长三角地区潮汐能资源及其利用状况分析

东南大学能源与环境学院 许 寅 王培红

0 前言

因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。潮汐能是以势能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能[1]。

在海洋各种能源中，潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。与其他形式的可再生能源相比，潮汐能同样具有不可替代的优点。各可再生能源比较如表1所示。

表1 潮汐能与其他可再生能源比较

由表1可以看出，潮汐能具有可靠性高、相对稳定等优点。另外，潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的可再生能源,具有很好的利用前景。

1 潮汐能发电方式及技术

1.1 潮汐能发电方式

潮汐能的应用主要是发电。潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过蓄水库，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[2]。潮汐发电有以下三种形式。

1）单池单向发电

即落潮发电。涨潮时水池库门打开，海水充满蓄水池；落潮时库门关闭，潮水驱动水轮机发电。

2）单池双向发电

即落潮和涨潮都发电，且与扬水并用。为了保持落差，落潮一开始先向蓄水池泵水，然后停机待机，直到潮水落到潮差的一半时才开始放水发电。反之亦然，涨潮一开始先将蓄水池剩余的水抽向大海，再停机待机一段时间，直到潮水涨到一半潮差时再开始发电。尽管如此，用于发电的时间远超过泵水和待机的时间和。我国江厦潮汐电站就属这种类型。

3）双池双向发电

上述两种类型都不能在平潮（没有水位差）或停潮时水库中水放完的情况下发出电压比较平稳的电力。若备有上、下两个蓄水池，在两池之间布置水轮发电机组，涨潮时上池被充满，落潮时将下池放水，从而形成两池之间的水位差。利用该水位差可使机组连续运转，这就是双池双向发电。这种方式不仅在涨落潮全过程中都可连续不断发电，还能使电力输出比较平稳。浙江省玉环县茅蜒岛上的海山潮汐电站就属这种类型。双池双向发电原理图如图1所示。

图1 双池双向发电原理图

如图1所示，这种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。高水位库只在涨潮时进水，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，不受海水高度影响。

4）分析与比较

双池双向发电方式能够发出平稳的电量，不会因为涨潮或落潮而间断，但建造工程复杂，所需水库面积大，且经济性较差，实际中很少应用。单池双向发电需要配备水泵抽水，但其发电时间远超过泵水和待机的时间和，因此经济性较好，实际应用较多。单池单向发电方式建造简单，但发电为间歇性，实用价值降低。

1.2 潮汐能发电技术

从潮汐能利用原理来看，潮汐发电技术主要有筑坝式发电和潮汐能流发电[3]。

1）筑坝式发电

筑坝式发电是指建造跨海大坝，在跨海大坝中安装门控水闸和低水头水轮发电机,利用水坝两侧的水位差进行发电。这是一种传统的潮汐能发电方式。其原理图如图2所示。当涨潮时，海面水位高于海湾水位，海水自海洋流向海湾，可驱动水轮发电机转动发电；相反，落潮时，海面水位低于海湾水位，海水自海湾流向海洋，同样可驱动水轮发电机转动发电。

2）潮汐能流发电

潮汐能流发电是一种目前还处于试验阶段的潮汐能发电技术。当潮汐波浪通过狭长的水道时，会产生很大的动能。通过在水下安装潮汐涡轮机，将潮汐波浪动能进行转化。潮汐能流发电技术的主要设备是潮汐涡轮机。潮汐涡轮机是大型的独立涡轮机,其工作原理与风电涡轮机类似,但由于海水密度是空气密度的850倍,因此潮流涡轮机要承受的能量密度比风电涡轮机高得多。

3）分析与比较

筑坝式发电不但会改变海洋潮差和潮流，还会改变海水温度和水质，改变程度的大小取决于电站规模与地理位置。拦潮坝对水库区生态既有有利影响，也有不利影响。它会为水产养殖提供适宜的条件，但同时也会对地下水和排水等带来不利影响，并会加剧海岸侵蚀。同时会影响鸟类生长环境及种群的生存，对海洋生态影响严重。

潮汐能流发电通过在水下安装潮汐涡轮机来实现发电，不需要在海面筑坝，不会改变周边海域的水动力环境，从而不会导致海洋生物、海水交换和海底地形地貌等发生改变。同时，潮汐涡轮机体积相对较小，对海洋鱼类影响较小。

筑坝式发电与潮汐能流发电技术对比如表2所示。

表2 筑坝式发电与潮汐流能发电比较

表2表明，潮汐能流发电技术在选址、耗材、对生态环境的影响方面要优于筑坝式发电。但由于潮汐能流发电技术还处于试验开发阶段，技术成熟方面劣于筑坝式发电。

2 长三角地区潮汐能资源及利用现状

2.1 江苏省潮汐能资源及利用现状

江苏省地处我国东部沿海，位于长江、淮河下游，东临黄海，西连安徽，北与山东接壤，南与浙江与上海毗邻。江苏海岸线长954km，海域面积约3.75万km2，占全省土地面积37%。潮汐能资源主要集中在河流入口段，最主要集中在长江北支，总体装机容量约为70.4万kW，发电量为22.8亿kWh。

