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潮汐能 (Tidal Power)
潮汐能是指從海水面晝夜間的漲落中獲得的能量。在漲潮或落潮過程中,海水進出水庫帶動發電機發電。潮汐能是一種水能,它將潮汐的能量轉換成電能及其它種有用形式的能源。第一座大型潮汐電站(朗斯潮汐電站)於1966年投入使用。 雖然尚未得到廣泛應用,潮汐能未來將有潛力發電。 潮汐比風能和太陽能具有更強的預測性。在可再生能源的來源中,潮汐能歷來都一直受限於高成本和(具有足夠高的潮差和流速的)可行地點的局限性,因而進一步限制了其總體可行性。然而,許多新技術在設計(如:動態潮汐能, 潮汐潟湖)和渦輪機技術(如:新式軸流式輪機、雙擊式水輪機)上的開發和改進,表明潮汐能的總體可行性可以遠高於之前的假設,同時經濟和環境成本可以降到具有競爭力的水平。 歷史上,潮水(動力)工廠已在歐洲和北美的大西洋沿岸投入使用。其最早可追溯到中世紀,甚至羅馬時代。[ 因月球引力的變化引起潮汐現象,潮汐導致海水平面周期性地升降,因海水漲落及潮水流動所產生的能量為潮汐能。潮汐能是以勢能形態出現的海洋能,是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。 |
Tidal power, also called tidal energy, is a form of hydropower that converts the energy of tides into useful forms of power - mainly electricity.
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潮汐能 - 生成方法
潮汐能有三種生成方法: 潮汐流發電機 -- 潮汐流發電機(en:Tidal stream generator, TSGs)利用了流水的動能驅動渦輪機,一種類似於風力渦輪機利用流動空氣的發電方式。和潮汐堰壩相比,由於其低成本和低生態影響,這個方法受到越來越多的歡迎。 潮汐堰壩 -- 潮汐堰壩利用了勢能在高低潮時的高度不同(水頭)。堰壩本質上是橫跨潮汐河口全寬的水壩,且受限於高昂的民用基礎建設成本、全球短缺的可行地點以及環境問題。 動態潮汐能 -- 動態潮汐能(Dynamic Tidal Power, DTP)開發了潮汐流在勢能和動能間的交互作用。該理論認為:從海岸一直延伸入大海建造(如:30~50公里長)大壩,無封閉區域。大壩的存在及規模引入了潮汐的相位差異,和當地的潮汐波長相比,大壩的大小不容忽視。這導致整個大壩的液壓壓頭差異。 大壩的水輪機被用來轉換大量電能(每個大壩6000~15000兆瓦)。 淺海沿海海域具有與海岸平行振蕩的強大的潮汐波,如在英國、中國和韓國,因而大壩兩側水位會產生明顯差異(至少2~3米)。 應用及意義 在漲潮的過程中,洶湧而來的海水具有很大的動能,而隨著海水水位的升高,就把海水的巨大動能轉化為勢能;在落潮的過程中,海水奔騰而去,水位逐漸降低,勢能又轉化為動能。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比。世界上潮差的較大值約為13~15m,但一般說來,平均潮差在3m以上就有實際應用價值。潮汐能是因地而異的,不同的地區常常有不同的潮汐系統,他們都是從深海潮波獲取能量,但具有各自獨特的特徵。 潮汐能主要的利用方式是發電。潮汐發電是利用海灣或河口等地形,建築水堤形成水庫,以便大量蓄積海水,並在壩中或壩旁建造水利發電廠房,通過水輪發電機組進行發電。 潮汐是一種世界性的海平面周期性變化的現象,由於受月球和太陽這兩個萬有引力源的作用,海平面每晝夜有兩次漲落。 發電原理及發電形式 潮汐發電與普通水利發電原理類似。