潮汐能资源开发利用研究进展潮汐能资源开发利用研究进展Tidal resources development research use progress[摘要]人类为了生存和发展,必须从自然资源中索取资源以供自身利用.人类进入工业化时代后,人口不断增长,对自然资源索取的规模越来越大,自然资源正以惊人的速度逐渐耗竭.海洋占地球面积的3/4左右,蕴藏着丰富的无污染的可再生能源,其可开发部分估计远远超出地球能源总消耗量.其中,潮汐能蕴藏丰富,利用潜力巨大,开发潮汐能已成为解决能源危机的一个重要方面.本文从潮汐能的自生特点出发,阐述潮汐发电的开发研究现状,并对潮汐能的发展前景给出简要评价.[abstract] humanity in order to survive and development, must from natural resources from resources for their use. Humanity into after industrialized times, growing population of natural resources is more and more big, the scale for natural resources are with amazing speed depleted. Oceans 3/4 of the earth around the area, rich in pollution-free renewable energy, it can be estimated far beyond earth development part. The total consumption of energy utilization, tidal rich, has great potential for development tidal power has become one of the important solve the energy crisis. This article from the tidal power, expounds the characteristics of the birth of the tidal power to develop research status and development prospects of tidal power briefly evaluation are given.关键词：潮汐能；潮汐发电；潮汐电站Keywords:Tidal power；tidal power generation；Tidal power station 由于不合理的资源开发,恶化了人类的环境.因此发展清洁能源和可再生能源对可持续发展战略具有重大的意义.[1]潮汐能正是目前备受人们重视的清洁能源,对潮汐能的研究正如火如荼的进行.一、潮汐能的概述潮汐一种世界性的海平面周期性自然变化现象,由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落. 潮汐能是指海水在运动时所具有的动能和势能.[2]大量海水在涨潮的过程中,汹涌澎湃而来,具有很大动能,随着水位的逐步升高,巨大的动能就转化为势能；在落潮的过程中,海水奔腾而去,水位逐渐降低,势能又转化为动能.人们对潮汐能的利用也就是对势能与动能相互转化过程的利用.以下对潮汐能的各个方面分点做出简要概述：（一）潮汐能的优缺点潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的可再生能源.它不受气候条件的限制,可以经久不惜的利用,虽然潮汐有间歇期,但人们仍可以对潮汐做出准确的预报,掌握潮汐发电的规律性,有计划的纳入电网运行.最重要的还是它对环境的负面影响较小,甚至从另一侧面来说,还可以提高环境效益,如带动某一地区的旅游业发展.