潮汐能发电技术与前景

张斌

摘 要：近年来我国经济高速发展，用电量增速很快，但环境恶化日益严重。潮汐能作为一种蕴藏量丰富且无污染的可再生能源，对其开发利用不会给人类带来污染和灾难。本文介绍了潮汐能发电的原理及形式，总结了潮汐能发电的主要技术问题并介绍了我国潮汐能发电的发展前景。

关键词：新能源 潮汐能发电 主要技术问题 前景

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0003-02

全球海洋中潮汐能的理论蕴藏量约有27亿kW，可开发利用的约为5400万kW。我国潮汐能资源丰富，理论蕴藏量约为1.1亿kW，可开发利用的约为2179万kW。近几年我国经济高速发展，用电量增速很快，最高增速15%以上。尤其近两年全国大范围频发雾霾，环境恶化严重，在保证电力供应的同时，开发新能源发电，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，是解决目前能源和环境问题的有效方法。潮汐能是一种蕴藏量丰富且无污染的可再生能源，对其开发利用不会给人类带来污染和灾难。

1 潮汐发电概述

1.1 潮汐发电原理

潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机发电。假如建一条大坝，把大海与临近的海湾隔开，形成一个水库，安装上水轮发电机组，那么涨潮时，海水从大海流进水库，冲击水轮机转动，从而带动发电机发电；而在落潮时，海水又从水库流入大海，则又可从相反的方向带动发电机组发电。这样，海水一涨一落，电站就可源源不断地发出电来。

1.2 潮汐发电的形式

潮汐能电站又可按其开发方式的不同分为如下三种型式。

（1）单库单向型。涨潮时打开水库闸门，海水进入水库，平潮时关闸；落潮后，当外海与水库有一定水位差时打开闸门，驱动水轮发电机组发电。海水仅在落潮时单方向通过水轮发电机组发电。优点是设备简单，投资较少，缺点是潮汐能利用率低，发电有间断。

（2）单库双向式型。向水轮机引水的管道有两套，可独立控制，在涨潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进入水轮机发电。单库双向式潮汐能发电站不管是在涨潮时或是在落潮时均可发电。优点是潮汐能利用率高，缺点是投资较大。

（3）双库单向式型。需要两个水力相联的水库，涨潮时，海水进入高水库；落潮时，水由低水库排入大海，利用两水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向旋转发电。优点是可实现连续发电；缺点是投资大需要两个水库，工作水头有所降低。

2 潮汐发电的现状及主要技术问题

2.1 潮汐发电的现状

潮汐发电实际开始于20世纪初，德国建造了胡苏姆潮汐电站。1966年1月在法国圣马洛附近朗斯河口建造的朗斯潮汐电站，1967年全部竣工投入运行，朗斯潮汐发电站是当时最大的潮汐电站，该电站装机24台，每台容量1万kW，总装机容量为24万kW，现年均发电能力约为6亿kW·h。近几年，潮汐能开发朝大容量发展，如俄罗斯的美晋潮汐电站设计容量为1500万kW，英国塞汶河河口电站的设计容量为720万kW，加拿大东南沿海的芬地湾潮汐电站设计容量为380万kW。预计到2030年，世界潮汐电站的年发电能力将达600亿kW·h。我国潮汐能发电始于50年代后期，迄今建成潮汐电站8座，总装6120 kW，其中最大的是浙江江厦潮汐试验电站，为3900 kW。我国自己研制了单机容量500 kW和700 kW的灯泡贯流式水轮发电机组。表1列出世界各国已建和研究中的大型潮汐电站概况。

2.2 潮汐发电的主要技术问题

潮汐发电目前存在的主要技术问题有：工程投资较大，机组造价较高；水头低，机组耗钢多；发电不连续；在工程技术上有泥沙淤积问题，机组金属结构和海工建筑物易被海水及海生物腐蚀及污黏问题，需要进一步研究解决。

