能源科學(xué)概論

1、潮汐能與能源能源科學(xué)概論節(jié)課作業(yè)姓名：吳俊學(xué)號：2015301530130學(xué)院：城市設(shè)計(jì)學(xué)院摘要：潮汐能是一種取之不盡的、清潔無污染的可再生新能源，發(fā)展利用這種新能源可以間接使大氣中的CO2含量的增加速度減慢。文章總結(jié)了潮汐能在我國的發(fā)展利用現(xiàn)狀，并簡要介紹潮汐能在我國開發(fā)利用的意義和可能性以及主要的了一些利用技術(shù)，同時還介紹了開發(fā)利用潮汐能可能存在的問題。為我國潮汐能的開發(fā)利用提供依據(jù)。本文首先介紹了潮汐能的基本信息；隨后分析了潮汐能在我國的發(fā)展利用現(xiàn)狀，并簡要介紹潮汐能在我國開發(fā)利用的現(xiàn)狀和前景。1潮汐能概況潮汐能潮汐能(tide energy)海水周期性漲落運(yùn)動中所具有的能量。其水位差表

2、現(xiàn)為勢能，其潮 流的速度表現(xiàn)為動能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。由于在海水的各種運(yùn)動中 潮汐最守信，最具規(guī)律性，又漲落于岸邊，也最早為人們所認(rèn)識和利用，在各種海洋能的利用 中，潮汐能的利用是最成熟的。因月球引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地 升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量稱為潮汐能。這種能量是永恒的、無污染的能量。 潮汐能的能量與潮量和潮差成正比，或者說，與潮差的平方和水庫的面積成正比。和水力發(fā)電 相比，潮汐能的能量密度很低，相當(dāng)于微水頭發(fā)電的水平。潮汐能的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、潮汐能是一種清潔、不污染環(huán)境、不影響生態(tài)平衡的可再生能源。潮水每日漲落，周 而復(fù)始，取之

3、不盡，用之不竭。它完全可以發(fā)展成為沿海地區(qū)生活、生產(chǎn)和國防需要的重要補(bǔ) 充能源2、它是一種相對穩(wěn)定的可靠能源，很少受氣候、水文等自然因素的影響，全年總發(fā)電量穩(wěn)定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。3、潮汐電站不需淹沒大量農(nóng)田構(gòu)成水庫，因此，不存在人口遷移、淹沒農(nóng)田等復(fù)雜問題。 而且可用攔海大壩，促淤圍墾大片海涂地，把水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利、海洋化工、交通運(yùn)輸結(jié)合起來， 大搞綜合利用。這對于人多地少、農(nóng)田非常寶貴的沿海地區(qū)，更是個突出的優(yōu)點(diǎn)。4、潮汐電站不需筑高水壩，即使發(fā)生戰(zhàn)爭或地震等自然災(zāi)害，水壩受到破壞，也不至于 對下游城市、農(nóng)田、人民生命財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重災(zāi)害。5、潮汐能開發(fā)一次能源和二次能源相結(jié)合

4、，不用燃料，不受一次能源價(jià)格的影響，而且 運(yùn)行費(fèi)用低，是一種經(jīng)濟(jì)能源。但也和河川水電站一樣，存在一次投資大、發(fā)電成本低的特點(diǎn)。6、機(jī)組臺數(shù)多，不用設(shè)置備用機(jī)組。缺點(diǎn)：1、潮差和水頭在一日內(nèi)經(jīng)常變化，在無特殊調(diào)節(jié)措施時，出力有間歇性，給用戶帶來不 便。但可按潮汐預(yù)報(bào)提前制定運(yùn)行計(jì)劃，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，以克服其間歇性。2、潮汐存在半月變化，潮差可相差二倍，故保證出力、裝機(jī)的年利用小時數(shù)也低。3、潮汐電站建在港灣?？冢ǔＫ顗伍L，施工、地基處理及防淤等問題較困難。故土 建和機(jī)電投資大，造價(jià)較高。4、潮汐電站是低水頭、大流量的發(fā)電形式。漲落潮水流方向相反，敵水輪機(jī)體積大，耗 鋼量多，進(jìn)出水建筑物結(jié)構(gòu)

