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浅谈潮汐能的开发与利用
38072108王骁
在21世纪新能源这门选修课当中，我了解到了像太阳能、风能、电能、潮汐能、地热能等很多21世纪新能源，当然也包括古老的化石燃料的新姿态等一些改进的新能源。我感觉发展前景更大的新能源不应该是现在已经被广泛应用的太阳能、水能、核能，而应是还不为人们所熟知的潮汐能。
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成为潮汐能。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。
海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水利发电相比，潮汐能的能量密度低，相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13～15m，但一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的，不同的地区常常有不同的潮汐系统，他们都是从深海潮波获取能量，但具有各自独特的特征。景观潮汐很复杂，但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有，但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址。
发展像潮汐能这样的新能源，可以间接使大气中的ＣＯ2含量的增加速度减慢。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象，由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，它还可以转变成电能，给人带来光明和动力。
潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，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。潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，到目前为止，由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。
据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。潮汐能普查计算的方法是，首先选定适于建潮汐电站的站址，再计算这些地点可开发的发电装机容量，叠加起来即为估算的资源量。
20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。1968年，前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。试验电站、中试电站，那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步，潮汐发电成本的不断降低，进入2l世纪，将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。
潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国、前苏联、加拿大、中国和英国等，它是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。全世界潮汐电站的总装机容量为265MW。
我国水力资源的蕴藏量达6.8亿kW，约占全世界的1/6，居世界第1位，建
成后的长江三峡水电站将是世界上最大的水力发电站，装机容量1820万kW。
潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的再
生能源。在海洋各种能源中，潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。我国早在20世纪50年代就已开始利用潮汐能，在这一方面是世界上起步较早的国家。1956年建成的福建省浚边潮汐水轮泵站就是以潮汐作为动力来扬水灌田的。到了1958年，潮汐电站便一下子在全国遍地开花。其中浙江乐清湾的江厦潮汐电站，造价与600千瓦以下的小水电站相当，第一台机组于1980年开始发电，1985年底全面建成，年发电量可达1070万千瓦·时，每千瓦·时电价只要0.067元。每年自身经济效益，包括发电67万元，水产养殖74万元和农垦收入190万元，共计可达330万元。社会效益，以每千瓦·时电可创社会产值5万元计，可达5000万元。这是我国，也是亚洲最大的潮汐电站，仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安纳波里斯潮汐电站，居世界第三位。因此利用潮汐发电并不神秘，也并非遥不可及。
潮汐能是潮差所具有的势能，开发利用的基本方式同建水电站差不多：先在海湾或河口筑堤设闸，涨潮时开闸引水入库，落潮时便放水驱动水轮机组发电，这就是所谓“单库单向发电”。这种类型的电站只能在落潮时发电，一天两次，每次最多5小时。
为提高潮汐的利用率，尽量做到在涨潮和落潮时都能发电，人们便使用了巧妙的回路设施或双向水轮机组，以在涨潮进水和落潮出水时都能发电，这就是“单库双向发电”，像上述江厦潮汐电站就属这种类型。
我国自行设计的潮汐电站中，江厦电站比较正规，技术也较成熟。该电站原设计装6台单机容量为500千瓦的灯泡式机组，实际上只安装了5台，总容量就达到了3200千瓦。单机容量有500千瓦、600千瓦和700千瓦三种规格，转轮直径为2.5米。在海上建筑和机组防锈蚀、防止海洋生物附着等方面也以较先进的办法取得了良好效果。尤其是最后两台机组，达到了国外先进技术水平，具有双向发电、泄水和泵水蓄能多种功能，采用了技术含量较高的行星齿轮增速传动机构，这样既不用加大机组体积，又增大了发电功率，还降低了建筑的成本。潮汐发电利用的是潮差势能，世界上最高的潮差也不过10多米，在我国潮差高才达9米，因此不可能像水力发电那样利用几十米、百余米的水头发电，潮汐发电的水轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点，水轮做得较大。但水轮做大了，配套设施的造价也会相应增大。于是，如何解决这个问题，就成为反映其技术水平高低的一种标志。1974年投产的广东甘竹滩洪潮电站就是一个成功的代表。它的特点是洪潮兼蓄，只要有0.3米高的落差就能发电，甘竹滩电站的总装机容量为5000千瓦，平均年发电1030万千瓦·时。它的转轮直径为3米，加上大量采用水泥代用构件，成本较低，对民办小型潮汐电站很有借鉴意义。
潮汐发电虽然并不神秘，但仍须尊重客观规律，才能获得成功，取得良好效益。否则，光凭主观愿望和热情，虽然一时可以建成许多潮汐电站，但最后往往会因为实用价值不大而被放弃。正是因为如此，所以我们应该把21世纪新能源的重点研究方向和课题放在潮汐能方面，利用神秘的潮汐能来改造已有的旧的能源结构，造福社会。
38072108王骁
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