对潮汐发电的探究

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1、对潮汐发电的探究山西省晋中市山西省平遥中学10205班张飞指导教师：梁艳摘要：利用潮汐涨落形成的水位差，冲击水轮机，并带动发电机发电，缓解我国的能源 问题，有效地遏制环境恶化。关键词：潮汐发电、不可再生能源、能源耗散、连通器、潮汐。能源是人类社会活动的物质基础，没有物质基础的发展是不存在的。人类从利用柴薪能 源到煤炭能源、石油能源，现阶段，煤和石油更是成为人类的主要能源，到了20实际50 年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。能源种类能源数据石油煤炭天然气世界储量我国储量年消耗量 可开采年限（我国） （预测一保守） 可开采到（我国）约14000亿桶约300亿桶约35000亿吨约6000亿吨

2、3.0*10人9-3.2*10人9t1.5*10A10t15-20 年(2.5%-1996)2011-201654-81 年(1.4%-1996)2050-2077约180万亿立方米约40万亿立方米2.3*10人12皿328-58 年（5%-1996）2024-2054（不可再生能源数据统计）全球能源百年来消耗平均每年呈3指数增加。尽管许多工业化国家能源消耗基本趋于 稳定，但大多数发展中国家工业化进程加快，能耗不断增加，因此预计全球未来能源消耗态 势仍将以3的速度增长。中国既是人口大国，也是能源消费大国，据统计2006 年能源消 费增长超过8%，各种能源消费占世界能源消费总量的15%。近年来，

3、我国经济不断升温，能 源问题愈来愈成为制约我们更好更快发展的瓶颈。按目前的资源消耗速度，我国煤炭和石油储藏将在百年内耗尽，但这种不可再生资源 不可能在短时间内再次形成。与此同时，大量煤炭和石油产品在燃烧时排放出大量有害气体。 燃烧时不仅会产生有毒的二氧化硫，引起酸雨，损害生态平衡，而且还会产生碳粒，污染空 气，引致呼吸道疾病，最重要的是造成了温室效应。能源短缺和环境恶化已成为关系到人类 社会能否持续发展的大问题。或许有人会问，能量不是守恒吗？为什么还会出现能源短缺？这是因为能源一旦被使 用，在能量转化间，便一定会出现能量耗散。能量一旦释放，就不会再次自动聚集起来供人 类重新利用。比如电池中的化

4、学能转化为电能，电能有通过灯泡转化为内能和光能，热和光 被其他物质吸收后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。能源危机的深层含义，就是由能量耗散表明，在能量的利用过程中，即在能量的转化 过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于 利用的了。现在虽然提倡节约能源，但这只是缓兵之计，寻找清洁、高效的可再生能源才是 解决根本的方法。潮汐能（tidal energy）便是这样一种能源。潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动， 习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。是沿海地区的一 种自然

5、现象，古代称白天的河海涌水为“潮”，晚上的称为“汐”，合称为“潮汐”。而潮汐能则 是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理和水力发电相似。潮汐能是以势能形态出 现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。它包括潮汐和潮流两种运动方式 所包含的能量，潮水在涨落中蕴藏着巨大能量，这种能量是永恒的、无污染的能量。古人曾用“来疑沧海尽成空，万面鼓声中”来形容钱塘江大潮这一奇观。在这壮丽的 现象背后，隐藏着巨大的可以被开发的能量。在古代，我国和西方的沿海居民都有使用潮汐力碾磨谷物、切割木材的记载。想一想，古人尚且有此智慧，早早的利用潮汐能生产，当然，这种利用与庞大的潮汐 能相比，只能说是沧海

6、一粟。我们现在的科技足以利用更多、更广阔的利用潮汐能。现在我 们主要是用潮汐能发电。利用潮汐发电必须具备两个物理条件。第一，潮汐的幅度必须大，至少要有几米。 第二，海岸的地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。 潮汐能发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内， 以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋 转，带动发电机发动。简单地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝， 形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通 过水轮机时推动水轮发电机组发电。从能量的角度说，就是利用海水的势

7、能和动能，通过水 轮发电机转化为电能。曲水落潮水库我们可以用一个简图来说明一下。（注：A为下面有孔的塑料隔板，表示堤坝B 表示发电机）当涨潮时，如图甲，容器中内侧水面与外侧水面有一个高度差，内侧水面高于外侧， 所以外侧水所具有的势能大于内侧的的水所具有的势能。容器中A的内测和外侧构成了连 通器，更具连通器原理，A内、外两侧的水面总是要趋于持平，A的外侧水通过B和小孔 到达内侧。在这个过程中，水的势能转化为动能，水流经过B时水的动能转移到B的叶片 上，叶片带动线圈转动。根据电磁感应原理将线圈的动能转化为电能。当落潮时，如图乙，容器中外侧水面与内侧水面有一个高度差，外侧水面高于内侧， 其能量转化与