5、復(fù)雜。而且因浸泡在海水中，海水、海生物對金屬結(jié)構(gòu)物和海工建 筑物有腐蝕和沾污作用，放需作特殊的防腐和防海生物粘附處理。5、潮汐變化周期為太陰日(24h50min),月循環(huán)約為14天多，每天高潮落后約 50min, 故與按太陽日給出之日需電負(fù)荷圖配合較差。潮汐發(fā)電雖然存在以上不足之處，但隨著現(xiàn)代技 術(shù)水平的不斷提高，是可以得到改善的。如采用雙向或多水庫發(fā)電、利用抽水蓄能、納人電網(wǎng) 調(diào)節(jié)等措施，可以彌補(bǔ)第一個缺點(diǎn)；采用現(xiàn)代化浮運(yùn)沉箱進(jìn)行施工，可以節(jié)約土建投資；應(yīng)用 不銹鋼制作機(jī)組，選用乙烯樹脂系列涂料，再采用陰極保護(hù)，可克服海水的腐蝕及海生物的粘 附。1.3潮汐能的發(fā)電形式潮水的流動與河水的流動不

6、同，它是不斷變換方向的，潮汐發(fā)電有以下三種形式：單庫單向電站：即只用一個水庫，僅在漲潮（或落潮）時發(fā)電，我國浙江省溫嶺市沙山潮 汐電站就是這種類型。單庫雙向電站：用一個水庫，但是漲潮與落潮時均可發(fā)電，只是在平潮時不能發(fā)電，廣東 省東莞市的鎮(zhèn)口潮汐電站及浙江省溫嶺市江廈潮汐電站，就是這種型式。雙庫雙向電站：它是用兩個相鄰的水庫，使一個水庫在漲潮時進(jìn)水，另一個水庫在落潮時 放水，這樣前一個水庫的水位總比后一個水庫的水位高，故前者稱為上水庫，后者稱為下水庫。 水輪發(fā)電機(jī)組放在兩水庫之間的隔壩內(nèi)，兩水庫始終保持著水位差，故可以全天發(fā)電。2我國的潮汐能發(fā)展我國潮汐能發(fā)展歷史潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污

7、染、不受洪水或枯水影響、用之不竭的再生能源。在海洋各種能源中，潮汐能的開發(fā)利用最為現(xiàn)實(shí)、最為簡便。中國早在 20世紀(jì)50年代就已開始利 用潮汐能，在這一方面是世界上起步較早的國家。1956年建成的福建省浚邊潮汐水輪泵站就是以潮汐作為動力來揚(yáng)水灌田的。到了1958年，潮汐電站便在全國遍地開花。據(jù)1958年10月份召開的“全國第一次潮力發(fā)電會議”統(tǒng)計(jì)，已建成的潮汐電站就有41座，在建的還有 88座。裝機(jī)容量有大到144千瓦的，也有小到僅為 5千瓦的。主要都用于照明和帶動小型農(nóng)用設(shè)施。如1959年建成的浙江溫嶺縣沙山潮汐動力站，1961年進(jìn)一步建為電站，裝機(jī)容量僅 40千瓦，每年可發(fā)電10萬千瓦時，

