新能源发电技术 电子课件 7.1 潮汐能发电技术

7.1潮汐能蓄能发电技术任课老师：2018年06月目录Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能发电原理和发电技术7.1.3潮汐能蓄能发电站的核心——水轮发电机组7.1.4著名的潮汐能蓄能发电站7.1.5小结与展望目录Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能发电原理和发电技术7.1.3潮汐能蓄能发电站的核心——水轮发电机组7.1.4著名的潮汐能蓄能发电站7.1.5小结与展望在海边，海水存在规律的涨落现象：到了一定的时间，海水迅速上涨，过了一段时间以后，海水又自行退去，如此循环往复。海水的这种运动被称为潮汐现象。

7.1.1.1潮汐现象潮汐运动的主要成因：天体的引潮力高潮和低潮高潮：在海水涨落的一次周期中海面上升到最高位置时称为高潮低潮：在海水涨落的一次周期中海面下降到最低位置时称为低潮涨潮、平潮落潮、停潮从低潮到高潮的过程称为涨潮，从高潮到低潮的过程称为落潮海面到达高潮时暂停升降的过程称为平潮，海面降至低潮时暂停升降的过程称为停潮。潮差在海水涨落的一次周期中，高潮高与低潮高的潮位高度差称为潮差7.1.1.2潮汐的主要概念高潮低潮高潮高潮差落潮时间涨潮时间低潮高海底平面一张图总结潮汐种类正规半日潮正规全日潮不正规全日潮不正规半日潮7.1.1.3潮汐的分类正规半日潮在一个太阴日内有两次涨潮和两次落潮，且两次涨落的程度大致相等在一个太阴日内有两次涨潮和两次落潮，但两次涨落的程度相差很大的潮汐被称为不正规半日潮正规半日潮不正规半日潮正规半日潮与不正规半日潮正规全日潮不正规全日潮在一个月中，有连续一半以上的天数出现了一个太阴日内只有一次涨潮和一次落潮的情况，涨潮和落潮时间大约都是12时25分，这种潮汐现象被称为正规全日潮在一个月中，有不到一半的天数在一个太阴日内只有一次涨潮和一次落潮，其他天数为不正规半日潮，这种现象叫做不正规全日潮正规全日潮与不正规全日潮引潮力做功导致了海水的涨落和流动，因此而产生的势能和动能就是潮汐能。我国地处太平洋西岸，海域辽阔，海岸线迂回曲折，潮汐能资源的蕴藏量极为丰富。2012年，根据国家海洋局组织实施的我国近海海洋综合调查与评价专项的调查与研究，我国（不包括台湾地区）近海10米等深线以内潮汐能资源的总蕴藏量为1.9286×108kW，其中可开发的500kW以上的潮汐能发电站站址有171个，技术可开发量为22830MW。7.1.1.4我国的潮汐能资源温岭江厦潮汐试验电站总的来说：我国潮汐能资源十分丰富！目录Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能发电原理和发电技术7.1.3潮汐能蓄能发电站的核心——水轮发电机组7.1.4著名的潮汐能蓄能发电站7.1.5小结与展望1.利用潮汐的动能，由海水向前流动的能量来推动水轮机转动直接利用潮汐的动能比较困难，效率也较低一般不采用2.潮汐能蓄能发电，又称潮位发电潮汐能蓄能发电利用潮汐的势能，由海水涨落所形成的水位差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电。7.1.2.1潮汐能蓄能发电原理潮汐能发电是利用潮汐能的一种方法，一般可分为两种形式单库单向发电单库双向发电双库连接发电7.1.2.2潮汐能蓄能发电方式123单库单向发电方式只有一个水库，如图所示。这种方式采用单向水轮发电机组，只能在涨潮或落潮时发电。落潮发电流程如下：1.单库单向发电充水涨潮时，水闸开启，上涨的潮水进入水库，直至水库内外的水位一致为止。等待落潮时，水闸关闭，水库内的水位维持不变，水库外的潮位不断下降。当水库内外的水位差达到水轮发电机组的启动水头时，机组开启。发电水库内的水流外泄，机组发电，库内水位不断下降，直到水库内外的水位差小于机组运行要求的最小水头。单库单向发电的优缺点优点缺点这种方式只能在落潮时发电，对正规半日潮地区而言，一天内发电两次，停电两次，导致平均每天发电时间较短，约为9-11小时，发电量较少，一般发电效率仅为22%。单库单向发电方式采用单向水轮发电机组，结构简单，发电水头大，具有较高的机组效率，工程建筑物的结构也较为简单。多数小型潮汐能蓄能发电站采用单库单向发电方式。由于涨潮和落潮时的水流方向不同，单库单向方式只能在落潮时发电。为了在涨潮和落潮时都能发电，可采用单库双向方式。2.单库双向发电这种发电方式同样只有一个水库，而“双向”可通过两种方法实现。采用双向水轮发电机组来适应涨潮和落潮时不同的水流方向。采用单向水轮发电机组，但是在布置水工建筑物时，让流道在涨潮和落潮的两种情况下都能沿着同一方向流入和流出水轮机。单库双向发电的两种方式

