第三讲潮汐能发电技术

第三讲潮汐能发电技术第一页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1714-1潮汐和潮汐能什么叫海洋能？它包括哪些能？海洋能的分类？海洋能的特点是什么？中国的海洋能资源情况何为潮汐？潮汐能的定义？潮汐能的分类第二页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/172什么叫海洋能？它包括哪些能？地球上广大连续的水体叫做海洋。海洋的面积约为3．62亿km2，占地球表面积的70．9％。海洋是个庞大的能源宝库，它既是吸能器，又是贮能器，蕴藏着巨大的动力资源。海水中蕴藏着的这一巨大的动力资源的总称就叫做海洋能．它包括潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能等各种不同形态的能源。第三页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/173什么叫海洋能？它包括哪些能？潮汐能是指海水涨潮和落潮形成的水的动能和势能。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。海流能(潮流能)是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及由于潮汐导致的有规律的海水流功。海水温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海水盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的电位差能。第四页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/174海洋能的分类？在海洋能中，除潮汐能和潮流能来源于星球间的引力作用以外，其余各类均来源于太阳辐射能。海洋能按其能量赋存形式，可分为机械能、热能和化学能．其中潮汐能、海流能(潮流能)、波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。第五页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/175海洋能的特点是什么？（1）能量蕴藏量大，并且可以再生。据统计，地球上海水温差能的理论蕴藏量约500亿kw，可能开发利用的约20亿kW；全球海洋波浪能的蕴藏旦约700亿kw、可开发利用的约30亿kw；全世界潮汐能的理论蕴藏量约30亿kw；世界海流能(潮流能)的总功率约50亿kW，其中可发利用的约为0.5亿kW；第六页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/176海洋能的特点是什么？（2）能量密度低。海水温差能是低热头的，较大温差为20—25℃：潮汐能是低水头的，较大潮差为7—10m；潮流能和海流能是低速度头的，最大流速一般仅2m/s左右；(3)稳定性比其他自然能源好。海水温差能和海流能比较稳定，潮汐能与潮流能的变化有规律可循.(4)发生在广阔的海洋环境中。海洋是一个水深、缺氧、高压的世界，因而开发利用海洋能的技术难度大，对材料和设备的要求比较高。第七页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/177中国的海洋能资源中国不仅是闻名于世的陆地大国，面且是世界上的海洋大国之一。海岸线全长18400多km。中国拥有6500多个大小岛屿，岛屿海岸线长达14000多km。据初步估算，中同海洋能的蕴藏量约为6．3亿kW，其中潮汐能1．9亿kw，波浪能1．5亿kw，温差能1．5亿kw，海流能(潮流能)O．3亿kw，盐差能1．1亿kw，分布在煤、水等能源贫乏的沿海工业基地附近，如果能够加以开发利用，将为中国沿海、尤其是华东沿海工农业生产的发展和人民生活的改善，提供数量相当可观的可再生能源。第八页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/178何为潮汐？由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的海水有规律的、周期性的涨落现象，就叫做海洋潮汐，习惯上称为潮汐。潮位过程线--潮汐水位随时间而变化的过程线。潮差---每次潮汐的潮峰与潮谷的水位差。潮汐的平均周期--潮汐这次高潮或低潮至下次高潮或低潮相隔的平均时间，一般为12h25min.人们把海水在白昼的涨落称为“潮”，在夜间的涨落称为“汐”，合起来则称为潮汐，两者名异面实同。潮汐要素示意图。第九页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/179潮汐能的定义？简单地说，潮汐能就是潮汐所具有的能量。潮汐含有的能量是十分巨大的，潮汐涨落的动能和位能可以说是一种取之不尽、用之不竭的动力资源，人们誉称它为“蓝色的煤海“。潮汐能的大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。1977年世界动力会议认为，全世界可开发利用的潮汐能可发电1400亿—1800亿kW(不包括中国)，绝大部分蕴藏在窄浅的海峡、海湾和一些河口区。例如英吉利海峡的潮汐能约有8000万kw，美国和加拿大附近芬迪湾的潮汐能约有2000万kW。