但也不可避免,潮汐能也有其缺点,正如上面已提到的,潮汐能有间歇性,这主要是源于潮汐的形成机理,潮差和水头在一天之内经常变动.而且,新建潮汐电站对坝址的要求较高,投资力度大,造价高,建设过程中要求较高的技术水平,如地基处理及防淤的技术.尽管有这些缺点,但随着现代科技的不断发展,这些问题都可以得到很好的解决.潮汐能依然是前景广阔,开发价值巨大的可再生能源.（二）潮汐能资源的分布世界上的潮汐能约有十亿多万千瓦.这些潮汐能主要集中在浅海和狭窄地带,像英吉利海峡就约有8000万千瓦,马六甲海峡5500万千瓦,黄海有5500万千瓦,芬迪湾2000万千瓦等.深海大洋的潮汐能都不大,太平洋、大西洋和印度洋总共只有潮汐能100万千瓦,平均每公里仅有3瓦.[3]在我国潮汐能的蕴藏也是十分丰富的.我国国土辽阔,不仅包括广袤的土地,还拥有大面积的海洋国土.我国大陆四海的总面积达470多万平方公里,大陆架广阔,资源丰富,开发前景巨大.中华人民共和国成立以来,我国对沿海的潮汐能进行了两次普查,理论蕴藏量为1.1亿KW.在我国沿海,特别是东南沿海有很多能量密度较高,平均潮差4～5m,最大潮差7～8m. 浙闽两省潮汐能最为丰富,理论蕴藏量占全国的81％,其中钱塘江潮汐蕴藏量据《1982年海洋技术年鉴》为每年590亿KWh.[4]（三）我国潮汐能资源的特点1、潮汐能蕴藏量非常丰富.据水电部1985 年普查, 我国东南沿海可开发的潮汐能源达2 100 万kW , 年发电量620 亿kW ·h, 其中92%分布于华东沿海, 可开发装机容量约2 000 万kW , 年发电量达580 亿kW ·h, 这与举世闻名的长江三峡水力能量(装机1 700 万kW ) 相比有过之而无不及.[5]2、中国潮汐能资源地理分布不均匀从沿海的潮差分布来看,东海为最大,黄海次之,渤海南部和南海最小.也可以说主要集中在华东沿海,尤其以福建、浙江最多.除了沿海潮汐能分布不均匀外,河口潮汐能的分布也不均匀.钱塘江口最为丰富,其次是长江口,珠江,晋江,闽江和瓯江等河口.我国潮汐能分布不均匀的这一特点也是我国潮汐电站坝址选择需考虑的一个重要因素.3、地形地质复杂我国沿海主要是平原型和港湾型两类,以杭州湾为界.杭州湾以北,海岸线平直,地形平坦,但是潮差小,沙和淤泥较多,缺乏优良的港湾坝址.杭州湾以南,港湾海岸较多,海岸线曲折,地势险峻,但海岸潮差较大,有优良的发电坝址.浙闽两省沿岸为淤泥质港湾,即使有丰富的潮汐能资源,开发也存在较大的困难,需解决水库的泥沙淤积问题.二、潮汐能的开发利用（一）潮汐能的利用历史1、我国潮汐能开发利用的演进我国对潮汐能的研究利用有着十分悠久的历史,可以追溯到距今约1000多年前,当时就有了潮汐磨.潮汐能还应用于桥梁的施工.据史料记载,宋朝修建的洛阳桥,长三百六十五七尺,宽一丈五尺,利用潮汐能两搬运石料.置巨石于木筏上,乘涨潮时,把木筏移动到施工安装地点,随着潮位下降,巨石完整无损的落在预定位置.[6]现当代,我国也一直重视潮汐能的开发研究.尤其是在二十世纪五十年代后,我国出现了兴办潮汐电站的高潮.那是新建的潮汐电站据不确切统计有42处,总装机容量约有500余千瓦.这些电站提供的电主要用于照明,还用于小型农业设施的运转.2、国外潮汐能开发利用的演进潮汐能对国外来说也是古老能源的一种.据记载,早在公元前1000多年,英国、法国、西班牙沿海就有了潮汐磨坊,这些磨坊一直沿用几个世纪.二十世纪五十年代,世界各国才开始重视潮汐能发电技术的开发.其中投入运行的最早的也是最大的潮汐电站是法国1968年建成的朗斯电站.而后,1984年加拿大在安那波利斯建成装机容量为1.78万千瓦的世界第二大潮汐电站.近20年来,美、英、印度、韩国、俄罗斯等也相继投入相当大的力量进行潮汐能开发.其中包括: 美国阿拉斯加的库克湾、加拿大芬地湾、英国赛文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地[7]潮汐电站的兴建出现了一股新的发展势头.