2.2.1 降低潮汐能发电站造价

降低潮汐能发电站的造价首先要降低水轮发电机组的造价，水轮发电机组的造价约占电站总造价的一半，而且机组的设计制造安装制约着电站的建设工期。法国朗斯电站采用的灯泡贯流式机组属于潮汐发电中的第一代机型，单机容量为10 MW。1984年加拿大研制成功了新型的全贯流式水轮机组，安装于安那波利斯潮汐电站，较灯泡贯流式机组造价节省了17%，运行效率达95%。全贯流式机组比灯泡贯流式机组的体积小、质量轻、管道短、效率高，已被广泛采用。全贯流式机组比灯泡贯流式机组的造价可降低15%～20%。总的来讲，目前潮汐能发电机组的技术已经成熟，朗斯潮汐能发电站的机组已正常运行达35年，江厦潮汐能发电站的机组也已工作达20年。而这些机组都是基于20世纪60、70年代的技术制造的，今后利用更先进的制造技术、材料技术和控制技术以及流体动力技术设计，潮汐能发电机组的技术性能必将有很大的改进和提高，其成本将会进一步下降，效率也将会有进一步地提高。

其次，水工建筑的造价约占电站总造价的45%，也是降低潮汐能发电站造价的重要因素。水工建筑传统的方法是采用重力结构的钢筋混凝土坝或当地材料坝，造价较高，工程量也较大。目前有一种预制浮运钢筋混凝土沉箱的结构的方法，可以减少工程量，降低造价，前苏联的基斯拉雅潮汐能发电站采用了这种方法，效果很好。我国一些潮汐能发电站也采用这种方法建造了一些设施，如水闸等，效果也不错。

2.2.2 提高潮汐能发电站运行水平

提高潮汐能发电站的运行水平可以降低电站运行成本。如何有效利用海面与水库的水位差，有效的提高电站出力是一项水平要求较高的技术。有一种叫泵唧的技术，朗斯潮汐能发电站采用这种技术可使电站的年发电量增加约10%。泵唧的工作过程是，在单库双向电站中，退潮发电刚结束之后，用泵把库面水位抽低l m左右，从而增加涨潮发电的水头。由于泵唧是在很低的水头下进行的，而其后的发电则是在高的水头下进行的，所以提高水头增加的发电量远大于抽水的耗电量，因而可以得到很大的净能量收益。endprint

2.2.3 防治泥沙淤积

潮汐电站一般建设在海湾或临近大海的河口。海湾底部或大海的泥沙，容易被潮流和风浪翻起带到海湾的库区，也有一些泥沙由河流从上游带来。这些泥沙都会淤积在库区内，从而使水库的容积减小，发电量减少，并且加重对水轮机叶片的磨损，使其寿命减少，对正常运行影响很大。因此，必须根据当地泥沙的含量、类型、运动方向、沉降速度等，研究泥沙的运动规律，找出防治泥沙淤积的有效措施。

2.2.4 水工结构物的防腐蚀和防海洋生物附着

潮汐电站的水工结构物长期浸泡在海水中，海水对水工结构物中的金属部分腐蚀非常严重。同时，海水中的生物也会附着在水工结构上，如牡蛎等，有的厚度可达10 cm，这些附着物不会被水冲掉。附着物会使水工结构流通部分的流通面积减小、阻塞，活动部分卡涩或失灵。因此，必须重视对这些问题的研究。对金属结构物防腐蚀问题，有的电站采用外加电流阴极保护措施，取得了很好的效果。防止海洋生物附着问题，这与当地的地理条件、海洋生物种类及生活规律有关，应具体问题具体分析，研究有效的防治措施。

2.2.5 有效解决电力的补偿问题

在潮汐电站运行时，电站的发电出力会随着潮汐的涨、落而变化。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。目前有如下一些途径解决间断性发电问题：（1）采用双水库；（2）在潮汐能发电站附近另建一座抽水蓄能电站；（3）在潮汐能发电站内另外配置相当容量的火力发电机组；（4）使潮汐能发电站与其他有相当容量的河川水电站联合运行；（5）使潮汐能发电站与较大的电力系统联通；（6）调整某些可以适应间断性供电的用电负荷，以适应潮汐能发电的特性。以上这些方式在技术上已经成熟并有成功应用的实例，因此，各潮汐能发电站可以根据自身情况，通过综合分析比较，研究采用。

3 我国潮汐能发电的发展前景

开发潮汐能一般在水深20 m、30 m、距海岸一千米以内的近海海域。我国幅员辽阔海岸线长，有长达18000 km的大陆海岸线和6500多个海岛海岸线，岸线长度超过32000 km。我国沿海地区海岸分两种，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，岸线较平直，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（除山东半岛和辽东半岛）；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，可建万kW级电站的港址有杭州湾、象山湾等数十处。

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，开发新能源发电，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，是解决目前能源和环境问题的有效方法。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，发电没有废气、废渣、废水的排放，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国家和地区，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 结论

