1、新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5 潮汐能与潮汐发电潮汐能与潮汐发电关注的问题关注的问题潮汐是怎样形成的？人类从何时开始懂得潮汐能的利用，又是如何利用的？潮汐发电的原理是怎样的？潮汐电站什么样？潮汐发电有什么特点？潮汐发电的发展状况如何？教学目标教学目标了解人类认识和利用潮汐历史，了解或掌握潮汐资源的特征及其分布，掌握潮汐发电的基本原理和潮汐电站的构成，了解潮汐发电的发展应用情况。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.1 5.1 人类对潮汐的认识和利用人类对潮汐的认识和利用我国古人把我国古人把白天白天的海
2、水涨落叫做的海水涨落叫做“潮潮”，夜间夜间的海水涨落叫的海水涨落叫做做“汐汐”，合起来称为，合起来称为“潮汐潮汐”。5.1.1 人类对潮汐的认识人类对潮汐的认识潮汐潮汐是由于太阳和月球对地球各处是由于太阳和月球对地球各处引力的不同引力的不同所引起的海水所引起的海水有规律的、周期性有规律的、周期性的涨落现象。的涨落现象。太阳太阳和和月球月球引起的海水上涨，分别称为引起的海水上涨，分别称为太阳潮太阳潮和和太阴潮太阴潮。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.1 5.1 人类对潮汐的认识和利用人类对潮汐的认识和利用 5.1.1 人类对潮汐的认识人类对潮汐的认识俗话说：初一、十五涨
3、大潮；初八、二十三，处处见海滩。俗话说：初一、十五涨大潮；初八、二十三，处处见海滩。农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似农历每月初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似在一条在一条直线上直线上，日月的引力方向相同，日月的引力方向相同，合力最大合力最大，形成，形成大潮大潮。每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形每月十五，日月在地球的两侧，太阳潮和太阴潮也能共同形成大潮（成大潮（想想：为什么？想想：为什么？）当太阳和月球对地成当太阳和月球对地成直角方向直角方向时，太阳潮的落潮和太阴潮的时，太阳潮的落潮和太阴潮的涨潮，二者共同作用，涨潮，二者共同作用，相互抵消相互抵消，形成潮势
4、较弱的，形成潮势较弱的小潮小潮。趣闻：我们和地心的距离也是变化的？趣闻：我们和地心的距离也是变化的？（详见教材）（详见教材）新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.1.2 人类对潮汐的早期利用人类对潮汐的早期利用潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。潮汐是人类最早认识和利用的海洋动力资源。我国我国对潮汐能的利用最早，可追溯到对潮汐能的利用最早，可追溯到1300多年前的多年前的唐朝唐朝。宋代有巧用宋代有巧用潮汐建石桥潮汐建石桥的工程实例（的工程实例（见教材引例故事见教材引例故事）67 世纪世纪，我国我国就有沿海居民利用潮汐磨来就有沿海居民利用潮汐磨来碾磨谷物碾磨谷物。近些
5、年在近些年在山东蓬莱山东蓬莱地区发现了这种早期的潮汐磨。地区发现了这种早期的潮汐磨。中国最早的潮汐能水轮泵站中国最早的潮汐能水轮泵站（详见教材详见教材）新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.1.2 人类对潮汐的早期利用人类对潮汐的早期利用10 世纪左右世纪左右，在，在波斯湾波斯湾，人们开始以潮汐能为动力驱动水，人们开始以潮汐能为动力驱动水车进行车进行面粉加工面粉加工。1112 世纪世纪，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿，大西洋沿岸也出现了潮汐磨坊，有些一直沿用到用到20 世纪。世纪。英国英国至今仍保留着一个至今仍保留着一个12 世纪的潮汐磨世纪的潮汐磨，碾谷子供游
6、客参，碾谷子供游客参观。观。16 世纪世纪，俄国沿海俄国沿海居民也使用过类似的潮汐能居民也使用过类似的潮汐能水磨水磨，18 世世纪纪，俄国俄国还出现了以潮汐能为动力的还出现了以潮汐能为动力的锯木厂锯木厂。欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路，欧洲西海岸的潮汐磨房使早期工业国家走上发财至富的道路，并把它带到美洲新大陆。并把它带到美洲新大陆。到了到了20 世纪世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利用用潮差能来发电潮差能来发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.2 潮汐能资源潮汐能资源 5.2.1 潮汐的描述和