8、原建和改建總投資僅4萬元（人民幣，下同）。據(jù) 1986年統(tǒng)計(jì)，其發(fā)電累計(jì)收入已超過投資的10多倍。中國尚在運(yùn)行的潮汐電站還有近10座，其中浙江樂清灣的江廈潮汐電站，造價(jià)與600千瓦以下的小水電站相當(dāng)， 第一臺機(jī)組于1980年開始發(fā)電，1985 年底全面建成，年發(fā)電量可達(dá)1070萬千瓦時，每千瓦時電價(jià)只要0.067元。每年自身經(jīng)濟(jì)效益，包括發(fā)電67萬元，水產(chǎn)養(yǎng)殖 74萬元和農(nóng)墾收入190萬元，共計(jì)可達(dá) 330萬元。社會效 益，以每千瓦時電可創(chuàng)社會產(chǎn)值5元計(jì)，可達(dá)5000萬元。這是中國，也是亞洲最大的潮汐電站，僅次于法國朗斯潮汐電站和加拿大安納波利斯潮汐電站，居世界第三位。潮汐能是潮差所具有的勢能

9、，開發(fā)利用的基本方式同建水電站差不多：先在海灣或河口筑堤設(shè) 閘，漲潮時開閘引水入庫，落潮時便放水驅(qū)動水輪機(jī)組發(fā)電，這就是所謂“單庫單向發(fā)電”。這種類型的電站只能在落潮時發(fā)電，一天兩次，每次最多 5小時。為提高潮汐的利用率，盡量做到在漲潮和落潮時都能發(fā)電，人們便使用了巧妙的回路設(shè)施或雙 向水輪機(jī)組，以在漲潮進(jìn)水和落潮出水時都能發(fā)電，這就是“單庫雙向發(fā)電”，像上述江廈潮 汐電站就屬這種類型。然而，這兩種類型都不能在平潮（沒有水位差）或停潮時水庫中水放完的情況下發(fā)出電壓比較 平穩(wěn)的電力。于是人們又想出了配置高低兩個不同的水庫來進(jìn)行雙向發(fā)電，這就是“雙庫雙向 發(fā)電”。這種方式不僅在漲落潮全過程中都可連

10、續(xù)不斷發(fā)電，還能使電力輸出比較平穩(wěn)。它特 別適用于那些孤立海島，使海島可隨時不間斷地得到平穩(wěn)的電力供應(yīng)。像浙江省玉環(huán)縣茅蜒島 上的海山潮汐電站就屬這種類型。它有上下兩個蓄潮水庫，并配有小型抽水蓄能電站。這樣， 它每月可發(fā)電25天，產(chǎn)電10000千瓦時。為了抽水蓄能，它每月要以3千瓦時換1千瓦時 的代價(jià)用去5000千瓦時電來獲得供電的持續(xù)性和均衡性，故有一定的電力損失。我國潮汐能發(fā)展先狀由于常規(guī)電站廉價(jià)電費(fèi)的競爭，建成投產(chǎn)的商業(yè)用潮汐電站不多。然而，由于潮汐能蘊(yùn)藏 量的巨大和潮汐發(fā)電的許多優(yōu)點(diǎn)，人們還是非常重視對潮汐發(fā)電的研究和試驗(yàn)。|中國潮汐能的理論蘊(yùn)藏量達(dá)到 1.1億千瓦，在中國沿海，特別是

11、東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差45m,最大潮差78mo其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大，約占全國的80.9%。我國的江夏潮汐實(shí)驗(yàn)電站，建于浙江省樂清灣北側(cè)的江夏港，裝機(jī)容量3200kW/于1980年正式投入運(yùn)行。中國水力資源的蘊(yùn)藏量達(dá) 6.8億kW約占全世界的1/6,居世界第1位，建成后的長江三峽 水電站將是世界上最大的水力發(fā)電站，裝機(jī)容量1820萬kW我國沿海多港灣、島嶼，大陸岸線長達(dá) 6134.9km,島嶼岸線長11673.9km,沿岸分布著眾多 的潮汐電站廢址。根據(jù)我國1978年對156個壩址的普查分析表明，技術(shù)上可開發(fā)的潮汐能蘊(yùn)藏量為2000X 104kM口380X 108kW*h。