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2无论使用何种方式，发电的运行过程都包括：等候、涨潮发电、充水、落潮发电和泄水。因为采用了双向发电，其平均发电水头小于单向发电，机组效率较低。单库双向发电方式在一天内发电四次，停电四次，平均每天发电时间约为14-16小时。相比于单库单向发电，单库双向的发电量增加了15%-20%，能够更充分地利用潮汐能。单库双向发电的优缺点缺点优点双库连接，是指在海湾的出口处建造两个相邻的水库，它们各自通过进水闸和出水闸与外海相连，其中一个水库只在外海潮位高时进水，称为高水库，另一个水库只在外海潮位低时出水，称为低水库，水轮发电机组建在高、低两个水库之间。3.双库连接发电在潮水涨落的整个周期中，通过控制进水闸和出水闸，让高水库保持较高的水位，低水库保持较低的水位，两者之间始终有一定的水位差，则海水从高水库向低水库流动时就能实现连续发电。发电原理发电方式工作原理优点缺点单库单向涨潮时向水库充水，落潮后利用水库内外的水位差驱动水轮发电机组设备结构简单，机组效率高发电量较少，潮汐能利用率低，发电不连续单库双向采用双向水轮发电机组，或利用特殊的流道布置使潮水在涨潮和落潮时从同一方向流经水轮机，从而使水流在涨潮和落潮时都能驱动水轮发电机组发电量较大，潮汐能利用率高机组结构复杂，效率低，发电不连续双库连接采用两个分别与外海相连的水库，通过控制水闸使它们始终保持一定的水位差，水流从高水库流向低水库时带动水轮发电机组能够实现连续发电发电量较低，工程建筑多总结7.1.2.3潮汐能蓄能发电量计算潮汐势能