8、甲中基本相似。以上解释，阐明了潮汐发电的原理。其实，说到底，潮汐发电就是利用物理知识，将 能量相互转化与转移，实现潮汐能与电能之间的相互转化，供人们使用。但是在前面说过， 在能量的转移与转化之间，必定会有能量的损耗，那么如何才能最大限度地利用潮汐能，将 损耗降到最低？我认为应从以下几方面入手：首先，应考虑选址与修建问题，组建一支考察队，实地考察，对我国潮汐能分布及可 利用潮汐能选址问题做出详细、全面的考察与研究，并形成研究报告上报有关部门。在专业 人士考察的基础上对修建的材料、质量做出严格规定并严格管理。综合考虑各种限制因素与 有利因素，合理规划。其次，还应考虑修建技术问题。调动全国的力量，使

9、用多种高新技术。（一）喷雾机：在高温季节浇筑混凝土时，每仓配备23部摇摆式喷雾机。（二）仓面人员配套。施工人员应按照仓位情况进行合理配置，一般素混凝土仓、少 筋混凝土仓配备812人，多筋混凝土仓、水平钢筋网仓、过流面混凝土仓配备1116人。 仓面上配置专人分散集中的粗骨料。（三）仓面工具配套。每个浇筑仓至少配置2桶、 2瓢、 3锹用以仓面处理。为防止混 凝土浇筑过程中的骨料分离及骨料集中现象，每个浇筑仓至少配备2把专用耙。配备23 只真空吸水管，用以随时吸除仓面的混凝土泌水或集水。配备2台洒水器，用以收仓后对仓 面洒水养护。（四）其它器材设施配套。在混凝土开仓前，保证风、水、电通畅。采用平铺浇

10、筑法 施工时，浇筑仓应准备保温被待用，随着平仓振捣的进展，及时覆盖保温被，保温被之间应 有 10cm 的搭接长度，以确保保温效果。雨季施工时，仓面配有彩条布和钢筋等材料，搭设 活动防雨棚等。（五）仓面组织管理。为保证塔带机浇筑混凝土一条龙正常运行，需建立一个组织严 密、运行高效、信息反馈及时的仓面组织管理系统。a 综合协调系统：对混凝土一条龙施工提供技术、质量、安全、机电设备保障，确定拌 和楼、浇筑手段及开仓时间，协调浇筑过程中出现的各种矛盾，组织处理突发事情。b 浇筑系统（仓面指挥）：仓面指挥由浇筑队长担任，负责浇筑仓面的组织指挥，对仓 位的要料、下料、平仓振捣、温控、排水等负责，确保混凝土

11、浇筑质量。c 操作系统：由调度室负责组织、协调，确保各操作系统正常运行，拌制合格的混凝土， 并使混凝土准确、快速入仓。然后，在大坝上安装多个发电机，发电机间距应视具体情况而定，这样可以将水流之 间的相互干扰降到最低，以便最大限度利用能量，虽然现在意大利的那不勒斯大学航空设计 系设计的一种利用海流推动涡流产生电力的潮汐发电机（德文名为Kobold，英文名goblin一 译为小妖精），在世界上知名度很高，但我还是建议国家研发具有自主知识产权的潮汐能 转化设备，这样，既有利于针对不同情况做出合理调整，保证设备维护与更新，又有利于我 国科学技术的发展。我国的高水头潮汐发电设备（专利号85104286）

12、便是一个代表。最后，还要综合考虑设备的维护与维修，设备的更新问题等，当然还有各种限制因素。按照以上办法，一定可以提高潮汐能的转化率，潮汐能固然庞大，但其利用也受到许 多限制因素，比如：（一）、自然因素。在沿海地区，建造潮汐发电站的时候便要考虑自然灾害，像海啸、台 风等大的自然灾害，及时预报并做好防护措施。（二）、自身因素。注意设备的使用年限。在设计修建的时候，便要考虑到工程的质量， 设备的保养。我国早在 20 世纪 50 年代就已开始利用潮汐能，在这一方面是世界上起步较早的 国家。截止2002年底，我国正在运行的潮汐电站有八座，潮洪电站有一座，分布在 浙江、江苏、广东、广西、山东和福建等省、自