目前江苏已建成的潮汐能电站是浏河潮汐能电站。该电站位于苏州市太仓县浏河口。是利用长江潮汐能量依靠水闸挡落差进行双向发电的试验电站。于1973年初兴建，1976年8月建成。该电站具有水头低、能量大的特点，最低水头0.3m，设计水头1.2m，装有75kW卧轴半贯流式水轮发电机组2台，总装机容量为150kW，设计年发电量为25万kWh，1978年7月并网运行。另据中国投资咨询网出版的《2009年-2012年中国潮汐发电行业投资分析及前景预测报告》中指出，根据江苏省远景规划，江苏如东正在积极开展潮汐发电项目的前期工作[4]。总体而言，江苏省在潮汐能利用方面规模较小，未建有大型的潮汐能电站。

2.2 浙江省潮汐能资源及利用现状

浙江省海域广阔，海岸线总长6322km，是我国潮汐能资源最丰富、开发利用最早、取得业绩最好的省份之一。浙江省近岸均为强潮区，沿海平均潮差为4.29m，潮汐能理论装机容量为2896万kW，可开发的潮汐能装机容量为891万kW，年发电量可达263亿kWh，约占全国总量的40%。浙江省的潮汐能利用区主要有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，开发潜力较大。

浙江省江厦潮汐电站是目前我国最大、最先进的潮汐电站，位于浙江省温岭市西南角的江厦港，作为潮汐能开发利用的国家级试验项目，被列入国家863科技攻关项目。该电站共安装6台双向贯流式水轮发电机组，总装机容量为3.9MW。此装机容量位列世界第三，亚洲第一，仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安娜波利斯潮汐电站。江厦潮汐电站的实际运行为我国沿海潮汐能资源的开发利用积累了丰富的经验。

2.3 上海市潮汐能资源及利用现状

上海市所处长江口北支，上承长江径流，每日平均由长江流入的淡水水量约为1.6亿m3。北支西起崇头，东至连兴港，全长约为79km。此河段属非正规浅海潮，其中青龙港断面平均涨潮时长为3.6h，平均落潮时长8.8h，最大潮差4.81m，平均潮差2.69m；海口断面平均涨潮时长4.8h，平均落潮时长7.6h。三条港最大潮差为5.95m，平均潮差为3.04m[13]。理论统计，北支潮汐能总装机容量为70万kW，年发电量可达23亿kWh，具有较好的开发利用前景。

表3 大中型潮汐电站规划坝址

长三角地区，已做过规划设计,有较好工作基础,需进行综合研究论证的大型电站坝址有3处，具有近期开发条件的中型电站有2处，如表3所示。

3 长三角地区潮汐能利用状况及建议

虽然同处长三角地区，但各省市的潮汐能利用状况差别较大，造成这种差别有如下原因。

1）地理因素。在长三角地区中，江苏省虽然拥有近千公里的海岸线，但绝大多数海岸为沙岸，港湾不多。先天的地理因素决定了江苏省的潮汐能资源欠丰富，因此很难大规模发展潮汐能电站。就全国范围而言，浙江和福建两省潮汐能资源蕴藏量最大，约占全国潮汐能总资源量的80.9%，并且港湾地形优越，潮差较大；

2）政策因素。国家在《新能源和可再生能源发展纲要（1996-2010）》中提出：“潮汐能的开发重点以浙江和福建等地区为主”。加之江苏省的风能、太阳能等可再生能源应用发展迅速，使得政府在潮汐能电站方面的政策倾斜相对较小[4]。

基于长三角地区的潮汐能利用现状及原因的分析，提出以下建议。

1）对长三角地区的潮汐能资源开展调查、试验、研究工作，对潮汐能资源进行科学的开发和利用；

2）借鉴国外及国内大型潮汐能电站建设运行的成功经验，结合本地实际资源情况，合理规划、建设潮汐能电站，促进潮汐能发电规模化、产业化发展；

3）政府应加大扶持力度，对潮汐能这一清洁能源的利用给予政策倾斜，并做好战略规划。

4 结论

1）与风能、太阳能等其他可再生能源相比，潮汐能具有储量大、影响因素少、可靠性高及能量转化效率高等优点，利用前景广阔；

2）潮汐能发电方式有单池单向发电、单池双向发电、双池双向发电三种。单池双向发电经济性较好，应用较多；

3）潮汐能发电技术有筑坝式发电与潮汐能流发电两种。筑坝式发电技术相对简单、成熟，但对生态环境影响较大；潮汐能流发电处于实验阶段，但对生态环境影响微小。随着技术的日趋成熟,潮汐能流发电技术在降低成本、提高经济效益方面将取得很大进展，具有较高的开发价值。

4）长三角地区潮汐能资源丰富，可利用量大。以浙江、长江北支所占比重较大，其中浙江省潮汐能电站的建设和运行较成熟。由于地理原因，江苏省潮汐能资源有限，但仍有开发利用价值。

5）作为一种重要的可再生能源，潮汐能的发展潜力相当巨大，且经过多年实践，潮汐能发电的工作原理和总体构造已基本成型，可以进入大规模开发利用阶段。随着科技的不断进步和世界能源形势的日趋严峻，不远的将来，潮汐能发电必将取得长足的进步和迅猛的发展。

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