潮汐能發(fā)電技術(shù)與前景研究

李晨晨

摘 要：傳統(tǒng)的發(fā)電方式越來(lái)越跟不上日益增多的用電需求，全球環(huán)境惡化也逐年嚴(yán)重，所以我們急需一種新的發(fā)電形式，既可以滿足人們的需要又不會(huì)加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。在這種情況下利用潮汐發(fā)電的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為這個(gè)難題提供了一個(gè)較好的解決方案。

關(guān)鍵詞：潮汐發(fā)電；技術(shù)；前景

海洋面積在地球上十分寬闊，其具有的能源十分龐大，潮汐能作為一種新型可再生資源，可以有效協(xié)調(diào)發(fā)電、環(huán)境及資源之間的關(guān)系。我國(guó)擁有比較長(zhǎng)的海岸線，潮汐能十分豐富，我們要重視開(kāi)發(fā)利用這種能源進(jìn)行發(fā)電。

1 潮汐發(fā)電

1.1 發(fā)電原理

太陽(yáng)和月亮對(duì)海洋的引力造成了海洋平面的潮起潮落現(xiàn)象，也就是所謂的潮汐。潮汐發(fā)電的原理就是利用海水在漲潮，退潮的過(guò)程中的巨大推動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電。在漲潮時(shí)，海平面逐漸上升，海水由低處逐漸往高處上升，在海水中的水輪在大量海水的作用力下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與其相連的發(fā)電機(jī)發(fā)電；在海水退潮時(shí)，高處的海水逐漸降低，形成一種落差，利用大量海水產(chǎn)生的落差作用力推動(dòng)水輪進(jìn)行反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。海水在升降過(guò)程中形成的正向推動(dòng)力及方向落差力都會(huì)作用于水輪進(jìn)行發(fā)電。

1.2 潮汐發(fā)電形式

利用潮汐能進(jìn)行發(fā)電因?yàn)榻ㄔO(shè)范圍和作用力的不同主要可分為三種形式。

第一種是單庫(kù)單向式。這種形式的發(fā)電站主要在海邊建設(shè)一個(gè)發(fā)電水庫(kù)，在面臨海水的一方設(shè)置一個(gè)閘門(mén)，當(dāng)海水開(kāi)始上升時(shí)，將閘門(mén)開(kāi)啟，讓水逐漸進(jìn)入水庫(kù)中，在海水上升到最高點(diǎn)時(shí)，將閘門(mén)關(guān)閉，從而將水庫(kù)中的海水困在發(fā)電站里，在海水下降時(shí)開(kāi)啟閘門(mén)，讓水庫(kù)中的水與海平面形成一個(gè)落差，進(jìn)而讓海水推動(dòng)水輪進(jìn)行發(fā)電。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)水庫(kù)進(jìn)行單方向的放水發(fā)電，所以稱為單庫(kù)單向式潮汐發(fā)電站。這種發(fā)電站的優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)投入低，設(shè)施少，缺點(diǎn)是能量利用少，發(fā)電不連貫。

第二種是單庫(kù)雙向式。這種形式的發(fā)電站也是修建一個(gè)水庫(kù)，但是水輪設(shè)備有單獨(dú)的兩套。在海水上升進(jìn)入水庫(kù)時(shí)，將水引入第一套設(shè)備，海水在經(jīng)過(guò)第一套設(shè)備時(shí)推動(dòng)水輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，在海水升到最高點(diǎn)，即水庫(kù)內(nèi)外的水平面基本持平時(shí)，關(guān)閉第一套設(shè)備，讓海水隨著潮落通過(guò)第二套設(shè)備流出水庫(kù)，利用流出的力量發(fā)電。因?yàn)樵谝粋€(gè)水庫(kù)中可以利用海水的流進(jìn)及流出雙向發(fā)電，所以稱為單庫(kù)雙向式。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)潮汐能量的利用率比第一種高，缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，建設(shè)投入也高。

