新能源发电技术 第2版 教学课件 7潮汐能

第7讲潮汐能发电§7.1潮汐与潮汐能人类很早就注意到了海水周期性的涨落现象。

我国古人把白天的海水涨落叫做“潮”，夜间的海水涨落叫做“汐”，合起来称为“潮汐”。我国古代的科学家很早就认识到潮汐和月亮有关。

我国东汉时期著名的思想家王充就说过：“涛之兴也，随月盛衰”。唐代诗人张虚若在他的《春江花月夜》中有“春江潮水连海平，海上明月共潮生”的诗句，也形象的反映出海潮和月亮的关系。后来人们还进一步认识到潮水是一种“此盈彼竭，往来不绝”的波动现象，“潮之涨退，海非增减，盖月之所临，则水往从之”§7.1.1潮汐的概念和形成原理现代对潮汐的认识——潮汐是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。太阳和月球引起的海水上涨，分别称为太阳潮和太阴潮。太阳和月球对地成直角时，太阳潮的落潮和太阴潮的涨潮，二者共同作用，会相互抵消，形成潮势较弱的小潮。初八、二十三，处处见海滩农历初一，太阳和月球位于地球同侧，三者近似成直线，

太阳和月球的引力方向相同，合力最大，太阳潮和太阴潮同时同地发生，就形成大潮。农历十五，太阳和月球位于地球两侧，三者近似成直线，

面向月球的太阴潮和背离太阳的太阳潮共同作用，背离月球的太阴潮和面向太阳的太阳潮共同作用，也形成大潮。初一十五涨大潮

§7.1.2潮汐的描述和分类用于描述潮汐的各个要素如图所示。海面的一涨一落两个过程为一个潮汐循环。相邻的两次高潮（或低潮）间隔的平均时间，称为潮汐的平均周期。按照一个太阴日（24h50min）里有几个涨落周期，潮汐可分为半日潮、全日潮和混合潮三种类型。§7.1.3潮汐能资源及其分布潮汐现象在垂直方向上表现为潮位的升降，

在水平方向上表现为潮流的进退。海水涨落及潮水流动所产生的动能和势能称为潮汐能。很多时候，将潮水流动所具有的动能称为潮流能，而潮汐能特指海水涨落形成的势能。在各种海洋能资源中，潮汐能不是最多的，但却是目前经济技术条件下最为现实的一种。§7.1.3.1

世界潮汐能资源联合国教科文组织的数据，全世界潮汐能的理论蕴藏量约为30亿千瓦（3×109kW）。估计技术上允许利用的约1亿千瓦。有专家估计，其中可以开发的电量为2200亿千瓦时。据中国商业情报网的预测研究报告，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦（2.7×109kW），若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿度（1.2×1012kWh）。潮汐能大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。实践证明，平均潮差≥3m才有经济效益，否则难于实用化。§7.1.3.1

世界潮汐能资源

§7.1.3.2

我国的潮汐能资源根据908专项任务“我国近海可再生能源调查与研究”中的一部分研究表明，我国近海潮汐能资源技术可开发装机容量大于500kW的坝址（韩家新，2014）共171个，总技术装机容量为2282.91×104kW，年发电量约626.41×108kW·h。其中，大部分潮汐能资源主要集中在浙江和福建两省，其潮汐能技术可开发装机容量为2067.34×104kW，年发电量为568.48×108kW·h，分别占全国可开发量的90.5%和90.73%。据《区划》对中国沿岸130个水道计算统计，中国沿岸潮流能理论平均功率为1395×104kW。表7.1中国各主要河流的河口潮汐能资源理论蕴藏量地点站址/个装机容量/（104kW）占全国比重/％年发电量/（108kW*h）占全国比重辽宁2452.632.314.482.3河北10.090.00380.020.0027山东1317.990.793.600.58上海170.913.119.503.1浙江19856.8537.5235.6037.6福建641210.4653332.8753.13广东2335.261.559.701.55广西1635.151.549.661.54海南103.570.160.980.16全国1712282.91100.00626.41100.00表7.2中中国沿岸潮流能分布分区一类区Vm≥3.06二类区2.04≤Vm＜3.06三类区1.28≤Vm＜2.04理论功率（104kW）水道数辽宁老铁山水道北侧1

