月球“驅(qū)動(dòng)”的海洋能源

陳睿山 陳凱 宋雯

日月繞轉(zhuǎn)，朝夕之間，潮漲潮落，有兩種十分可觀的清潔能源就蘊(yùn)藏其中——潮汐能和潮流能。它們是怎樣產(chǎn)生的？有什么區(qū)別？我們又該如何應(yīng)用呢？

?地球在地月中心連線上受到的引潮力示意圖

月球、太陽等的引潮力引起地球表面海水周期性漲落，其中月球以近取勝占主導(dǎo)（關(guān)于引潮力，可見《知識(shí)就是力量》2023年4月刊）。這種漲落現(xiàn)象伴隨兩種運(yùn)動(dòng)，一種是漲潮和退潮引起的海水垂直升降運(yùn)動(dòng)，另一種是漲潮和退潮引起的海水水平運(yùn)動(dòng)，前者稱為潮汐，后者稱為潮流，所對(duì)應(yīng)的能量分別為潮汐能和潮流能。

潮汐能是以勢(shì)能形式出現(xiàn)的海洋能。引潮力的變化引起地球上海水的潮汐現(xiàn)象，會(huì)使海平面發(fā)生周期性升降，而這個(gè)過程中海水勢(shì)能的變化就會(huì)產(chǎn)生潮汐能。具體的過程為：漲潮時(shí)，洶涌而來的海水具有很大的動(dòng)能，而隨著水位的升高，海水的動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在落潮時(shí)，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

潮汐發(fā)電是利用海灣或河口等地形，建筑水堤形成水庫或潮汐堰壩，利用海水漲落所造成的水位差來推動(dòng)水輪機(jī)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來發(fā)電，原理與一般的水力發(fā)電一致。

?潮汐發(fā)電的原理

潮汐能的能量與潮量（海水量）和潮差（高度差）成正比。世界上較大的潮差值為13～15米，但一般來說，平均潮差在8米以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而且由于潮汐具有周期性，所以潮汐能比風(fēng)能和太陽能具有更強(qiáng)的預(yù)測(cè)性。

位于中國(guó)浙江溫嶺的江廈潮汐電站，目前的裝機(jī)容量為4.1兆瓦，年發(fā)電量約700萬千瓦時(shí)，是中國(guó)第一、世界第四的潮汐能電站。近年來，這里還發(fā)展了潮光互補(bǔ)型智能光伏電站的能源綜合利用，更好地提高了電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。

潮流能是海水在漲落潮周期運(yùn)動(dòng)中所攜帶的動(dòng)能。它和潮汐能一樣都具有較強(qiáng)的規(guī)律性，可進(jìn)行預(yù)測(cè)。

在淺海、海峽、海灣、河口等地理位置上，潮漲潮落會(huì)引起較大的潮流，即水流的速度更快，因此可直接利用潮流來推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，潮流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這種方法類似于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種機(jī)器也稱之為潮流發(fā)電機(jī)。

?潮流能發(fā)電示意圖

潮流發(fā)電機(jī)一般固定在海底，這樣可以有效避免臺(tái)風(fēng)的破壞，也可采用漂浮式結(jié)構(gòu)。這種發(fā)電方式無需建造大型水壩，對(duì)海洋環(huán)境影響小，也不占用寶貴的土地資源。潮流能與風(fēng)能、太陽能相比，能量密度較高，約為風(fēng)能的4倍、太陽能的30倍。

潮汐能與潮流能開發(fā)也面臨一些不利因素。例如，二者的能量大小隨漲落潮發(fā)生周期性變化，因而發(fā)電機(jī)輸出的電能不穩(wěn)定，需要經(jīng)過后續(xù)處理才能使用；部分發(fā)電裝置在海水中工作，環(huán)境較為嚴(yán)酷，對(duì)裝置的耐腐蝕、抗風(fēng)浪、防滲漏等性能有嚴(yán)格要求，且海上安裝需要較高的施工技術(shù)和相應(yīng)的海洋工程裝備，總體開發(fā)成本較高。但是在未來，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些難題都將逐步被攻克。

潮汐能與潮流能的開發(fā)不排放任何污染物，都是環(huán)境友好型綠色能源，它們將成為未來能源的重要補(bǔ)充，對(duì)解決海島及沿海地區(qū)能源供應(yīng)具有重要意義。

浙江溫嶺潮光互補(bǔ)型智能光伏電站

浙江舟山的潮流能裝置

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）