潮汐能發電技術與前景研究

李晨晨

摘 要：傳統的發電方式越來越跟不上日益增多的用電需求，全球環境惡化也逐年嚴重，所以我們急需一種新的發電形式，既可以滿足人們的需要又不會加重環境負擔。在這種情況下利用潮汐發電的技術應運而生，為這個難題提供了一個較好的解決方案。

關鍵詞：潮汐發電；技術；前景

海洋面積在地球上十分寬闊，其具有的能源十分龐大，潮汐能作為一種新型可再生資源，可以有效協調發電、環境及資源之間的關系。我國擁有比較長的海岸線，潮汐能十分豐富，我們要重視開發利用這種能源進行發電。

1 潮汐發電

1.1 發電原理

太陽和月亮對海洋的引力造成了海洋平面的潮起潮落現象，也就是所謂的潮汐。潮汐發電的原理就是利用海水在漲潮，退潮的過程中的巨大推動力進行發電。在漲潮時，海平面逐漸上升，海水由低處逐漸往高處上升，在海水中的水輪在大量海水的作用力下進行轉動，從而帶動與其相連的發電機發電；在海水退潮時，高處的海水逐漸降低，形成一種落差，利用大量海水產生的落差作用力推動水輪進行反方向的轉動，也可以帶動發電機進行發電。海水在升降過程中形成的正向推動力及方向落差力都會作用于水輪進行發電。

1.2 潮汐發電形式

利用潮汐能進行發電因為建設范圍和作用力的不同主要可分為三種形式。

第一種是單庫單向式。這種形式的發電站主要在海邊建設一個發電水庫，在面臨海水的一方設置一個閘門，當海水開始上升時，將閘門開啟，讓水逐漸進入水庫中，在海水上升到最高點時，將閘門關閉，從而將水庫中的海水困在發電站里，在海水下降時開啟閘門，讓水庫中的水與海平面形成一個落差，進而讓海水推動水輪進行發電。因為只有一個水庫進行單方向的放水發電，所以稱為單庫單向式潮汐發電站。這種發電站的優點是建設投入低，設施少，缺點是能量利用少，發電不連貫。

第二種是單庫雙向式。這種形式的發電站也是修建一個水庫，但是水輪設備有單獨的兩套。在海水上升進入水庫時，將水引入第一套設備，海水在經過第一套設備時推動水輪開始轉動發電，在海水升到最高點，即水庫內外的水平面基本持平時，關閉第一套設備，讓海水隨著潮落通過第二套設備流出水庫，利用流出的力量發電。因為在一個水庫中可以利用海水的流進及流出雙向發電，所以稱為單庫雙向式。它的優點是對潮汐能量的利用率比第一種高，缺點是設備比較復雜，建設投入也高。

第三種是雙庫單向式。它需要一高一低建設兩個相連的水庫，在海水不斷上升時開啟高的水庫閘門，讓海水進入，開啟兩個水庫之間的閘門，讓水通過低水庫流回大海，當水由高的水庫向低的水庫流動時會有一定的落差，水輪利用這種落差產生的力量轉動發電。這種水庫的優點是發電具有連續性，缺點是占地面積廣，建設投入多。

2 潮汐發電的主要問題

2.1 降低潮汐能發電站造價

在建設潮汐發電站中，水庫工程建設與水輪發電設備的造價大致相當。發電站中最重要的部分是水輪發電設備，它是發電站運行的核心。發電機組的研發制造技術隨著科學技術的不斷更新而逐漸提高，無論是在發電量及制造費用，材料方面都有所變革。如今廣泛應用的潮汐能發電設備的核心技術是在上世紀六七十年代研制出來的。如今隨著科技的不斷發展已經有了更為先進的技術，制造的其他相關技術水平也在不斷提高中，不但可以更高效得利用潮汐能力，而且投入資金也會減少。水庫是潮汐發電的必備設施，它的投入資金大概占總體建設的一半左右，這些資金主要是投入到建造材料當中，現有的建造材料以鋼筋混凝土為主，需要較長的建造時間及人力。建筑水平的不斷提高出現了一種新型的建筑構造工藝，相對于以前的方法更省時省力，還可以有效降低建筑投入資金，為潮汐水電站的大量建設有很大的作用。