第三種是雙庫(kù)單向式。它需要一高一低建設(shè)兩個(gè)相連的水庫(kù)，在海水不斷上升時(shí)開(kāi)啟高的水庫(kù)閘門(mén)，讓海水進(jìn)入，開(kāi)啟兩個(gè)水庫(kù)之間的閘門(mén)，讓水通過(guò)低水庫(kù)流回大海，當(dāng)水由高的水庫(kù)向低的水庫(kù)流動(dòng)時(shí)會(huì)有一定的落差，水輪利用這種落差產(chǎn)生的力量轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。這種水庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電具有連續(xù)性，缺點(diǎn)是占地面積廣，建設(shè)投入多。

2 潮汐發(fā)電的主要問(wèn)題

2.1 降低潮汐能發(fā)電站造價(jià)

在建設(shè)潮汐發(fā)電站中，水庫(kù)工程建設(shè)與水輪發(fā)電設(shè)備的造價(jià)大致相當(dāng)。發(fā)電站中最重要的部分是水輪發(fā)電設(shè)備，它是發(fā)電站運(yùn)行的核心。發(fā)電機(jī)組的研發(fā)制造技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新而逐漸提高，無(wú)論是在發(fā)電量及制造費(fèi)用，材料方面都有所變革。如今廣泛應(yīng)用的潮汐能發(fā)電設(shè)備的核心技術(shù)是在上世紀(jì)六七十年代研制出來(lái)的。如今隨著科技的不斷發(fā)展已經(jīng)有了更為先進(jìn)的技術(shù)，制造的其他相關(guān)技術(shù)水平也在不斷提高中，不但可以更高效得利用潮汐能力，而且投入資金也會(huì)減少。水庫(kù)是潮汐發(fā)電的必備設(shè)施，它的投入資金大概占總體建設(shè)的一半左右，這些資金主要是投入到建造材料當(dāng)中，現(xiàn)有的建造材料以鋼筋混凝土為主，需要較長(zhǎng)的建造時(shí)間及人力。建筑水平的不斷提高出現(xiàn)了一種新型的建筑構(gòu)造工藝，相對(duì)于以前的方法更省時(shí)省力，還可以有效降低建筑投入資金，為潮汐水電站的大量建設(shè)有很大的作用。

2.2 防治泥沙淤積

選擇潮汐發(fā)電站的建設(shè)地時(shí)，不但要有足夠的建設(shè)占地面積還要保證有大量的海水流量，所以大多數(shù)建在面積廣闊的海灣或是大型河流的入?？谔?。這些地點(diǎn)的海水或河水因?yàn)榱髁枯^大會(huì)帶有大量泥沙，在進(jìn)行潮汐發(fā)電時(shí)，海水?dāng)y帶的泥沙就會(huì)進(jìn)入水庫(kù)，在流出時(shí)一部分會(huì)留在水庫(kù)底部。天長(zhǎng)日久水庫(kù)的容量就會(huì)慢慢減少，從而導(dǎo)致蓄水量降低，發(fā)電能力下降。同時(shí)在泥沙混合海水流動(dòng)時(shí)會(huì)給發(fā)電機(jī)組設(shè)備帶來(lái)一定的傷害，降低其使用壽命。如何掌握各類泥沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是防治泥沙的研究方向，應(yīng)該在建設(shè)及日常維護(hù)中運(yùn)用有效手段進(jìn)行防治。

2.3 水工結(jié)構(gòu)物的防腐蝕和防海洋生物附著

潮汐水電站常年處于海水的包圍當(dāng)中，海水中的成分對(duì)水電站設(shè)施的腐蝕性極強(qiáng)，尤其是一些由金屬物質(zhì)構(gòu)成的設(shè)備。另外海洋中的生物也會(huì)隨著海水進(jìn)入發(fā)電站中，尤其是一些淺海當(dāng)中的軟體動(dòng)物，它們有很強(qiáng)的附著能力，可以吸附在水電站的任何物體上面。隨海水進(jìn)入后一部分生物不會(huì)隨海水回到大海當(dāng)中，所以就留在了水庫(kù)里，日積月累之下會(huì)使水庫(kù)的蓄水量減小，影響發(fā)電。很多海洋生物的分泌物還會(huì)對(duì)建筑有腐蝕作用，從而加速附著設(shè)備老化。潮汐水電站的建設(shè)中要針對(duì)這些問(wèn)題予以考慮，采用各種手段進(jìn)行設(shè)備防腐蝕處理，提高設(shè)備壽命。根據(jù)不同建設(shè)地的地理特點(diǎn)及生物特色，因地制宜考慮防范海洋生物的措施，從而提高潮汐水電站的發(fā)電能力。