中国浙江省杭州湾钱塘江口。第十页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17104-2潮汐能发电一、潮汐能发电的原理及型式1、原理：图1；图2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来发电。其发电的原理与一般的水力发电差别不大。不过．一般的水力发电的水流方向是单向的，而潮汐发电则不同。从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把潮汐的动能和位能通过水轮机变成机械能，然后再由水轮机带动发电机，把机械能转变为电能。电站外景图第十一页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1711潮汐能发电的型式2、型式：（1）潮汐发电可按能量形式的不同分为两种：1）一种是利用潮汐的动能发电，就是利用涨落潮水的流速直接去冲击水轮机发电；2）一种是利用潮汐的势能发电，就是在海湾或河口修筑拦潮大坝，利用坝内外涨、落潮时的水位差来发电。第十二页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1712潮汐能发电的型式（2）按其开发方式的不同分为如下4种型式。1)单库单向型，只能在落潮时发电。四个工况2)单库双向型：在涨、落潮时都能发电。工况3)双库单向型：可以连续发电，但经济上不合算，介绍4）发电结合抽水蓄能式：介绍第十三页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1713二、潮汐能发电站的组成潮汐能发电站是由几个单项工程综合而成的建设工程，主要由拦水堤坝、水闸和发电厂三部分组成。有通航要求的潮汐能发电站还应设置船闸。（1）拦水堤坝作用：是利用堤坝构成水库内、外的水位差，并控制水库内的水量，为发电提供条件。堤坝种类：按所用材料的不同，可分为土坝、石坝和钢筋混凝土坝等第十四页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1714二、潮汐能发电站的组成(2)水闸及作用水闸用来调节水库的进出水量，在涨潮时向水库进水，在落潮时从水库往外放水，以调节水库的水位，加速涨、落潮时水库内、外水位差的形成，从而缩短电站的停机时间，增加发电量。它的另一作用，是在洪涝和大潮期间用以加速库内水量的外排，或阻挡潮水侵入，控制库内最高、最低水位，使水库迅速恢复到正常的蓄水状态，同时满足防洪、排涝、挡潮、抗旱、航运等多方面的水利要求。第十五页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1715二、潮汐能发电站的组成(3)发电厂。1）发电厂的主要设备：水轮发电机组、输配电设备、起吊设备、中央控制室和下层的水流通道及阀门等。2）作用：它是直接将潮汐能转变为电能的机构。其中最关键的设备是水轮发电机组。3）对机组的主要要求为：应满足潮汐低水头、大流量的水力特性；机组一般在水下运行，因而对机组的防腐、防污、密封和对发电机的防潮、绝缘、通风、冷印、维护等要求高；机组随潮汐涨落发电，开、停机次数频繁，因而要选用适应频繁起动和停止的开关设备；对双向发电机组，由于正、反问旋转，相序也相应变换，因而在设计电气主接线时，要考虑安装倒向开关，使电源接人系统或负荷时，保证相序固定不变。第十六页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1716潮汐电站的水轮发电机组的3种基本型式：1)竖轴式机组。图特点：即将轴流式水轮机和发电机的轴竖向连接在一起，垂直于水面。2)卧轴式机组。图特点：卧轴式机组即将机组的轴卧置。这种型式的机组进水管较短，并且进水管和尾水管的弯度均大大减少，因而厂房的结构简单．水流能量损失也较少，因而性能比竖轴式机组优越。但仍然需要很长的尾水管，所以需要厂房仍然较长。3)贯流式机组。图特点：机组主要有两种：一种是灯泡贯流式机组；另一种是全贯流式机组。第十七页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1717问题1、海洋能包括哪些能？海洋能有何特点？2、潮汐能发电站是由几个单项工程组成？3、潮汐能发电站对机组的主要要求有哪些？4、什么叫潮汐能？5、潮汐电站的水轮发电机组的3种基本型式是什么？第十八页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1718潮汐要素示意图第十九页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1719潮汐的3种类型第二十页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1720潮汐能发电原理图1第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1721潮汐能发电原理图2第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1722潮汐电站外景图第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1723单库单向型发电的四个工况在整个潮汐周期内，电站的运行按下列4个工况进行：①充水工况：电站停止发电，开启水闸，潮水经水闸和水轮机进人水库，至水库内外水位齐平为止；②等候工况；关闭水闸，水轮机停止过水，保持水库水位不变，海洋侧则因落潮而水位下降，直到水库内外水位差达到水轮机组的启动水头；③发电工况：开动水轮发电机组进行发电，水库的水位逐渐下降，直到水库内外水位差小于机组发电所需要的最小水头为止；④等候工况：机组停止运行，水轮机停止过水．