7、分类潮汐的描述和分类用于描述潮汐的各个要素如图所示。用于描述潮汐的各个要素如图所示。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电海面的一涨一落两个过程为一个海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环潮汐循环。相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平潮汐的平均周期均周期。按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为按照一个太阴日里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、全半日潮、全日潮和混合潮日潮和混合潮三种类型。三种类型。5.2.1 潮汐的描述和分类潮汐的描述和分类新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.2.2 潮汐能
8、资源及其分布潮汐能资源及其分布海水涨落及潮水流动所产生的海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能动能和势能称为称为潮汐能潮汐能。很多时候，将潮水流动所具有的很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能动能称为潮流能，而潮汐能而潮汐能特指海水特指海水涨落形成的势能涨落形成的势能。在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济技术条件下技术条件下最为现实最为现实的一种。的一种。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.2.2.1 世界潮汐能资源世界潮汐能资源联合国教科文组织联合国教科文组织数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约数据，
9、全世界潮汐能的理论蕴藏量约为为30 亿千瓦亿千瓦，是目前全球发电能力的，是目前全球发电能力的1.6 倍。估计技术上允许倍。估计技术上允许利用的约利用的约1 亿千瓦亿千瓦。中国商业情报网中国商业情报网的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。的预测研究报告，数据有所差别，参见教材。潮汐能大小直接与潮汐能大小直接与潮差潮差有关，潮差越大，能量也就越大。有关，潮差越大，能量也就越大。实践证明，实践证明，平均潮差平均潮差3m 才有经济效益，否则难于实用化。才有经济效益，否则难于实用化。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电 5.2.2.2 我国的潮汐能资源我国的潮汐能资源据初步统计，全
10、国据初步统计，全国潮汐能蕴藏量潮汐能蕴藏量约为约为2.9 2.9 亿千瓦亿千瓦，年发电量，年发电量可达可达2750 2750 亿度亿度。中国新能源与可再生能源中国新能源与可再生能源1999 1999 白皮书白皮书资料显示我国可资料显示我国可开发潮汐能资源装机容量达开发潮汐能资源装机容量达2000 2000 多万千瓦多万千瓦，年发电量可，年发电量可达达600 600 多亿度多亿度。教材中给出了教材中给出了1958 年潮汐资源蕴藏量的调查结果，表年潮汐资源蕴藏量的调查结果，表4.1 和表和表4.2分别沿海各省、市、自治区和各主要河流的潮汐能分别沿海各省、市、自治区和各主要河流的潮汐能资源理论蕴藏量
11、。资源理论蕴藏量。1982年可开发潮汐资源的调查，中国各省可开发利用潮汐年可开发潮汐资源的调查，中国各省可开发利用潮汐能总装机容量如表能总装机容量如表4.3 所示。所示。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.3 5.3 潮汐发电原理和电站构成潮汐发电原理和电站构成和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当和内陆河川的水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于于微水头发电微水头发电的水平。的水平。世界上平均潮差（世界上平均潮差（注意这个概念注意这个概念）的较大值约为）的较大值约为1315m。想想：想想：我国的最大平均潮差我国的最大平均潮差会出现在哪里？会出现在哪里
12、？潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致相同。相同。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.3.1 潮汐发电的原理潮汐发电的原理5.3.1.1 潮汐发电的方式潮汐发电的方式广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种：广义的潮汐发电，按能量利用的形式分为两种：一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动一种是利用潮汐时流动的海水所具有的动能驱动水轮机带动发电机发电，称为发电机发电，称为潮流发电潮流发电；一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水一种是在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水