在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式保存;在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。差別在於海水與河水不同,蓄積的海水落差不大,但流量較大,並且呈間歇性,從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。潮水的流動與河水的流動不同,它是不斷變換方向的。潮汐發電有以下三種形式: (1)單池單向發電:先在海灣築堤設閘,漲潮時開閘引水入庫,落潮時便放水驅動水輪機組發電。這種類型的電站只能在落潮時發電,一天兩次,每次最多5小時。 (2)單池雙向發電:為在漲潮進水和落潮出水時都能發電,盡量做到在漲潮和落潮時都能發電,人們便使用了巧妙的迴路設施或設置雙向水輪機組,以提高潮汐的利用率。 (3)雙池雙向發電:配置高低兩個不同的水庫來進行雙向發電。 然而,前兩種類型都不能在平潮(沒有水位差)或停潮時水庫中水放完的情況下發出電壓比較平穩的電力。第三種方式不僅在漲落潮全過程中都可連續不斷發電,還能使電力輸出比較平穩。它特別適用於那些孤立海島,使海島可隨時不間斷地得到平穩的電力供應。它有上下兩個蓄潮水庫,並配有小型抽水蓄能電站。但有一定的電力損失。 |
應用現狀與應用前景
到目前為止,由於常規電站廉價電費的競爭,建成投產的商業用潮汐電站不多。然而,由於潮汐能蘊藏量的巨大和潮汐發電的許多優點,人們還是非常重視對潮汐發電的研究和試驗。 海洋學家預估世界上潮汐能發電總量在1TW(10的12次方瓦特)以上。潮汐能普查計算的方法是,首先選定適於建潮汐電站的站址,再計算這些地點可開發的發電裝機容量,疊加起來即為估算的總量。 20世紀初,歐、美一些國家開始研究潮汐發電。 第一座具有商業實用價值的潮汐電站是1967年建成的法國的郎斯潮汐電站(Rance Tidal Power Station)。該電站位於法國聖馬洛灣郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4m,平均潮差8m。一道750m長的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋,壩下設置船閘、泄水閘和發電機房。郎斯潮汐電站機房中安裝有24台雙向渦輪發電機,漲潮、落潮都能發電。總裝機容量240 MW,年發電量1.8 GW,輸入國家電網。 254 MW的韓國始華湖潮汐電廠是世界上最大的潮汐電力設施。在2011年施工完成。 1968年,前蘇聯在其北方摩爾曼斯克附近的基斯拉雅灣建成了一座800KW的試驗潮汐電站。 1980年,加拿大在芬地灣興建了一座20MW的中間試驗潮汐電站。那是為了興建更大的實用電站做論證和準備用的。 江廈潮汐電站(Jiangxia Tidal Power Station),位於中國杭州以南,自1985年以來一直運行,目前的裝機容量為3.2 MW。還有更多的潮汐發電計劃在鴨綠江口附近。 Uldolmok Tidal Power Station在韓國是一個潮汐電站潮汐發電項目,計劃到2013年將逐步擴大到90兆瓦的產能。 2009年5月的第一個1 MW已經被安裝了。 世界上適於建設潮汐電站的20幾處地方,都在研究、設計建設潮汐電站。其中包括:美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷聖約瑟灣、澳大利亞達爾文范迪門灣、中國的樂清灣,印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨著技術進步,潮汐發電成本的不斷降低使進入2l世紀後將不斷會有大型現代潮汐電站的建成與使用。 潮汐發電的主要研究與開發國家包括法國、前蘇聯、加拿大、中國和英國等。潮汐發電是海洋能中技術最成熟和利用規模最大的一種。 