随着我国经济的不断发展， 环境污染、能源及电力供应不足的问题已越来越严重，这些问题在经济发展较快的沿海地区尤为明显。沿海地区能源需求大，常规能源储量很少，雾霾等环境问题严重，但潮汐能蕴藏量大。因此，我国应大力发展潮汐能发电，以减轻对常规能源的依赖，减少雾霾的发生及环境污染。

总之，潮汐能是可再生能源，无污染，发电可作长期准确的预报，经过这些年来世界各国对潮汐电站的试验、研究和建设，积累了大量的经验，不仅在技术上日渐成熟，在减少投资、提高经济效益方面也取得了很大的进展，开发潮汐能前景广阔。

参考文献

[1] 陈金松，王东辉，吕朝阳.潮汐发电及其应用前景[J].海洋开发与管理，2008（11）：84-86.

[2] 李书恒，郭伟，朱大奎.潮汐发电技术的现状与前景[J].海洋科学，2006（12）：82-86.

[3] 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（1）：72-80.

[4] 李允武.海洋能源开发[M].北京：海洋出版社，2008.

[5] 王长贵，崔容强，周篁.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[6] 惠晶，方光辉.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[7] 谢秋菊，廖小青，卢冰，等.国内外潮汐能利用综述[J].水利科技与经济，2009，15（8）：670-671.endprint

2.2.3 防治泥沙淤积

潮汐电站一般建设在海湾或临近大海的河口。海湾底部或大海的泥沙，容易被潮流和风浪翻起带到海湾的库区，也有一些泥沙由河流从上游带来。这些泥沙都会淤积在库区内，从而使水库的容积减小，发电量减少，并且加重对水轮机叶片的磨损，使其寿命减少，对正常运行影响很大。因此，必须根据当地泥沙的含量、类型、运动方向、沉降速度等，研究泥沙的运动规律，找出防治泥沙淤积的有效措施。

2.2.4 水工结构物的防腐蚀和防海洋生物附着

潮汐电站的水工结构物长期浸泡在海水中，海水对水工结构物中的金属部分腐蚀非常严重。同时，海水中的生物也会附着在水工结构上，如牡蛎等，有的厚度可达10 cm，这些附着物不会被水冲掉。附着物会使水工结构流通部分的流通面积减小、阻塞，活动部分卡涩或失灵。因此，必须重视对这些问题的研究。对金属结构物防腐蚀问题，有的电站采用外加电流阴极保护措施，取得了很好的效果。防止海洋生物附着问题，这与当地的地理条件、海洋生物种类及生活规律有关，应具体问题具体分析，研究有效的防治措施。

2.2.5 有效解决电力的补偿问题

在潮汐电站运行时，电站的发电出力会随着潮汐的涨、落而变化。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。目前有如下一些途径解决间断性发电问题：（1）采用双水库；（2）在潮汐能发电站附近另建一座抽水蓄能电站；（3）在潮汐能发电站内另外配置相当容量的火力发电机组；（4）使潮汐能发电站与其他有相当容量的河川水电站联合运行；（5）使潮汐能发电站与较大的电力系统联通；（6）调整某些可以适应间断性供电的用电负荷，以适应潮汐能发电的特性。以上这些方式在技术上已经成熟并有成功应用的实例，因此，各潮汐能发电站可以根据自身情况，通过综合分析比较，研究采用。

3 我国潮汐能发电的发展前景

开发潮汐能一般在水深20 m、30 m、距海岸一千米以内的近海海域。我国幅员辽阔海岸线长，有长达18000 km的大陆海岸线和6500多个海岛海岸线，岸线长度超过32000 km。我国沿海地区海岸分两种，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，岸线较平直，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（除山东半岛和辽东半岛）；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，可建万kW级电站的港址有杭州湾、象山湾等数十处。

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，开发新能源发电，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，是解决目前能源和环境问题的有效方法。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，发电没有废气、废渣、废水的排放，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国家和地区，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 结论

随着我国经济的不断发展， 环境污染、能源及电力供应不足的问题已越来越严重，这些问题在经济发展较快的沿海地区尤为明显。沿海地区能源需求大，常规能源储量很少，雾霾等环境问题严重，但潮汐能蕴藏量大。因此，我国应大力发展潮汐能发电，以减轻对常规能源的依赖，减少雾霾的发生及环境污染。

总之，潮汐能是可再生能源，无污染，发电可作长期准确的预报，经过这些年来世界各国对潮汐电站的试验、研究和建设，积累了大量的经验，不仅在技术上日渐成熟，在减少投资、提高经济效益方面也取得了很大的进展，开发潮汐能前景广阔。

参考文献

[1] 陈金松，王东辉，吕朝阳.潮汐发电及其应用前景[J].海洋开发与管理，2008（11）：84-86.