13、之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮位发电潮位发电。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.3.1.1 潮汐发电的方式潮汐发电的方式涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.3.1.2 潮汐电站的装机容量和发电量潮汐电站的装机容量和发电量电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。电站的可能装机容量，理论上可根据潮汐势能大小计算。例如，半日潮的潮汐电站装机容量例如，半日潮的潮汐电站装机容量P，可用公式计算：，可用公式计算：式中式中 H 平
14、均潮差（平均潮差（m）；）；S 水库平均面积（水库平均面积（km2）。）。教材中表教材中表7.5给出了面积为给出了面积为1 km2的水库、落差为的水库、落差为310米时，米时，可供发电的最大功率。可供发电的最大功率。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：式中式中 a单向发电时取单向发电时取0.40，双向发电时取，双向发电时取0.55；可用这个公式估算可用这个公式估算潮汐能蕴藏量潮汐能蕴藏量和和潮汐电站的年发电量。潮汐电站的年发电量。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发
15、电5.3.2 潮汐电站的结构潮汐电站的结构潮汐电站的选址：潮汐电站的选址：潮汐电站可建在潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的或其它的受潮汐影响的海水伸展地带，海水伸展地带，最好选在最好选在“口小肚大口小肚大”的海湾上，这样只要修建一个短短的的海湾上，这样只要修建一个短短的大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。大坝，就可以围住很多海水，成为一个大水库。潮汐电站的构成：潮汐电站的构成：潮汐能电站是综合的建设工程，主要由潮汐能电站是综合的建设工程，主要由拦水堤坝、水闸和发拦水堤坝、水闸和发电厂三部分电厂三部分组成。组成。有通航要求的潮汐能电站还应设置有通航要求的
16、潮汐能电站还应设置船闸船闸。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如：潮汐电站对水轮发电机组有特殊的要求，例如：1）应满足潮汐）应满足潮汐低水头低水头、大流量大流量的水力特性；的水力特性；2）在海水中工作时，）在海水中工作时，防腐防腐、防污防污、密密封和发电机封和发电机防潮防潮；3）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落而频繁启）需要性能好的开关设备，适应机组随潮汐涨落而频繁启动和停止；动和停止；5.3.3 潮汐电站的水轮发电机组潮汐电站的水轮发电机组新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电根据根据水轮机的布置水轮机的布
17、置和和结构型式结构型式，潮汐电站所用的水轮发电机，潮汐电站所用的水轮发电机组有以下几类：组有以下几类：（1）立轴定桨式立轴定桨式水轮发电机组。水轮发电机组。（2）轴伸贯流式轴伸贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（3）竖井贯流式竖井贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（4）灯泡贯流式灯泡贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。（5）全贯流式全贯流式水轮发电机组。水轮发电机组。5.3.3 潮汐电站的水轮发电机组潮汐电站的水轮发电机组新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.4 潮汐电站的类型潮汐电站的类型（1）单库单向潮汐电站单库单向潮汐电站新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电
18、潮汐能发电（2）单库双向潮汐电站单库双向潮汐电站5.4 潮汐电站的类型潮汐电站的类型新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电（3）双库连续发电潮汐电站双库连续发电潮汐电站5.4 潮汐电站的类型潮汐电站的类型新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.5 潮汐发电的特点潮汐发电的特点4.5.1 潮汐发电的优点潮汐发电的优点主要包括：主要包括：（1）潮汐能源）潮汐能源可循环再生可循环再生。（2）潮汐变化有规律，发电输出）潮汐变化有规律，发电输出没有季节性没有季节性。（3）靠近用电中心，）靠近用电中心，不消耗燃料不消耗燃料，运行费用低运行费用低。（4）潮汐发电不排放有
