潮汐能发电技术与前景研究

李晨晨

摘 要：传统的发电方式越来越跟不上日益增多的用电需求，全球环境恶化也逐年严重，所以我们急需一种新的发电形式，既可以满足人们的需要又不会加重环境负担。在这种情况下利用潮汐发电的技术应运而生，为这个难题提供了一个较好的解决方案。

关键词：潮汐发电；技术；前景

海洋面积在地球上十分宽阔，其具有的能源十分庞大，潮汐能作为一种新型可再生资源，可以有效协调发电、环境及资源之间的关系。我国拥有比较长的海岸线，潮汐能十分丰富，我们要重视开发利用这种能源进行发电。

1 潮汐发电

1.1 发电原理

太阳和月亮对海洋的引力造成了海洋平面的潮起潮落现象，也就是所谓的潮汐。潮汐发电的原理就是利用海水在涨潮，退潮的过程中的巨大推动力进行发电。在涨潮时，海平面逐渐上升，海水由低处逐渐往高处上升，在海水中的水轮在大量海水的作用力下进行转动，从而带动与其相连的发电机发电；在海水退潮时，高处的海水逐渐降低，形成一种落差，利用大量海水产生的落差作用力推动水轮进行反方向的转动，也可以带动发电机进行发电。海水在升降过程中形成的正向推动力及方向落差力都会作用于水轮进行发电。

1.2 潮汐发电形式

利用潮汐能进行发电因为建设范围和作用力的不同主要可分为三种形式。

第一种是单库单向式。这种形式的发电站主要在海边建设一个发电水库，在面临海水的一方设置一个闸门，当海水开始上升时，将闸门开启，让水逐渐进入水库中，在海水上升到最高点时，将闸门关闭，从而将水库中的海水困在发电站里，在海水下降时开启闸门，让水库中的水与海平面形成一个落差，进而让海水推动水轮进行发电。因为只有一个水库进行单方向的放水发电，所以称为单库单向式潮汐发电站。这种发电站的优点是建设投入低，设施少，缺点是能量利用少，发电不连贯。

第二种是单库双向式。这种形式的发电站也是修建一个水库，但是水轮设备有单独的两套。在海水上升进入水库时，将水引入第一套设备，海水在经过第一套设备时推动水轮开始转动发电，在海水升到最高点，即水库内外的水平面基本持平时，关闭第一套设备，让海水随着潮落通过第二套设备流出水库，利用流出的力量发电。因为在一个水库中可以利用海水的流进及流出双向发电，所以称为单库双向式。它的优点是对潮汐能量的利用率比第一种高，缺点是设备比较复杂，建设投入也高。

第三种是双库单向式。它需要一高一低建设两个相连的水库，在海水不断上升时开启高的水库闸门，让海水进入，开启两个水库之间的闸门，让水通过低水库流回大海，当水由高的水库向低的水库流动时会有一定的落差，水轮利用这种落差产生的力量转动发电。这种水库的优点是发电具有连续性，缺点是占地面积广，建设投入多。

2 潮汐发电的主要问题

2.1 降低潮汐能发电站造价

在建设潮汐发电站中，水库工程建设与水轮发电设备的造价大致相当。发电站中最重要的部分是水轮发电设备，它是发电站运行的核心。发电机组的研发制造技术随着科学技术的不断更新而逐渐提高，无论是在发电量及制造费用，材料方面都有所变革。如今广泛应用的潮汐能发电设备的核心技术是在上世纪六七十年代研制出来的。如今随着科技的不断发展已经有了更为先进的技术，制造的其他相关技术水平也在不断提高中，不但可以更高效得利用潮汐能力，而且投入资金也会减少。水库是潮汐发电的必备设施，它的投入资金大概占总体建设的一半左右，这些资金主要是投入到建造材料当中，现有的建造材料以钢筋混凝土为主，需要较长的建造时间及人力。建筑水平的不断提高出现了一种新型的建筑构造工艺，相对于以前的方法更省时省力，还可以有效降低建筑投入资金，为潮汐水电站的大量建设有很大的作用。

