月球“驱动”的海洋能源

2023-06-09陈睿山陈凯宋雯

知识就是力量 2023年6期

陈睿山陈凯宋雯

日月绕转，朝夕之间，潮涨潮落，有两种十分可观的清洁能源就蕴藏其中——潮汐能和潮流能。它们是怎样产生的？有什么区别？我们又该如何应用呢？

地球在地月中心连线上受到的引潮力示意图

月球、太阳等的引潮力引起地球表面海水周期性涨落，其中月球以近取胜占主导（关于引潮力，可见《知识就是力量》2023年4月刊）。这种涨落现象伴随两种运动，一种是涨潮和退潮引起的海水垂直升降运动，另一种是涨潮和退潮引起的海水水平运动，前者称为潮汐，后者称为潮流，所对应的能量分别为潮汐能和潮流能。

潮汐能是以势能形式出现的海洋能。引潮力的变化引起地球上海水的潮汐现象，会使海平面发生周期性升降，而这个过程中海水势能的变化就会产生潮汐能。具体的过程为：涨潮时，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着水位的升高，海水的动能不断转化为势能；在落潮时，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。

潮汐发电是利用海湾或河口等地形，建筑水堤形成水库或潮汐堰坝，利用海水涨落所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机来发电，原理与一般的水力发电一致。

潮汐发电的原理

潮汐能的能量与潮量（海水量）和潮差（高度差）成正比。世界上较大的潮差值为13～15米，但一般来说，平均潮差在8米以上就有实际应用价值。而且由于潮汐具有周期性，所以潮汐能比风能和太阳能具有更强的预测性。

位于中国浙江温岭的江厦潮汐电站，目前的装机容量为4.1兆瓦，年发电量约700万千瓦时，是中国第一、世界第四的潮汐能电站。近年来，这里还发展了潮光互补型智能光伏电站的能源综合利用，更好地提高了电力供应的稳定性。

潮流能是海水在涨落潮周期运动中所携带的动能。它和潮汐能一样都具有较强的规律性，可进行预测。

在浅海、海峡、海湾、河口等地理位置上，潮涨潮落会引起较大的潮流，即水流的速度更快，因此可直接利用潮流来推动水轮机转动，潮流的动能转化为电能，这种方法类似于风力发电机，这种机器也称之为潮流发电机。

潮流能发电示意图

潮流发电机一般固定在海底，这样可以有效避免台风的破坏，也可采用漂浮式结构。这种发电方式无需建造大型水坝，对海洋环境影响小，也不占用宝贵的土地资源。潮流能与风能、太阳能相比，能量密度较高，约为风能的4倍、太阳能的30倍。

潮汐能与潮流能开发也面临一些不利因素。例如，二者的能量大小随涨落潮发生周期性变化，因而发电机输出的电能不稳定，需要经过后续处理才能使用；部分发电装置在海水中工作，环境较为严酷，对装置的耐腐蚀、抗风浪、防渗漏等性能有严格要求，且海上安装需要较高的施工技术和相应的海洋工程装备，总体开发成本较高。但是在未来，随着技术的发展，这些难题都将逐步被攻克。

潮汐能与潮流能的开发不排放任何污染物，都是环境友好型绿色能源，它们将成为未来能源的重要补充，对解决海岛及沿海地区能源供应具有重要意义。