（二）潮汐能发电的概述1、潮汐发电的原理潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似,它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电.差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点[8].具体地说,就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房,将海湾(或河口) 与外海隔开围成水库,并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组.海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波[9].对水闸适当地进行启闭调节,使水库内水位的变化滞后于海面的变化,水位与外海潮位就会形成一定的高度差(即工作水头),从而驱动水轮发电机组发电.2、潮汐发电的开发方式潮汐资源的蕴藏量巨大,但不可避免也有其缺点.潮汐是由于月球和太阳的引力作用于地球上而产生的.正因如此,它在一日或一月内呈现出不规律性,潮汐时间过程与太阳日以及人们的而活动时间不相适应,这样一来,给人们潮汐能的利用带来了难题.为了更好的利用潮汐能,人们根据潮水的流动方向提出单库单向型、单库双向型、单库双向型三种主要的开发方式[10]：（1）单库单向型：在涨潮时将蓄水库闸门打开,向水库充水,在平潮时关闸；落潮后,待续水库与外海有一定水位差是开闸,驱动水轮机组发电. （2）单库双向型：利用两套闸门控制两条向水轮机引水的管道.再涨潮和落潮时,海水分别从各自的引水管道进入水轮机,使水轮机旋转带动发动机. （3）单库双向型：利用两个水力相连的水库.涨潮时,向高蓄水库充水；落潮时,由低水库排水,利用两水库间的水位差,使水轮发电机组连续单项旋转发电.这种方式可以全天发电.（三）潮汐能的利用潮汐能的利用方式主要是发电.全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27 亿kW ,可供开发的约占2 % ,即约5 400万kW.[11]全球电力市场到2000年已达到8000亿美元并呈持续上升趋势,但是,仍有两亿人的用电得不到需求.[12]前苏联的伯恩斯坦也指出利用这种昼夜间断断续续、一个月内波动起伏的潮汐能发电可以获得能量.再有条件利用潮汐能的国家和地区,建设潮汐电站不失为解决能源危机的一种方案.[13]1、潮汐能的利用现状世界上潮汐能资源较丰富的国家几乎都在进行开发利用研究,尤以法国、英国、美国、加拿大等国开展较早.我国也是潮汐能丰富的国家,我国沿海多港湾、岛屿,大陆岸线长达6 13419 km ,岛屿岸线长11 67319 km ,沿岸分布着众多的潮汐电站库址.根据我国1978 年对156 个坝址的普查分析表明,技术上可开发的潮汐能蕴藏量为2 000 ×104 kW 和380 ×108 kW·h.根据1981 年的估算(坝址已增加到500个) ,潮汐潜能有1110 ×108 kW和2 700 ×108 kW·h[14] .我国先后建造了几十座潮汐电站, 总装机容量为6 000 kW, 发电量1 000 ×104 kW·h/ a.其中,江厦潮汐试验电站是以国家重点科技攻关成果转化建成的我国最大、最先进的潮汐电站,其装机容量位居国内第一、世界第三,规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安那波利斯潮汐电站.[15]除了江夏潮汐电站以外,我国目前正常运行或具备恢复运行条件的潮汐电站有：白沙口、岳浦、浏阳、海山、沙山、果子山、幸福洋和甘竹滩鸿潮电站等.当前世界上主要运行的大型潮汐电站主要有4个.1968 年,法国在朗斯河口建成朗斯潮汐电站,该站址潮差最大1314 m , 平均8 m.