12、根據(jù)1981你那的估算(壩址已增加到500個)，潮汐潛能有1.10 X108kW和2700X 108kW (2)東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差3.5-4.3m ,最大潮差7-8m,自然環(huán)境優(yōu)越的壩址，可建104kW級以上電站的壩址有浙江杭州灣、浙江樂清灣、長江北支、浙江象山港、福建大觀版等。其中浙江杭州灣最大潮差達(dá)8.9m,潮汐能蘊(yùn)藏量居全國首位 我國是世界建造潮汐電站最多的國家，先后建造數(shù)十座，但現(xiàn)今仍在運(yùn)行的不多。溫嶺江廈潮汐試驗(yàn)電站是我國已建成的最大的潮汐電站。電站位于浙江省溫嶺市西南的江廈港上。 電站于1972年經(jīng)當(dāng)時的國家計(jì)委批準(zhǔn)建設(shè)，電站工程被列為水利電力潮汐電站項(xiàng)目，研究重

13、點(diǎn) 包括潮汐能特點(diǎn)、潮汐機(jī)組研制、海工建筑物技術(shù)問題、綜合利用等。電站當(dāng)時設(shè)計(jì)安裝6臺雙向燈泡貫流式機(jī)組,1號機(jī)組于1980-05-04日投產(chǎn)發(fā)電，到1985-12完成了共5臺機(jī)組的安裝建設(shè) 和并網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)時總裝機(jī)容量,3200kWo 2007-10有完成第6臺700kW機(jī)組的安裝，從而是江夏潮汐電站的總裝機(jī)容量達(dá)到 3900kW.規(guī)模至今是亞洲第二，年發(fā)電量穩(wěn)定在600多萬kWh 2010年江夏電站全年發(fā)電量達(dá) 731.74kWh4。我國潮汐能發(fā)展前景目前而言，潮汐發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)主要包括低水頭、大流量、變工況水輪機(jī)組設(shè)計(jì)制造；電 站的運(yùn)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

14、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(diào)發(fā)電量、間斷發(fā)電以及設(shè)備造價(jià)和可靠性等之間 的關(guān)系；電站設(shè)備在海水中的防腐及預(yù)制沉箱的制造、拖運(yùn)和沉放等。對于潮汐能技術(shù)來說，主要需發(fā)展對環(huán)境友好、低運(yùn)行成本和低維護(hù)成本的潮汐能并網(wǎng)發(fā) 電系統(tǒng)。潮汐能技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢為：開展新型潮汐能開發(fā)方式研究。近海潮汐發(fā)電在距離海岸線數(shù)千米的淺灘用毛石等堆砌防 波堤形成蓄水庫，漲潮蓄水發(fā)電，落潮發(fā)電泄水。這種開發(fā)模式無須占用寶貴的天然港口、海 灣、多功能岸線、不妨礙航行，也不會影響生態(tài)環(huán)境。也可以考慮和岸線治理、海島綜合開發(fā)、 促淤圍墾加速土地資源儲備、海上風(fēng)電等聯(lián)合開發(fā)。開展低成本電站建設(shè)研究，降低發(fā)電成本。合理選擇潮汐機(jī)組參數(shù)，使得綜合性價(jià)比最優(yōu)；開展替代材料研究，挖掘降低造價(jià)的潛力；開展新型施工方法研究，以減少土建投資。完善提高小型潮汐電站開發(fā)技術(shù)，推進(jìn)發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)定型，形成系列產(chǎn)品，降低造價(jià)，以利于小型潮汐電站大規(guī)模推廣。3結(jié)語綜合以上對潮汐能的定義，發(fā)電原理及其發(fā)展前景和發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，不難看出，潮汐能 的原理很簡單，但是在發(fā)電過程中還存在很多問題，比如單位電造價(jià)問題就是個很現(xiàn)實(shí)的問題，還有就是渦輪機(jī)在發(fā)電過程中被海水腐蝕的問題，我覺的在以后研究過程中要針對海水腐蝕上下功夫，應(yīng)該加強(qiáng)