19、害物质，）潮汐发电不排放有害物质，不会污染环境不会污染环境。（5）潮汐电站建设）潮汐电站建设不需淹地、移民不需淹地、移民，还可以，还可以综合利用综合利用。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电4.5.2 潮汐发电的不足潮汐发电的不足作为新兴的电力能源，目前也存在一些不足。作为新兴的电力能源，目前也存在一些不足。（1）发电出力）发电出力有间歇性有间歇性。（2）水头低，发电）水头低，发电效率不高效率不高。（3）工程复杂，建设）工程复杂，建设投资大投资大。（4）关于）关于泥沙淤积问题泥沙淤积问题的疑虑。的疑虑。5.5 潮汐发电的特点潮汐发电的特点新能源与分布式发电新能源与分布式发电
20、潮汐能发电潮汐能发电5.6 潮汐发电的发展潮汐发电的发展潮汐发电研究已有潮汐发电研究已有 100 多年历史，最早从欧洲开始，德国和多年历史，最早从欧洲开始，德国和法国走在最前面。发电成为潮汐能利用的主要发展方向。法国走在最前面。发电成为潮汐能利用的主要发展方向。19 世纪末世纪末，法国法国人提出兴建潮汐能发电站的设想。人提出兴建潮汐能发电站的设想。1912 年年世界上第一座潮汐能电站建成（世界上第一座潮汐能电站建成（参见教材参见教材）。）。1913 年法国年法国的潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又建的潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又建了一座容量为了一座容量为1865kW 的潮汐电站。的潮
21、汐电站。5.6.1 世界潮汐发电的发展世界潮汐发电的发展新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电直到直到1960s，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。1967 年年世界上世界上第一座第一座具经济价值的生产性潮汐发电站，标具经济价值的生产性潮汐发电站，标志着潮汐发电进入了实用阶段。志着潮汐发电进入了实用阶段。前苏联、英国、美国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、印度等前苏联、英国、美国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、印度等国，也都陆续研究，相继建成一批潮汐发电站。国，也都陆续研究，相继建成一批潮汐发电站。教材表教材表4-5给出了世界上现有的大型潮汐电站
22、。给出了世界上现有的大型潮汐电站。联合国联合国开发论坛开发论坛曾估计，曾估计，2000 年年世界潮汐发电可达世界潮汐发电可达300 至至600 亿千瓦时亿千瓦时，实际进展却没有这么快。初步统计，全，实际进展却没有这么快。初步统计，全世界潮汐电站的总装机为世界潮汐电站的总装机为26.5 万千瓦万千瓦(265MW)。预计到预计到2020 年年，世界潮汐电站发电总量将达，世界潮汐电站发电总量将达120 亿到亿到600 亿千瓦时亿千瓦时。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电世界之最：世界之最：（详见教材）（详见教材）世界上世界上最早最早的潮汐电站；的潮汐电站；世界上世界上装机容量最
23、大装机容量最大的潮汐电站；的潮汐电站；世界上第一座世界上第一座具经济价值的生产性具经济价值的生产性潮汐发电站；潮汐发电站；世界上世界上单机容量最大单机容量最大的潮汐电站。的潮汐电站。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电5.6.2 我国潮汐发电的发展我国潮汐发电的发展中国是世界上建造潮汐电站中国是世界上建造潮汐电站最多最多的国家。的国家。1950s1970s，先后建了约，先后建了约50 座潮汐电站，但据座潮汐电站，但据1980s初初的统计，其中大多数已经不再使用。的统计，其中大多数已经不再使用。例如，例如，19771977年初广西曾在钦州果子山建成一座小型的实验性年初广西曾在
24、钦州果子山建成一座小型的实验性潮汐电站潮汐电站。我国的潮差偏小，平均潮差都我国的潮差偏小，平均潮差都5m，因而潮汐发电的经济效，因而潮汐发电的经济效益不会太高，电站设计须着眼于大坝建造所带来的益不会太高，电站设计须着眼于大坝建造所带来的交通、交通、围垦、滩涂等资源围垦、滩涂等资源的综合利用效益上。的综合利用效益上。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电目前，中国有目前，中国有7 个潮汐电站仍正常运行发电，总装机容量个潮汐电站仍正常运行发电，总装机容量7245 千瓦千瓦，每年可发电，每年可发电1000 多万千瓦时多万千瓦时。其中最大的三个如表所示。其中最大的三个如表所示。新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电中国之最中国之最中国第一座潮汐电站中国第一座潮汐电站中国最大的潮汐电站中国最大的潮汐电站新能源与分布式发电新能源与分布式发电潮汐能发电潮汐能发电