长山东水道1、瓜皮水道1、三山水道1、小三山水道1113.055山东

北皇城北侧1庙岛群岛诸水道3、东部沿岸3117.797长江口

北港1、南槽1横沙小港口1、北槽130.494浙江舟山的西侯门*、金塘水道*、龟山水道等*7、杭州湾口北部1、南汇至绿华1舟山诸水道*14、椒江口1舟山诸水道4、象山湾1、三门湾3、台州湾2、乐清湾3709.0337福建三都澳内三都角西北部*1三都岛东部*2、闽江口1、海滩海峡南部1、大竹行门1沙㘿港2、兴化港3、海滩海峡诸水道8128.0519台湾

澎湖北部*6、澎湖南部4、台湾岛北段3、麟山鼻北1澎湖列岛9、台湾岛西部11、三貂角东北1228.2535广东

琼州海峡东口水道1、外罗水道1珠江口1、粤西沿岸诸水道1437.6616广西

珍珠港口大风江口、龙门港1、防城港12.314海南

琼州海峡东口南水道1澄迈湾口1、莺歌海128.243全国11处（8.5％）41处（31.5％）78处（60％）1394.85130表中地名后数字为水道个数，水道名称有*者为开发条件较好者表7.3中国各主要河流的河口潮汐能资源理论蕴藏量河

流年潮汐能量/(108kW·h)堤

长/km单位堤长能量/(106kW·h/km)加权平均潮差/m钱塘江590.032.51

8155.00长江78.036.02172.00珠江41.025.01641.00晋江33.011.22954.00闽江15.02.56003.00瓯江12.05.02403.00鸭绿江10.95.51982.74合

计779.9117.73529—§7.2潮汐发电的特点§7.2.1潮汐发电的优点潮汐发电有很多优点，主要包括：（1）潮汐能源可循环再生。（2）潮汐变化有规律，发电输出没有季节性。（3）靠近用电中心，不消耗燃料，运行费用低。（4）潮汐发电不排放有害物质，不会污染环境。（5）潮汐电站建设不需淹地、移民，还可以综合利用。§7.2.2潮汐发电的不足作为新兴的电力能源，潮汐发电目前也存在一些不足。（1）发电出力有间歇性。（2）水头低，发电效率不高。（3）工程复杂，建设投资大。（4）关于泥沙淤积问题的疑虑。（5）对生物多样性的影响。§7.2潮汐发电的特点§7.3

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，相当于微水头发电的水平。世界上平均潮差（是多次潮差的平均值，不是各地潮差的平均值）的较大值约为13～15m。我国的最大平均潮差出现在杭州湾瞰浦（为8.9m）。§7.3.1潮汐发电的原理

§7.3.1.1

潮汐发电的方式潮汐发电各种名称的关系，如图所示。涨潮和落潮时，潮汐发电的原理如图所示。§7.3.1.2

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。例如，半日潮的潮汐电站装机容量P，可用公式计算：式中H——平均潮差（m）；