单库面积最高海平面时为22 km2 ,平均海平面时为12 km2 ,大坝高12 m ,宽25 m 总长750 m.这是第一个商业化电站,也世界上最大的潮汐发电站, 其发电量5144 ×108 kW·h/ a.继法国之后,前苏联在巴伦支海建成基斯洛潮汐电站,其设计总装机为800 kW.1984 年加拿大在芬地湾建成了取名为安那波利斯的潮汐发电站,装机容量5 ×104 kW(其中装有一台容量为2 ×104 kW 的单向全贯流水轮发电机组).[16]最后是中国的江夏潮汐电站,1980年投入运行,平均潮差可达7.1米,库区面积约2万平方公里,装机容量9.2MW.英国、韩国、印度、澳大利亚和阿根廷等国对规模数十万到数百万kW的潮汐电站建设方案作了不同深度的研究.当前世界上还有许多大型潮汐电站拟建计划.法国正在圣马诺湾兴建功率为1000万千瓦,相当于朗斯电站40倍的电站；英国能源部拟在赛文河口建造一座功率为720万千瓦的电站,韩国也计划建造世界上最大的潮汐电站……综上,潮汐能的开发利用正在如火如荼的进行.2、利用潮汐能遇到的难题潮汐发电的关键技术主要包括低水头、大流量、变工况水轮机组设计制造；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,特别是泥沙冲淤问题；电站的系统优化,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等.[17]在这些关键技术上,关键性的难题绝大数已解决,但仍然有许多难题羁绊着人们.比如说在我国潮汐电站的经济指标一直很昂贵,关键原因就在于我国在超低水头大容量水轮机组的开发上受阻.我国的潮差与世界上对潮汐能研究利用较多的国家相比较低些,这样就意味着电站水头低,机组转速慢,水轮机和发电机的重量,造价以及厂房尺寸投资大.所以,必须不断研究超低水头大容量水轮机组解决这一难题.对于世界上的其他国家,也面临各种各样的技术难题.再比如,由于目前的技术,多数大中型潮汐电站的厂房和水闸不能布置在岸边陆地,而须布置在海上,这样的话水下基础处理,主要是指深厚淤泥的处理,还有对水下鱼类和生物种群的影响就成了困扰人们难题,因为这一技术是决定潮汐电站能否建成的关键.为此,各国一直都在努力研究中,企图找到更好的解决方式.有关潮汐电站坝址也是人们担心的问题,这主要基于对环境影响的考虑.薄壁沉箱水房、水闸等浮运钢筋混凝土结构的制造和运沉放的研究开发也被世界各国列为科研专题,潮汐电站的综合经济效益和潮汐电站的环境影响也一直是困扰潮汐发电的障碍……总之,虽然在大方面上技术难题已克服,但还是有许多技术需要就一步开发改进,以便获得更大的效益.3、潮汐能利用的进展潮汐电站技术已在过去30年间向成熟阶段迈出了一大步,但为了更好的降低工程造价,提高潮汐发电效率,尽可能的减少对环境的负面影响,各国一直在需找有效的方法来利用潮汐能,寻求技术上的新进展,并已取的了一定的成就.如海山潮汐电站采用机械和水力结合排於获得初步成效；江夏潮汐电站的新型潮汐水轮发电机组采用了一系列新工艺、新技术,首次实现了潮汐发电机组正、反向发电,正、反向抽水和正、反向泄水完整的六工况运行,为我国潮汐发电提供了成功的经验.[18]并且对机组和水工建筑物采用了涂料保护、电解海水、外加电流阴极保护等措施,使防腐蚀,防生物附着成效显著;在加拿大芬迪湾电站研究中,找到了缩短建在工期和保证加速堰坝的方法……取得的进展很多,下面重点介绍两个重要的进展：（1）潮流发电技术经过这几年的努力研究,潮流发电技术是作为一种“年轻”的发电技术应运而生,这是近几年来取得的一项重大进展.相对于传统的水库式发电方式,它只起步于21世纪初,但发展迅速,在近几年内已逐步趋于成熟.潮流发电技术直接利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电,其中大部分设备“浸没”海底,此外,由于潮流发电机组的叶轮转速较低,因此对水文环境以及海洋水生物的影响不大,具有良好的生态友好性.