装机容量

年发电量

目录Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能发电原理和发电技术7.1.3潮汐能蓄能发电站的核心——水轮发电机组7.1.4著名的潮汐能蓄能发电站7.1.5小结与展望潮汐能蓄能发电站7.1.3.1潮汐能蓄能发电站的组成发电厂水闸拦水堤坝作为外海与海湾水域之间的一道屏障，用以形成水库，并保证水库内外有一定的水位差，为潮汐发电提供条件水闸用于调节水库的进、出水量发电厂最为核心的设备就是水轮发电机组立轴式水轮发电机组横轴式水轮发电机组贯流式水轮发电机组7.1.3.2水轮发电机组的分类1.立轴式水轮发电机组结构特点把轴流式水轮机和发电机的轴竖向连接起来，垂直于水平面水轮机被置于较大的混凝土蜗壳内，发电机被置于厂房的上部。优势和劣势优势：这种形式的机组结构简单、运行可靠。劣势：进水管和尾水管有较多弯曲，水头损失很大，导致效率较低。运用场所一般小型的潮汐电站可采用立轴式水轮发电机组。2.横轴式水轮发电机组结构特点不同于立轴式机组，横轴式水轮发电机组将机组的轴横置，其他方面大体相同。优势和劣势优势：机组的进水管缩短，进水管和尾水管的弯度也较立轴式机组大大减少，因此水头损失较少。劣势：其尾水管很长，对厂房的长度有一定要求。运用场所厂房有一定规模的潮汐电站可采用立轴式水轮发电机组。贯流式半贯流式灯泡贯流式竖井贯流式轴伸贯流式全贯流式3.贯流式水轮发电机组灯泡贯流式水轮发电机组结构：发电机被安装在一个灯泡型的金属壳体内，与水轮机同轴连接特点：灯泡式机组的效率较高，并且结构紧凑，稳定性好竖井贯流式水轮发电机组结构：流道中设有竖井，发电机安装在竖井内，通过竖井中的传动机构与水轮机相连接特点：流道短，布置形式简单，但是竖井处于流道中，对水流流动造成了一定阻碍，因而机组效率较低轴伸贯流式水轮发电机组结构：发电机被安装在流道外的尾水管顶部，水轮机的主轴从尾水管穿出后与发电机相连接，尾水管一般为“S”形特点：结构简单，弯曲的尾水管内有水力损失，其效率较低半贯流式水轮发电机组1.流道平直，水流直贯水轮机的转轮2.水轮机和发电机之间没有传动轴，发电机的转子安装在流道外水轮机转轮叶片的外缘处1.发电机的尺寸不受限制，能够采用最佳的转子直径，因而发电机的转动惯量较大2.全贯流式机组效率高，其适用水头可达40m因为发电机转子的转动惯量很大，在承受潮流的推力和转子旋转时较难保持稳定，要求水轮机和转子轮缘间有良好的密封，因而全贯流式机组的制造要求很高优势构造缺点全贯流式水轮发电机组总结水轮发电机组优点缺点立轴式结构简单、运行可靠水头损失大，效率低横轴式水头损失较少长度长，需要较大的厂房面积贯流式半贯流式灯泡贯流式结构紧凑，稳定性好，效率高－竖井贯流式流道短，布置形式简单效率较低轴伸贯流式结构简单效率较低全贯流式效率高制造工艺要求高不同于一般的水力发电，潮汐能蓄能发电使用的工作介质是海水，其水轮发电机组的许多部件需要长时间浸泡在海水中，其余部件接触到的空气所含的盐分也很高，这会对金属材料产生极大的腐蚀作用，也会对机组中的电气元件产生不良影响。因此，潮汐电站的水轮发电机组必须采用防腐处理。7.1.3.3水轮发电机组的关键技术关键技术：防腐处理技术涂敷防腐涂料所有需要与海水接触的水轮发电机组的部件表面都应涂敷防腐蚀的涂料常见的有环氧沥青防腐涂料等选用耐腐蚀的制造材料对关键性的部件可在满足机械强度条件的情况下选用铬、钼、镍含量较高的不锈钢来制造，以提高其耐腐蚀性采用阴极保护在金属部件上安装辅助阳极，通过海水形成回路，使部件处于阴极状态，降低了被腐蚀的可能性阴极保护适用于不易涂覆防腐涂料或涂料容易脱落的部件上防腐处理的主要手段目录Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能发电原理和发电技术7.1.3潮汐能蓄能发电站的核心——水轮发电机组7.1.4著名的潮汐能蓄能发电站7.1.5小结与展望7.1.4.1潮汐电站的发展简史191219611966196719681984德国建成了全世界第一座小型潮汐电站——布苏姆电站1961年，法国朗斯电站正式开工建设朗斯电站全部24台单机容量为10MW的机组投入运行朗斯电站第一台机组正式发电前苏联在基斯拉雅湾建成潮汐电站并且有两台400kW机组投入运行加拿大安纳波利斯电站一台17.8MW的机组投入运行电站名称国家平均潮差（m）库容（km2）总装机容量（MW）首台投产时间（年）朗斯法国8.5172401966基斯拉雅前苏联3.920.81968江厦中国5.123.91980安纳波利斯加拿大5.1617.81984目前世界潮汐电站概览电站名称地址总装机容量（kW）投产时间（年）沙山浙江温岭401961岳浦浙江象山3001971海山浙江玉环1501975浏河江苏太仓1501976果子山广西钦州401977白沙口山东乳山9601978江厦浙江温岭39001980世界概览中国概览法国朗斯电站建于1966年，装机容量达到240MW，设计年发电量为544GW·h。电站位于法国西北部圣马洛海湾的朗斯河口以南约2.5km处，这里是世界上著名的大潮差地点之一，平均潮差为8.5m，最大潮差可达13.5m，潮汐能资源量十分可观。7.1.4.2法国朗斯潮汐电站几个之最全世界第一座具有经济价值的潮汐电站目前全球规模最大的已建成的潮汐能蓄能发电站目前全球规模最大的已投入运行的海洋能发电工程重要意义全世界第一座具有经济价值的潮汐电站标志着潮汐能发电开始进入实用阶段1973年，江厦电站在浙江温岭乐清湾开工建设。电站采用单库双向发电方式，安装有五台双向灯泡贯流式水轮发电机组，其中一、二号机组水轮机和发电机之间装有增速器；三、四、五号机组水轮机和发电机直接相连；六号机组是一台新型的双向卧轴灯泡贯流式机组。7.1.4.3浙江温岭江厦潮汐电站成就年发电量约为7.2GW·h，居于世界第三位我国第一座潮汐能双向发电站我国目前规模最大的潮汐电站重要意义除发电以外，还兼有围垦造田、海水养殖等多种功能