可以补偿装置的成本。,盐差发电的发展状况,海洋盐差发电的设想是1939 年由美国人首先提出来的。第一份关于利用渗透压差发电的报告发表于1973 年。1975 年以色列的洛布建造并试验了一套渗透法装置，证明了其利用的可行性。目前以色列已建立了一座150kW 盐差能发电试验装置。我国于1979 年开始这方面的研究，1985 年西安冶金建筑学院对水压塔系统进行了试验研究，采用半渗透膜法研制了一套可利用干涸盐湖盐差发电的试验装置。,盐差发电的发展状况,小知

30、识：死海与浓差发电世界之最：世界第一座渗透能发电站,人类对潮汐的认识,我国古人把白天的海水涨落叫做“潮”，夜间的海水涨落叫做“汐”，合起来称为“潮汐”。潮汐是由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的海水有规律的、周期性的涨落现象。太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。,人类对潮汐的认识,俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一条直线上，日月的引力方向相同，合力最大，形成大潮。每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形成大潮（想想：为什么？）当太阳和月球对地成直角方向时，太阳潮的落潮和太阴潮的涨潮，二者共同作用

31、，相互抵消，形成潮势较弱的小潮。,趣闻：我们和地心的距离也是变化的？,人类对潮汐的早期利用,潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。我国对潮汐能的利用最早，可追溯到1300多年前的唐朝。宋代有巧用潮汐建石桥的工程实例67 世纪，我国就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物。近些年在山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。,中国最早的潮汐能水轮泵站,人类对潮汐的早期利用,10 世纪左右，在波斯湾，人们开始以潮汐能为动力驱动水车进行面粉加工。1112 世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿用到20 世纪。英国至今仍保留着一个12 世纪的潮汐磨，碾谷子供游客参观。16 世纪，俄国沿海居民也使用过类似的潮汐

32、能水磨，18 世纪，俄国还出现了以潮汐能为动力的锯木厂。欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路，并把它带到美洲新大陆。到了20 世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利用潮差能来发电。,潮汐的描述和分类,用于描述潮汐的各个要素如图所示。,海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环。相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平均周期。按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、全日潮和混合潮三种类型。,潮汐的描述和分类,潮汐能资源及其分布,海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能称为潮汐能。很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能，而潮汐能特指海水涨落形成的势能。在各种海

33、洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济技术条件下最为现实的一种。,世界潮汐能资源,联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为30 亿千瓦，是目前全球发电能力的1.6 倍。估计技术上允许利用的约1 亿千瓦。中国商业情报网的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。实践证明，平均潮差3m 才有经济效益，否则难于实用化。,我国的潮汐能资源,据初步统计，全国潮汐能蕴藏量约为2.9 亿千瓦，年发电量可达2750 亿度。中国新能源与可再生能源1999 白皮书资料显示我国可开发潮汐能资源装机容量达2000 多万千瓦，年发电量可达600 多亿度。,潮

34、汐发电原理和电站构成,和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。世界上平均潮差（注意这个概念）的较大值约为1315m。想想：我国的最大平均潮差会出现在哪里？潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致相同。,潮汐发电的方式,广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种：一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动发电机发电，称为潮流发电；一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮位发电。,潮汐发电的方式,涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。,潮汐电站的装机容量和发电量,电站的可能装机容量，理论上可根据潮

35、汐势能大小计算。例如，半日潮的潮汐电站装机容量P，可用公式计算：,式中 H 平均潮差（m）；S 水库平均面积（km2）,建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：,式中 a单向发电时取0.40，双向发电时取0.55；可用这个公式估算潮汐能蕴藏量和潮汐电站的年发电量。,潮汐电站的结构,潮汐电站的选址：潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的海水伸展地带，最好选在“口小肚大”的海湾上，这样只要修建一个短短的大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。潮汐电站的构成：潮汐能电站是综合的建设工程，主要由拦水堤坝、水闸和发电厂三部分组成。有通航要求的潮汐能电站还应设置船闸。,潮汐电站对水轮

36、发电机组有特殊的要求，例如：1）应满足潮汐低水头、大流量的水力特性；2）在海水中工作时，防腐、防污、密封和发电机防潮；3）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落而频繁启动和停止；,潮汐电站的水轮发电机组,根据水轮机的布置和结构型式，潮汐电站所用的水轮发电机组有以下几类：（1）立轴定桨式水轮发电机组。（2）轴伸贯流式水轮发电机组。（3）竖井贯流式水轮发电机组。（4）灯泡贯流式水轮发电机组。（5）全贯流式水轮发电机组。,潮汐电站的水轮发电机组,潮汐电站的类型,（1）单库单向潮汐电站,（2）单库双向潮汐电站,潮汐电站的类型,（3）双库连续发电潮汐电站,潮汐电站的类型,潮汐发电的特点,主要包括：（1

37、）潮汐能源可循环再生。（2）潮汐变化有规律，发电输出没有季节性。（3）靠近用电中心，不消耗燃料，运行费用低。（4）潮汐发电不排放有害物质，不会污染环境。（5）潮汐电站建设不需淹地、移民，还可以综合利用。,作为新兴的电力能源，目前也存在一些不足。（1）发电出力有间歇性。（2）水头低，发电效率不高。（3）工程复杂，建设投资大。（4）关于泥沙淤积问题的疑虑。,潮汐发电的特点,潮汐发电的发展,潮汐发电研究已有 100 多年历史，最早从欧洲开始，德国和法国走在最前面。发电成为潮汐能利用的主要发展方向。19 世纪末，法国人提出兴建潮汐能发电站的设想。1912 年世界上第一座潮汐能电站建成。1913 年法国

38、的潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又建了一座容量为1865kW 的潮汐电站。,直到1960s，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。1967 年世界上第一座具经济价值的生产性潮汐发电站，标志着潮汐发电进入了实用阶段。前苏联、英国、美国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、印度等国，也都陆续研究，相继建成一批潮汐发电站。联合国开发论坛曾估计，2000 年世界潮汐发电可达300 至600 亿千瓦时，实际进展却没有这么快。初步统计，全世界潮汐电站的总装机为26.5 万千瓦(265MW)。预计到2020 年，世界潮汐电站发电总量将达120 亿到600 亿千瓦时。,世界之最：世界上最早的潮汐电站；世界上装机容量最

39、大的潮汐电站；世界上第一座具经济价值的生产性潮汐发电站；世界上单机容量最大的潮汐电站。,我国潮汐发电的发展,中国是世界上建造潮汐电站最多的国家。1950s1970s，先后建了约50 座潮汐电站，但据1980s初的统计，其中大多数已经不再使用。例如，1977年初广西曾在钦州果子山建成一座小型的实验性潮汐电站。我国的潮差偏小，平均潮差都5m，因而潮汐发电的经济效益不会太高，电站设计须着眼于大坝建造所带来的交通、围垦、滩涂等资源的综合利用效益上。,目前，中国有7 个潮汐电站仍正常运行发电，总装机容量7245 千瓦，每年可发电1000 多万千瓦时。如表所示。,中国之最,中国第一座潮汐电站中国最大的潮汐电站,