[19]并且,它无需建设拦海堤坝,大大缩短了建设周期,降低了建设投资,经济效益也好.正因如此,这一技术收到了关注并取得了长足发展.但需要提出的是,目前这一技术这要是国外掌控.（2）潮汐栅栏和潮汐涡轮技术到目前为止,利用潮汐能的发电厂绝大多数都是在河流入海口修建巨大的障碍坝,但这无疑个环境带来不良影响.为此,科学家和工程师把注意力集中在近岸潮汐能的开发上.潮汐栅栏和潮汐涡轮技术是两项近岸潮汐能开发技术,这两种技术正目前形成了竞争的局面.潮汐栅栏是一种更为有效的封闭式拦河坝,被放置在小岛之间或小岛和大陆架之间,具有巨大的发电能力.[20]目前,菲律宾政府已与加拿大蓝色能源公司达成了协议,计划建世界上第一座商业性潮汐栅栏.潮汐涡轮看上去很像水下风力涡轮,它对环境的影响更小,而且更经济.据科学家的调查,世界上的许多海域都适合设置潮汐涡轮,并且潮汐涡轮的可预见性和可靠性很高,甚至可以和风能、太阳能媲美.影响更小.三、潮汐能的发展前景在全球能源危机的大背景之下,能源危机亟待解决.潮汐能作为一种清洁的可再生能源,其利用价值越来越引起世界范围的关注.在化石能源消耗殆尽、关切减缓温室效应、减少环境危害影响的驱动下,各国都总结潮汐电站运行的经验,论证其综合效应及采用新技术,实行鼓励新能源和绿色能源开发的政策以降低潮汐电站成本,掀起了新一轮开发潮汐电站的热潮.尤其我国,随着我国经济的不断发展,电力不足的问题已越来越严重.特别是东部沿海地区为我国的电力负荷中心所在,每年的电力消费约占全国的40 %.而这些地区煤、石油等常规能源资源比较贫乏,可再生能源蕴藏量大.因此,立足于本地区的可再生清洁能源的开发利用成为解决电力供应不足的重要途径.[21]并且新建潮汐电站,不存在因移民问题而带来的抵制,还能增加一些土地,提供经济机会.此外,一座大中型潮汐电站的建立,伴随着大电网通达和增进水陆交通的便利,带动经济发展和科学技术的传播.换句话说,不仅可以解决电力危机,而且还可以促进本地区工农业的发展,带来巨大的社会效益.由此可见,潮汐能前景广阔.综上,开发利用潮汐能是一种解决能源危机的有效方法,世界上可开发潮汐能的国家应该积极投入到潮汐能的研究利用当中,使潮汐能充分发挥出它的巨大潜力.尤其我国还应积极借鉴国外先进的技术,缓解我国的用电压力.参考文献：[1] 陶德言.知识经济浪潮[M ]. 北京: 中国城市出版社,1998.[2] 李禾.潮汐能—永动着的可再生能源[N]. 科技日报,2009（10）[3] 褚同金.海洋能资源开发利用.北京:化学工业出版社,2005[4] 刘成武黄利民.自然科学概论.北京:科学出版社, 2004[5] 郭成涛.建议研究开发我国东南沿海丰富的潮汐能源[D].华东师范大学河口海岸研究所,2002[6] 褚同金.海洋能资源开发利用.北京:化学工业出版社,2005[7] 杨依天.潮汐能发电势在必行[J] .中学地理, 2005[8] 戎晓洪.潮汐能发电的前景[J] .可再生能源,2002[9] 冯金泉.潮汐能的利用及前景[J] .电世界,1996[10]陈金松,王东辉,吕朝阳.潮汐发电及其应用前景.[D] 长沙:中南勘测设计研究院[11] 朱成章.关于我国潮汐能资源和潮汐电站建设情况[J][12] 王丰玉.浅析潮汐电站的发展前景[J] .移动电源与车辆,2002[13] 伯恩斯坦O E. 华东勘测设计院译. 潮汐电站.杭州:浙江大学出版社,1996[14] 范波芹,索丽生,周杰. 重视潮汐电站的开发与利用[J].水电能源科学,2001[15] 许建平,王传昆.国家海洋局第二海洋研究所[16] 谢秋菊,廖小青,卢冰,陈晓华.国内外潮汐能利用综述,2009[17] 余志.海洋能利用技术进展与展望[N]．太阳能学报,1999,特刊.[18] 俞剑锋.新型潮汐发电机组研制[J] 杭州江河机电装备工程有限公司，2008(4)[19] 张勇,崔蓓蓓, 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