保持水库水位不变，海洋侧水位因涨潮而逐步上升，直到水库内外水位齐平，转入下一周期。第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1724单库双向型的工况有6个单库双向式潮汐电站有等侯、涨潮发电、充水、等侯、落潮发电、泄水6个工况。第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1725双库单向式潮汐能发电站介绍双库单向式潮汐能发电站需要建造两座相互毗邻的水库（高水库和低水库），这种型式的电站、需建2座或3座堤坝、两座水闸，工程量和投资较大。但由于可连续发电，故其效率较第一种型式的电站要高34％左右。同时，也易于和火电、水电或核电站并网，联合调节。第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1726发电结合抽水蓄能式介绍这种电站的工作原理是：在潮汐电站水库水位与潮位接近并且水头小时，用电网的电力抽水蓄能。涨潮时将水抽入水库，落潮时将水库内的水往海中抽、以增加发电的有效水头，提高发电量。第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1727竖轴式机组图第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1728卧轴式机组图第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1729灯泡贯流式机组图第三十页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17304-3潮汐能发电的若干技术问题一、潮汐能可开发资源量计算潮汐能发电站的实际装机容量和发电量，一般用经验公式计算。中国的经验公式如下：1、单向潮汐电站计算公式2、双向潮汐电站计算公式第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1731二、潮汐发电的关键技术问题1、潮汐发电的关键技术主要有：低水头、大流量、变工况水轮发电机组的设计与制造；电站的运行控制；电站与海洋环境的相互作用，包括电站对环境的影响和海洋环境对电站的影响；电站的系统优，包括协调发电量、间断发电以及设备造价和可靠性等之间的关系；电站设备在海水中的防腐蚀等。第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1732潮汐发电的关键技术1）在潮汐能发电站中，水轮发电机组的造价约占电站总造价的50％，并且机组的制造与安装又是电站建设工期长短的主要制约因素。2）水上建筑在潮汐能发电站中约占总造价的45％，也是降低潮汐能发电站造价的重要因素。3）潮汐能发电站的运行是一项水平要求较高的技术，如果巧妙地利用外海水位和水库水位的相位差，可以有效地提高电站的出力。4）海洋环境问题对于潮汐能发电站来说是一个既很重要又很复杂的课题。主要包括两个方面：一是建造电站对于环境产生的影响，二是海洋环境对于电站的影响，主要是泥沙冲淤问题。第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17332、潮汐能发电要进一步研究解决的技术问题(1)泥沙淤积问题。危害：泥沙的淤积会使水库的容积逐渐缩小，通水渠道变窄，水库使用寿命缩短，发电量减少，并加速水轮机叶片的磨损，对于潮汐发电站十分不利。防止措施：必须很好地研究当地沉沙的运动规律，搞清水中沉沙的含量、来源、运动方向、颗粒大小和组成、沉降的速度等，据以研究防治泥沙淤积的有效措施；第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17342、潮汐能发电要进一步研究解决的技术问题(2)海工结构物的防腐蚀和防海洋生物附着问题。危害：海水对海工结构物中金属结构物部分的腐蚀是相当严重的，甚至连钢筋混凝土中的钢筋也会被海水腐蚀，最终导致结构物的损坏。同时．海水中的海生物如牡蛎等也都会附着在金属结构物、钢筋混凝七或砖石结构、木结构上，附着的厚度甚至可达1ocm左右，并且难以被水流冲掉。海洋生物的附着会使结构物通流部分阻塞、转动部分失灵，难以发挥效用，严重时甚至会导致完全报废。防止措施：外加电流阴极保护等第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17352、潮汐能发电要进一步研究解决的技术问题(3)电力的补偿问题。潮汐电站在使用中有一个电站的发电出力随着潮汐的涨、落而变化的问题。不能保持连续供电。解决途径：#采用双水库。在潮汐能发电站附近另建一座抽水蓄能电站。在潮汐能发电站内另外配置相当容量的火力发电机组；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；使潮汐能发电站与较大的电力系统联通；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。第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17363、确定建设潮汐能发电站应考虑的主要问题(1)应从当地工农业生产和人民生活用电的需要出发。