潮汐能的開發利用 潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污染、不受洪水或枯水影響、取之不盡且用之不竭的再生能源。在各種海洋能源中,潮汐能的開發利用最為現實、簡便。 總體上看,現今潮能開發利用的技術難題已基本解決,國際上都有許多成功的實例,技術更新也很快。 潮汐發電利用的是潮差勢能,世界上最高的潮差也才10多米,因此不可能像一般水力發電那樣利用幾十米、百餘米的水源發電,潮汐發電的水輪機組必須適應「低水頭、大流量」的特點,因此水輪做得較大。但水輪做大了,配套設施的造價也會相應增大。於是,如何解決這個問題,就成為反映其技術水平高低的一種標誌。 潮汐發電雖然並不神秘,但仍須尊重客觀規律,才能獲得成功,取得良好效益。否則,光憑主觀願望和熱情,雖然一時可以建成許多潮汐電站,但最後往往會因為實用價值不大而被放棄。 優缺點 優點 -- 數量和產生時間通常都極容易預計。 間接使大氣中的二氧化碳含量的增加速度減慢。 缺點 -- 產生的能量會因時間和地點而有所不同。 成本較高、技術複雜的缺陷。 庫區淤積、設備腐蝕等問題。 有些地區漲退潮不明顯,發電效率不大。 |
世界首個大型潮汐發電站即將在蘇格蘭伊斯雷島和吉拉島海域開建,建成後將可為一萬戶居民提供生活用電。
該潮汐項目預算為4000萬英鎊,發電量可達10兆瓦,超出該地區居民所需用電量兩倍以上。項目渦輪發電機將安裝在伊斯雷島海峽的海底,該海峽長約一公里,是蘇格蘭潮汐流強度和穩定性最大的區域,洋流時速高達11公里/小時。 蘇格蘭財務部長約翰斯溫尼(John Swinney)表示:“蘇格蘭擁有歐洲四分之一的潮汐能和十分之一的波浪資源,因此在生產清潔能源、創造綠色崗位以及提高低碳投資等方面具有無可比擬的優勢。這次開建的全球最大潮汐項目將成為潮汐能發展史上的里程碑。” |
潮汐發電
潮汐發電是水力發電的形式,利用潮汐水流的移動,或是潮汐海面的升降,自其中取得能量。雖然尚未被廣泛使用,潮汐發電對於未來的電力供應有很好的潛力。此外它比風能、太陽能都更容易預測,在歐洲利用潮汐推動磨坊已經有上千年的歷史,主要用於研磨穀物。 潮汐發電主要有兩種形式 潮流式系統 : -- 利用海水流動的動能,推動渦輪發電機,與風推動風車的方式類似。這是目前比較常用的方式,因為成本比較低廉,而且對生態環境的影響比較小。 堰壩式系統 : -- 利用海水潮汐高低差的位能。這種系統由於需要建造堰壩等的相應土木工程,所以成本較高。還有對環境影響的問題,這種系統在世界上可以看到的很少。 近代渦輪技術的進步,有助於潮汐發電系統大量安裝在海中,支持電力的供應。特別是潮流式發電機的設計。潮流式發電機可以安裝在水流匯集,速度高的區域,幾乎所有河川流入海灣或是匯流,水流集中的區域,都屬於這樣的地區。 潮汐發電站 水力發電站的一種,利用潮汐現象發電。在具備潮汐發電條件的海灣(或感潮河口)修建水庫,當海水(或江水)的水位上漲時水庫蓄水,當海水(或江水)的下落時,水庫水位與外海潮位之間形成一定潮差,堤壩出水口處的水輪發電機組受到海水(或江水)驅動而發電。潮汐發電站有三種形式:單庫單向電站、單庫雙向電站和雙庫雙向電站。 1913年,德國在北海海岸建立了世界上第一座潮汐發電站。 1957年,中國在山東建成了中國第一座潮汐發電站。 1967年,法國朗斯潮汐發電站(Rance tidal power plant)建成,這是世界上第一座具有經濟價值,而且也是目前世界上最大的潮汐發電站。 中國潮汐資源:據不完全統計,全國潮汐能蘊藏量為1.1億千瓦,其中可開發的約3850萬千瓦。 |
在北愛爾蘭,世界上最大的潮汐能渦輪發電機組終於架建成功。 SeaGen是這台機組的名字,原計劃是2007年8月完成的, 但是由於種種原因一直跳票。他將服役5年,從永不停息的海潮中獲取能源。
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