13、治区，总装机容量为10650KW。上海、浙江和福建等省、市是我国对外开放前沿地区，也是工农业发达和高速成长的地区， 每千万时电能提供的产值可超过不发达地区的 1 倍以上，对电力需求量亦不断增长， 恰恰在这一地区是我国常规能源资源短缺的地区。就其所属的华东地区大范围而言， 工农业产值约占全国 1/3 ，而常规能源资源占全国的比例：煤炭为 6.8%，陆上石油为 16%，水力为 3.6%。能源不足严重制约着该地区经济的发展。从长远看，浙、闽、沪 一带终将会利用本地先进技术和充沛的经济实力来开发潮汐能资源， 使其成为重要补 充能源。潮汐能发电站的形式有多种。（一） 单库单向式这种潮汐发电站仅建造 1

14、个水库调节进出水量，来满足发电要求。【位于 广东省顺德的甘竹滩潮汐发电站（装机容量5000KW）就采用这种单库单向式】（二）单库双向式单库双向式潮汐能发电站与单库单向式潮汐能发电站一样，也只有一个水 库，但不管是涨潮还是落潮均在发电。涨潮时外海水位要高于水库水位，落潮 时水库水位要高于外海水位，通过控制，在使内外水位差大于水轮发电机所需 要的最小水头时才能发电。若保证涨潮、落潮均能发电，一是采用双向水轮发 电机组，以适应涨潮、落潮时相反的水流方向；二是建造适于水流变向的流通 结构，如图所示便是其中的一种，【位于法国西北部英吉利海峡沿岸的朗斯潮 汐发电站如迄今为止世界上正在运行的装机容量最大的（

15、24 万千瓦）潮汐发电 站。以及我国最大的潮汐电站位于浙江省温岭县乐清湾的江夏潮汐电站（设计 年发电量为10.7*106KW h）,均采用单库双向式。】任何事物都得辩证地，看任何事物都有优点和缺点，任何事物也不可能尽善尽美，潮汐 发电也是如此。优点。1、潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。 潮水每日涨落，周而复始， 取之不尽，用之不竭。它完全可以发展成为沿 海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源2、它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影 响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。3、潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移

16、、淹 没农田等复杂问题。而且可 用拦海大坝，促 淤围垦大片海涂地，把水产 养殖、水利、海洋化工、交通运输结合起来，大 搞综合利用。这对于人多 地少、农田非常宝贵的沿海地区，更是个突出的优点。4、潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受 到破坏，也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。5、潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源 价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样， 存在一次投资大、发电成本低的特点。6、机组台数多，不用设置备用机组。缺点。1、潮差和水头在一日内经常变化，在无特殊调节措施时，出力有间歇 性，给用户带来

17、不便。但可按潮汐预报提前制定运行计划，与大电网并网 运行，以克服其间歇性。2、潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用 小时数也低。3、潮汐电站建在港湾海口，通常水深坝长，施工、地基处理及防淤等 问题较困难。故土建和机电 投资大，造价较高。4、潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，敌 水轮机体积大， 耗钢量多， 进出水建筑物结构复杂。 而且因浸泡在海水中， 海水、海生物对金属结构物和海工建筑物有腐蚀和沾污作用，放需作特殊 的防腐和防海生物粘附处理5、潮汐变化周期为太阴日(24h50min )，月循环约为14天多，每天 高潮落后约50min，故与按太 阳日给出

18、之日需电负荷图配合较差。潮汐发电虽然存在以上不足之处，但随着现代技术水平的不断提高，是可以得到 改善的。如采用双向或多水库发电、利用抽水蓄能、纳人电网调节等措施， 可以弥补第一个缺点；采用现代化浮运沉箱进行施工，可以节约土建投资； 应用不锈钢制作机组，选用乙烯树脂系列涂料，再采用阴极保护，可克服 海水的腐蚀及海生物的粘附。我国大陆海崖线长，岛屿众多，北起 鸭绿江口，南到北仑河口，长达18000多 公里，加上5000多个岛屿的海岸线14000多公里，海岸线共长32000多公里，因此 潮汐能资源是很丰富的。据不完全统计，全国潮汐能蕴藏量为1. 9亿千瓦，年发电量可达2750千瓦时，其中可供开发的约3850万千瓦，年发电量870亿千瓦时，大约 相当于40多个新安江水电站。目前我国潮汐电站总装机容量已有1万多千瓦。潮汐能应用前景广阔，相信它可以缓解我国的能源问题，有效地遏制 环境恶化。