2.2 防治泥沙淤積

選擇潮汐發電站的建設地時，不但要有足夠的建設占地面積還要保證有大量的海水流量，所以大多數建在面積廣闊的海灣或是大型河流的入海口處。這些地點的海水或河水因為流量較大會帶有大量泥沙，在進行潮汐發電時，海水攜帶的泥沙就會進入水庫，在流出時一部分會留在水庫底部。天長日久水庫的容量就會慢慢減少，從而導致蓄水量降低，發電能力下降。同時在泥沙混合海水流動時會給發電機組設備帶來一定的傷害，降低其使用壽命。如何掌握各類泥沙的運動規律是防治泥沙的研究方向，應該在建設及日常維護中運用有效手段進行防治。

2.3 水工結構物的防腐蝕和防海洋生物附著

潮汐水電站常年處于海水的包圍當中，海水中的成分對水電站設施的腐蝕性極強，尤其是一些由金屬物質構成的設備。另外海洋中的生物也會隨著海水進入發電站中，尤其是一些淺海當中的軟體動物，它們有很強的附著能力，可以吸附在水電站的任何物體上面。隨海水進入后一部分生物不會隨海水回到大海當中，所以就留在了水庫里，日積月累之下會使水庫的蓄水量減小，影響發電。很多海洋生物的分泌物還會對建筑有腐蝕作用，從而加速附著設備老化。潮汐水電站的建設中要針對這些問題予以考慮，采用各種手段進行設備防腐蝕處理，提高設備壽命。根據不同建設地的地理特點及生物特色，因地制宜考慮防范海洋生物的措施，從而提高潮汐水電站的發電能力。

2.4 解決電力的補償問題

在潮汐發電站運行時，當潮位漲到頂峰或落到低谷時，潮位與水庫內的水位差大，電站的發電出力就大。當潮位接近于庫內水位時，電站便停止發電，造成間斷性的發電。因此應該采用一定的方法有效解決電力的補償問題。

3 潮汐能發電技術前景

3.1 國際發展前景

海洋在全球的覆蓋面積極大，與陸地相接的許多地方都可以建設潮汐發電站。目前在歐洲就已勘測出多達一百多處適合建立的地點。雖然目前建設的投入較多，但是隨著科學技術的不斷進步，建設的手段將得到不斷提高，無論從建設材料還是發電設備方面，其造價會逐漸減少，其效益會越來越高。

潮汐發電站的建設還可以有效改善生態環境，節約能源。潮汐不像其他的石油及煤炭發電站大量消耗資源，排出的空氣還會污染環境，它是一種可再生的清潔型能源，基本對環境沒有危害。潮汐發電站主要建設在空曠的海邊，這樣它在風暴來臨之時對其具有一定的削弱作用，有效保護生存環境。有潮汐發電站存在的水域海面會比以前平靜，泥沙更易沉淀，水質更易生物生存，有利于發展養殖業。另外它還能改變潮流及潮波狀態，提高層化作用，同時使結冰條件發生變化，減少光射深度，改變生物洄游路徑、地下水動態、農田排水條件和臨近地區的氣候。

3.2 國內發展前景

我國幅員遼闊海岸線長，有長達18000km的大陸海岸線和6500多個海島海岸線，岸線長度超過32000km。我國沿海地區海岸分兩種，一種是平原型海岸，主要由厚而松散的粉砂或淤泥組成，潮差較小，適合潮汐發電的壩址較少，此類海岸一般分布在杭州灣以北。另一種是基巖港灣型海岸，水深潮大，海岸坡度陡，岸線曲折，有適合潮汐發電的壩址，一般分布在杭州灣以南。近幾年經濟發展迅速，但環境污染加重，在保證電力供應的同時，急需開發新能源發電，降低非再生資源的消耗。潮汐能作為一種可再生資源，蘊藏量大，運行成本低，對環境影響小，對其開發利用不會給人類帶來污染和災難。在有條件利用潮汐能的沿海地區，建設潮汐電站不失為緩解能源危機和減少環境污染的一種有效方案。

4 結束語

潮汐能作為海洋能量的一種，利用其進行發電的技術是人們開發海洋能量的重要方向。不但能夠彌補使用電量的不足，還有利于改善人類環境，由此可見其發展前景十分廣闊。

參考文獻

[1]石洪源，郭佩芳.我國潮汐能開發利用前景展望[J].海岸工程，2012.

[2]賈懷東.潮汐發電[J].資源與人居環境，2011.