[2] 李书恒，郭伟，朱大奎.潮汐发电技术的现状与前景[J].海洋科学，2006（12）：82-86.

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[7] 谢秋菊，廖小青，卢冰，等.国内外潮汐能利用综述[J].水利科技与经济，2009，15（8）：670-671.endprint

2.2.3 防治泥沙淤积

潮汐电站一般建设在海湾或临近大海的河口。海湾底部或大海的泥沙，容易被潮流和风浪翻起带到海湾的库区，也有一些泥沙由河流从上游带来。这些泥沙都会淤积在库区内，从而使水库的容积减小，发电量减少，并且加重对水轮机叶片的磨损，使其寿命减少，对正常运行影响很大。因此，必须根据当地泥沙的含量、类型、运动方向、沉降速度等，研究泥沙的运动规律，找出防治泥沙淤积的有效措施。

2.2.4 水工结构物的防腐蚀和防海洋生物附着

潮汐电站的水工结构物长期浸泡在海水中，海水对水工结构物中的金属部分腐蚀非常严重。同时，海水中的生物也会附着在水工结构上，如牡蛎等，有的厚度可达10 cm，这些附着物不会被水冲掉。附着物会使水工结构流通部分的流通面积减小、阻塞，活动部分卡涩或失灵。因此，必须重视对这些问题的研究。对金属结构物防腐蚀问题，有的电站采用外加电流阴极保护措施，取得了很好的效果。防止海洋生物附着问题，这与当地的地理条件、海洋生物种类及生活规律有关，应具体问题具体分析，研究有效的防治措施。

2.2.5 有效解决电力的补偿问题

在潮汐电站运行时，电站的发电出力会随着潮汐的涨、落而变化。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。目前有如下一些途径解决间断性发电问题：（1）采用双水库；（2）在潮汐能发电站附近另建一座抽水蓄能电站；（3）在潮汐能发电站内另外配置相当容量的火力发电机组；（4）使潮汐能发电站与其他有相当容量的河川水电站联合运行；（5）使潮汐能发电站与较大的电力系统联通；（6）调整某些可以适应间断性供电的用电负荷，以适应潮汐能发电的特性。以上这些方式在技术上已经成熟并有成功应用的实例，因此，各潮汐能发电站可以根据自身情况，通过综合分析比较，研究采用。

3 我国潮汐能发电的发展前景

开发潮汐能一般在水深20 m、30 m、距海岸一千米以内的近海海域。我国幅员辽阔海岸线长，有长达18000 km的大陆海岸线和6500多个海岛海岸线，岸线长度超过32000 km。我国沿海地区海岸分两种，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，岸线较平直，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（除山东半岛和辽东半岛）；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，可建万kW级电站的港址有杭州湾、象山湾等数十处。

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，开发新能源发电，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，是解决目前能源和环境问题的有效方法。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，发电没有废气、废渣、废水的排放，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国家和地区，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 结论

随着我国经济的不断发展， 环境污染、能源及电力供应不足的问题已越来越严重，这些问题在经济发展较快的沿海地区尤为明显。沿海地区能源需求大，常规能源储量很少，雾霾等环境问题严重，但潮汐能蕴藏量大。因此，我国应大力发展潮汐能发电，以减轻对常规能源的依赖，减少雾霾的发生及环境污染。

总之，潮汐能是可再生能源，无污染，发电可作长期准确的预报，经过这些年来世界各国对潮汐电站的试验、研究和建设，积累了大量的经验，不仅在技术上日渐成熟，在减少投资、提高经济效益方面也取得了很大的进展，开发潮汐能前景广阔。

参考文献

[1] 陈金松，王东辉，吕朝阳.潮汐发电及其应用前景[J].海洋开发与管理，2008（11）：84-86.

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[4] 李允武.海洋能源开发[M].北京：海洋出版社，2008.

[5] 王长贵，崔容强，周篁.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[6] 惠晶，方光辉.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[7] 谢秋菊，廖小青，卢冰，等.国内外潮汐能利用综述[J].水利科技与经济，2009，15（8）：670-671.endprint