2.2 防治泥沙淤积

选择潮汐发电站的建设地时，不但要有足够的建设占地面积还要保证有大量的海水流量，所以大多数建在面积广阔的海湾或是大型河流的入海口处。这些地点的海水或河水因为流量较大会带有大量泥沙，在进行潮汐发电时，海水携带的泥沙就会进入水库，在流出时一部分会留在水库底部。天长日久水库的容量就会慢慢减少，从而导致蓄水量降低，发电能力下降。同时在泥沙混合海水流动时会给发电机组设备带来一定的伤害，降低其使用寿命。如何掌握各类泥沙的运动规律是防治泥沙的研究方向，应该在建设及日常维护中运用有效手段进行防治。

2.3 水工结构物的防腐蚀和防海洋生物附着

潮汐水电站常年处于海水的包围当中，海水中的成分对水电站设施的腐蚀性极强，尤其是一些由金属物质构成的设备。另外海洋中的生物也会随着海水进入发电站中，尤其是一些浅海当中的软体动物，它们有很强的附着能力，可以吸附在水电站的任何物体上面。随海水进入后一部分生物不会随海水回到大海当中，所以就留在了水库里，日积月累之下会使水库的蓄水量减小，影响发电。很多海洋生物的分泌物还会对建筑有腐蚀作用，从而加速附着设备老化。潮汐水电站的建设中要针对这些问题予以考虑，采用各种手段进行设备防腐蚀处理，提高设备寿命。根据不同建设地的地理特点及生物特色，因地制宜考虑防范海洋生物的措施，从而提高潮汐水电站的发电能力。

2.4 解决电力的补偿问题

在潮汐发电站运行时，当潮位涨到顶峰或落到低谷时，潮位与水库内的水位差大，电站的发电出力就大。当潮位接近于库内水位时，电站便停止发电，造成间断性的发电。因此应该采用一定的方法有效解决电力的补偿问题。

3 潮汐能发电技术前景

3.1 国际发展前景

海洋在全球的覆盖面积极大，与陆地相接的许多地方都可以建设潮汐发电站。目前在欧洲就已勘测出多达一百多处适合建立的地点。虽然目前建设的投入较多，但是随着科学技术的不断进步，建设的手段将得到不断提高，无论从建设材料还是发电设备方面，其造价会逐渐减少，其效益会越来越高。

潮汐发电站的建设还可以有效改善生态环境，节约能源。潮汐不像其他的石油及煤炭发电站大量消耗资源，排出的空气还会污染环境，它是一种可再生的清洁型能源，基本对环境没有危害。潮汐发电站主要建设在空旷的海边，这样它在风暴来临之时对其具有一定的削弱作用，有效保护生存环境。有潮汐发电站存在的水域海面会比以前平静，泥沙更易沉淀，水质更易生物生存，有利于发展养殖业。另外它还能改变潮流及潮波状态，提高层化作用，同时使结冰条件发生变化，减少光射深度，改变生物洄游路径、地下水动态、农田排水条件和临近地区的气候。

3.2 国内发展前景

我国幅员辽阔海岸线长，有长达18000km的大陆海岸线和6500多个海岛海岸线，岸线长度超过32000km。我国沿海地區海岸分两种，一种是平原型海岸，主要由厚而松散的粉砂或淤泥组成，潮差较小，适合潮汐发电的坝址较少，此类海岸一般分布在杭州湾以北。另一种是基岩港湾型海岸，水深潮大，海岸坡度陡，岸线曲折，有适合潮汐发电的坝址，一般分布在杭州湾以南。近几年经济发展迅速，但环境污染加重，在保证电力供应的同时，急需开发新能源发电，降低非再生资源的消耗。潮汐能作为一种可再生资源，蕴藏量大，运行成本低，对环境影响小，对其开发利用不会给人类带来污染和灾难。在有条件利用潮汐能的沿海地区，建设潮汐电站不失为缓解能源危机和减少环境污染的一种有效方案。

4 结束语

潮汐能作为海洋能量的一种，利用其进行发电的技术是人们开发海洋能量的重要方向。不但能够弥补使用电量的不足，还有利于改善人类环境，由此可见其发展前景十分广阔。

参考文献

[1]石洪源，郭佩芳.我国潮汐能开发利用前景展望[J].海岸工程，2012.

[2]贾怀东.潮汐发电[J].资源与人居环境，2011.