2.4 解決電力的補(bǔ)償問(wèn)題

在潮汐發(fā)電站運(yùn)行時(shí)，當(dāng)潮位漲到頂峰或落到低谷時(shí)，潮位與水庫(kù)內(nèi)的水位差大，電站的發(fā)電出力就大。當(dāng)潮位接近于庫(kù)內(nèi)水位時(shí)，電站便停止發(fā)電，造成間斷性的發(fā)電。因此應(yīng)該采用一定的方法有效解決電力的補(bǔ)償問(wèn)題。

3 潮汐能發(fā)電技術(shù)前景

3.1 國(guó)際發(fā)展前景

海洋在全球的覆蓋面積極大，與陸地相接的許多地方都可以建設(shè)潮汐發(fā)電站。目前在歐洲就已勘測(cè)出多達(dá)一百多處適合建立的地點(diǎn)。雖然目前建設(shè)的投入較多，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建設(shè)的手段將得到不斷提高，無(wú)論從建設(shè)材料還是發(fā)電設(shè)備方面，其造價(jià)會(huì)逐漸減少，其效益會(huì)越來(lái)越高。

潮汐發(fā)電站的建設(shè)還可以有效改善生態(tài)環(huán)境，節(jié)約能源。潮汐不像其他的石油及煤炭發(fā)電站大量消耗資源，排出的空氣還會(huì)污染環(huán)境，它是一種可再生的清潔型能源，基本對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害。潮汐發(fā)電站主要建設(shè)在空曠的海邊，這樣它在風(fēng)暴來(lái)臨之時(shí)對(duì)其具有一定的削弱作用，有效保護(hù)生存環(huán)境。有潮汐發(fā)電站存在的水域海面會(huì)比以前平靜，泥沙更易沉淀，水質(zhì)更易生物生存，有利于發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)。另外它還能改變潮流及潮波狀態(tài)，提高層化作用，同時(shí)使結(jié)冰條件發(fā)生變化，減少光射深度，改變生物洄游路徑、地下水動(dòng)態(tài)、農(nóng)田排水條件和臨近地區(qū)的氣候。

3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展前景

我國(guó)幅員遼闊海岸線長(zhǎng)，有長(zhǎng)達(dá)18000km的大陸海岸線和6500多個(gè)海島海岸線，岸線長(zhǎng)度超過(guò)32000km。我國(guó)沿海地區(qū)海岸分兩種，一種是平原型海岸，主要由厚而松散的粉砂或淤泥組成，潮差較小，適合潮汐發(fā)電的壩址較少，此類海岸一般分布在杭州灣以北。另一種是基巖港灣型海岸，水深潮大，海岸坡度陡，岸線曲折，有適合潮汐發(fā)電的壩址，一般分布在杭州灣以南。近幾年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但環(huán)境污染加重，在保證電力供應(yīng)的同時(shí)，急需開(kāi)發(fā)新能源發(fā)電，降低非再生資源的消耗。潮汐能作為一種可再生資源，蘊(yùn)藏量大，運(yùn)行成本低，對(duì)環(huán)境影響小，對(duì)其開(kāi)發(fā)利用不會(huì)給人類帶來(lái)污染和災(zāi)難。在有條件利用潮汐能的沿海地區(qū)，建設(shè)潮汐電站不失為緩解能源危機(jī)和減少環(huán)境污染的一種有效方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

潮汐能作為海洋能量的一種，利用其進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)是人們開(kāi)發(fā)海洋能量的重要方向。不但能夠彌補(bǔ)使用電量的不足，還有利于改善人類環(huán)境，由此可見(jiàn)其發(fā)展前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

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