(2)必须根据当地的自然条件，科学地、队真地分析是否具备建设潮汐能发电站的客观条件。潮汐条件地形条件地质条件（3）建筑材料条件。第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1737三、潮汐能发电的优缺点及经济性1、潮汐能发电主要优点#(1)能量可以再生，取之不尽、用之不竭，不消耗化石燃料。(2)潮汐的涨落具有规律性，可以作出准确的长期预报，因而供电稳定可靠，没有沽水期，可长年发电。(3)清洁干净，没有环境污染。(4)运行费用低。(5)建站时没有淹地、移民等问题。(6)除发电外，还可进行围垦农田、水产养殖、蓄水灌溉等项事业，收到综合利用效益。第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1738三、潮汐能发电的优缺点及经济性2、潮汐发电目前存在的主要问题是：

(1)单位投资大．造价较高。(2)水头低，机组耗钢多。(3)发电具有间断性n(4)在工程技术上尚存在泥沙淤积以及海水、海生物对金属结构和海工建筑物的腐蚀及污黏等问题，需要进一步研究解决。关于潮汐能发电的经济性，总地来说，目前还稍逊于水力发电等常规能源发电。第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17394-4世界潮汐能发电潮汐能应用简史：早在11—12世纪，法国、英国和苏格兰沿海地区就出现了潮汐能水磨。16世纪时，俄国沿海居民也使用过同类的水磨；到了18世纪，在俄国阿尔汉格尔斯克并出现了以潮汐能为动力的锯木厂。19世纪未，法国工程师布洛克首先提出了一个在易北河下游兴建潮汐能发电站的设计构想。1912年，德国首先在石勒苏益格——荷尔斯太因州的苏姆湾建成了一座小型潮汐能发电站；第四十页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1740潮汐能应用简史近30多年来，由于扩大能源来源的要求日益增长，法国、英国、前苏联、加拿大、美国等潮汐能资源丰富的国家，都在进行潮汐能发电的开发建设。目前，世界潮汐能发电站总装机容量为256MW，年发电量达6亿KWh。世界主要潮汐电站第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17411、法国的朗斯潮汐能电站介绍1961年1月，由戴高乐政府批准，开始正式兴建圣马洛附近朗斯河口的朗斯潮汐能发电站，1966年第一台机组投入远行，至1967年全部竣工投入运行。朗斯潮汐能发电站是迄今为止世界上正在运行的装机容量最大的潮汐能发电站。该电站装机24台，每台容量为1万kw，总装机容量为24万kw，现年发电能力约为6亿kWh。采用可在6种工况下运行的低水头双向灯泡贯流式机组，设备中使用了大量的不锈钢材，并采用了计算机控制等新技术。第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17421、法国的朗斯潮汐能电站介绍朗斯潮汐发电工程主要包括：①发电站厂房。②船闸。③泄水闸。④堆石坝。第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17431、法国的朗斯潮汐能电站介绍朗斯潮汐电站的主要技术经济参数如下最大潮差：13m；平均潮差：8．5m库容：1．84亿m3；坝总长：750m坝高：12m；水库面积：22km2厂房总长：384．5m；装机台数：24台单机容量：10000kw;机组型式：双向六工况灯泡贯流式机组年发电能力：6亿kwh；总投资：4．8亿法郎控制方式：采用计算机控制系统；发电成本：1973年为0．0967法郎／kwh，1975年为0．0872法郎／Kwh。目前，法国正在建设中的还有圣马诺湾潮汐能发电站，年发电量为250亿KWh。第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17442、前苏联基斯拉雅潮汐能发电站前苏联于1968年在乌拉湾中的基斯拉雅湾建成了本国第一座潮汐能发电站——基斯拉雅潮汐能发电站，这是一座小型的试验性潮汐能发电站。该电站采用了预制浮运钢筋混凝土的水闸结构。电站的钢筋混凝土站房是在摩尔曼斯克附近的一个干船坞中建好的．里面装了一台400kw的灯泡式水轮发电机组，然后将整个站房用拖船拖到站址，下沉到预先准备好的砂石基础上，并用一些浮筒来在拖运中保持稳定。其主要技术参数为：第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/1745主要技术参数为：最大潮差：3．9m平均潮差：2m坝总长：50m装机台数：1台单机容量：400Kw装机容量：400kw机组型式：灯泡贯流式机组第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日2023/2/17463、其它国家潮汐能发电英国加拿大朝鲜韩国美国第四十七页，共五十一页，