S——水库平均面积（km2）。P=200H2S（千瓦）潮差/m可供发电最大功率/kW潮差/m可供发电最大功率/kW31

80079

80043

200812

80055

000916

20067

200102

000面积为1km2的水库，落差为3～10米时，可供发电的最大功率如表所示。建潮汐电站时，年发电量可利用下面公式进行计算：式中F——年度发电量(kW·h)；

a——单向发电时取0.40，双向发电时取0.55；

H——平均潮差（m）；

S——平均水库面积（km2）可用这个公式估算潮汐能蕴藏量和潮汐电站的年发电量。F=aH2

S×106

§7.3.2潮汐电站的结构潮汐电站的选址：潮汐电站可建在三角洲、河口、海滩或其它的受潮汐影响的海水伸展地带，最好选在“口小肚大”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。潮汐电站的构成：潮汐能电站是综合的建设工程，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电站还应设置船闸。§7.4潮汐电站的类型（1）单库单向潮汐电站图7.7单库单向式潮汐电站的布置（2）单库双向潮汐电站图7.8单库双向式潮汐能发电站的布置§7.4潮汐电站的类型（3）双库连续发电潮汐电站图7.9双库单向式潮汐能发电站的布置§7.4潮汐电站的类型§7.5潮汐发电的发展与现状潮汐发电研究已有100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。19世纪末，法国工程师布洛克曾提出设想，在易北河下游兴建潮汐能发电站。1912年世界上第一座潮汐能电站在德国建成。1913年法国的潮汐电站成功的进行了发电试验，接着又在布列太尼半岛兴建了一座容量为1865kW

的潮汐电站。§7.5.1世界潮汐发电的发展直到1960s，潮汐发电才在世界范围内有了较快发展。法国、前苏联、英国、加拿大等国发展较快。1967年法国建成的朗斯电站，是世界上第一座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。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。联合国《开发论坛》曾估计，2000年世界潮汐发电可达300至600亿千瓦时，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26.5万千瓦(265MW)。§7.5.2我国潮汐发电的发展1950s－1970s，先后建了约50座潮汐电站，但据1980s初的统计，其中大多数已经不再使用。例如，1977年初广西曾在钦州果子山建成一座小型的实验性潮汐电站，那里平均潮差只有2m，发电量不大，1983年发电机坏了以后，就停止了发电运行，改用水轮机粉碎饲料，变成了潮汐动力站，而其蓄水库后来被改为虾塘。

我国的潮差偏小，平均潮差都<5m，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交通、围垦、滩涂等资源的综合利用效益上。2010年11月，国家首批“海洋可再生能源专项资金项目”正式启动，乳山口4万千瓦级潮汐电站已开始勘查。表7.5我国长期发电运行的6座潮汐电站我国有6个长期运行的潮汐电站，总装机容量6MW左右，每年可发电1000多万千瓦时。站

名位

置潮差/m容量/MW开发方式投运时间/年江厦浙江温岭县乐清湾5.13.9单库双向1980幸福洋福建平潭县平潭岛4.51.28单库单向1989浏河江苏太仓县浏河口2.10.15单库双向1976海山浙江温岭县乐清湾4.90.15双库单向1975岳浦浙江象山县三门湾3.60.15单库单向1971沙山浙江温岭县乐清湾5.10.04单库单向1961洛阳古桥与潮汐福建泉州东郊的洛阳江上，有座跨江接海的梁架式古石桥，

洛阳桥，完全用大石头砌成，长834米、宽7米，“一望五里排琨瑶，行人不忧沧海潮”。洛阳桥与卢沟桥、赵州桥、广东广济桥并称中国古代四大名桥。洛阳桥建于北宋公元1053―1059年年间，原名“万安桥”，据史料记载，泉州太守蔡襄主持建桥时，有经验的工匠就是利用当地高达6米的大潮潮差，将几十吨重的大石梁架到桥墩上去。§7.6潮汐与潮汐电站工程实例中国最大的潮汐电站

浙江温岭乐清湾的江厦潮汐发电站。500kW首台机组1980

年发电，1985年年底5台机组投产，6号机于2005年开始建设，2007年9月发电。共安装1×500kW＋1×600kW＋4×700kW

＝3.9MW，世界排名第四。单库双向运行，双向贯流灯泡式机组，水库面积1.58km2，平均潮差5m，最大潮差8.4m，与钱塘江最大平均潮差相当，基本属于半日潮。设计年发电量为1000万度。图7.13浙江江厦潮汐电站世界上装机容量最大的潮汐电站韩国的始话（Sihwa）潮汐能发电站是目前世界上装机容量最大的潮汐电站。安装了10台灯泡式机组，总装机容量为254MW，发电能力要略高于位于法国兰斯的潮汐能发电站（240兆瓦），被誉为潮汐电站中的"三峡工程"。工程完工后，S