潮汐能发电
电力科学术语
潮差大的海湾入口或河口筑堤构成水库,在坝内或坝侧安装水轮发电机组,利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发电机组发电。
释义
在潮差大的海湾入口或河口筑堤构成水库,在坝内或坝侧安装水轮发电机组,利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发电机组发电。
潮汐发电方式
有单库单向式、单库双向式、双库式、发电结合抽水蓄能式等。
单库单向式
只筑一水库,安装单向水轮发电机组,在落潮或涨潮时发电。因落潮发电可利用的水库容量和水位差比涨潮大,故一般采用落潮发电方式。在一个潮汐周期内,电站依充水、等候、发电和等候四个工况运行。①充水工况:停止发电,开启水库,海侧上涨的潮水经水闸和水轮机进入水库,至库内外水位齐平为止。②等候工况:关闭水闸,水轮机停止过水,水库水位保持不变。海侧水位因落潮逐渐下降,直至水库内外水位差达到机组起动水头。③发电工况:机组发电,水库水位逐渐下降至与海侧水位差小于机组发电所需的最低水头。④等候工况:机组停机,也不让过水。水库水位保持不变,海侧水位因涨潮逐渐上升,至水库两侧水位齐平,转入下一周期。
单库双向式
只筑一水库,安装涨落潮均可发电的机组,或在水工布置上满足双向发电。在一个潮汐周期内,电站依等候、涨潮发电、充水、等候、落潮发电和泄水六个工况运行。一般以落潮发电为主。
双库(高低库)式
建两个互相毗连的水库,双向水轮发电机组安装在两水库之间进行发电。其中一水库设有进水闸,在潮位较库内水位高时引水入库。另一水库设有泄水闸,在潮位比库内水位低时,泄水出库。这样,前者总是保持较高水位,称为高库;后者总是保持较低水位,称为低库。高、低库之间终日保持水位差,水轮发电机组可连续发电。
发电结合抽水蓄能式在电站水库水位与潮位接近,而且水头小时,用电网的电力抽水蓄能。涨潮时将海水抽入水库,落潮时将库内水往海中抽,以增加发电时的有效水头,增加发电量。
按正规半日周期潮计,单库单向式每昼夜发电2次,平均日发电9~11 h;单库双向式每昼夜发电4次,平均日发电14~16 h,发电时间和发电量均比单库单向式多,但由于要兼顾正反两向发电,发电平均效率比单库单向式低,而且机组结构较复杂。国内外研究认为,双库造价昂贵,单库落潮发电较好。但何种方式最佳,要根据当地潮型、潮差、地形条件、电力系统负荷要求、发电设备的组成、建筑材料和施工条件等技术经济指标进行选择。
潮汐电站工程和设施
潮汐电站工程主要由电站建筑物和机电设备组成。电站建筑物主要有堤坝、泄水闸和发电厂房等, 有通航要求的潮汐电站还应设置船闸。
堤坝用来将水库与外海隔开,形成落差。多用海上围堰法筑黏土心墙坝、堆石坝和土坝。因筑于海上,施工条件恶劣,近年国外使用预制混凝土浮运沉箱法筑坝建站。
泄水闸用来对水库泄水和充水。闸型一般采用平原地区挡潮闸常用的胸墙孔口平底堰闸。近年,中国发展了预制浮运闸。这种闸先预制好各种闸门构件,由船浮运到建闸地点,定点沉放安装而成。施工时不用围堰或在岸上开挖,施工方法简单,工程量少,投资少,在中国沿海大量使用。
发电厂房包括水轮发电机组、输配电设备、起重设备、中央控制室、下层水流通道和闸门等。
水轮发电机组
对机组的要求为:①应满足潮汐低水头大流量的水力特性。②机组一般在水下运行,对机组的防腐、防污、密封和发电机的防潮、绝缘、通风冷却、维护等要求高。③机组随潮汐涨落发电,开停机次数频繁。在电气方面,要选用适应频繁起动和停止的开关设备。④对双向发电机组,由于正反向旋转,相序也相应变换,在设计电气主接线时,需考虑安装倒向开关, 使电源接入系统或负荷时, 保证相序固定不变。
潮汐电站一般采用贯流式机组。机组的特点是:过流量大,比转速高,高效率区比较宽广,在相同容量下,转轮直径比竖轴有蜗壳的轴流式机组小, 机重相对减轻,可降低机组投资;机组为卧式,可布置于潮位变动部分的水下,降低了厂房的高度,减少了开挖量;水轮机进出水管采用顺直水流的流道, 代替蜗壳及弯形尾水管,使机组间距小,减少了厂房的长度。贯流式机组种类很多,主要有灯泡贯流式、全贯流式、竖井贯流式、明槽贯流式和轴伸贯流式。灯泡贯流式和全贯流式是新型机组。
灯泡贯流式这是20世纪60年代发展起来的新型机组。水轮机和发电机连成一轴(或中间通过行星齿轮增速器连接), 发电机安装于水密封的灯泡体内,整个装置卧置于厂房下的水流通道中, 水流通过流道时,推动水轮发电机组发电。它的主要特点是:水流通过的流道比较直,长度也较短,水能损失少,发电效率高;机组结构紧凑,外形较小,所需厂房规模也小,故工程量和投资均较少。缺点是:灯泡体耗钢量大,对增速要求高。发电机的散热冷却,靠强迫空气内部循环流动,通过灯泡体与外界海水接触来实现。法国朗斯潮汐电站和中国江厦潮汐试验电站都采用这种机组。朗斯电站机组可进行正、反向发电及正、反向供水和正、反向泵水六种工况运行。江厦电站机组可进行正、反向发电和正、反向泄水四种工况运行。
全贯流式也称叶缘贯流式。它是最先进、效率最高的机组。水轮机安装在顺直的流道上。主要特点是: 将发电机的转子用软连接方法安装于水轮机转轮的外缘上,定子固定在转轮外围的流道壁上。发电机的定子和转子需加以密封,以防止渗水。机组可安装于通道中的混凝土墩内,以替代通常所用的灯泡体结构。发电机的位置与水轮机的流道无关, 没有灯泡式机组中加长铁芯设计的困难。但水轮机密封困难,所以技术要求高。这类机组没有发电机轴、转子轮轴及一些常规部件,所以较经济,造价比灯泡式机组低,土建投资也少。
潮汐电站工作在海洋环境中, 金属材料在海水中腐蚀速度快、生物附着污损大。另外,泥沙淤积于库内或尾水区,影响机组运行。所以要解决防腐、防污和防淤、排淤问题。防腐一般采用防蚀涂料与外加电流阴极保护的方法; 防污多采用防污涂料为主并辅以电解海水的方法,也可采用防蚀涂料加人工清污等方法;防淤多设置沉沙池和筑海堤等;排淤则有集中水头冲刷(如设置冲沙闸或高低闸门冲沙)、用耙掀起库底泥沙在落潮时排出和挖淤等方法。
建潮汐电站的目的,主要是获得电力。但堤坝工程改变了自然条件和周围环境,可同时进行围垦种植、水产养殖、旅游交通等综合开发。
历史、现状和发展趋势
1912年德国在石勒苏益格—荷尔斯太因州的苏姆建成世界第一座潮汐电站。以后,潮汐资源丰富的国家,包括法、苏、英、美和加拿大等国,都进行了潮汐发电的开发。世界上已建成的较著名的潮汐电站有:法国的朗斯潮汐电站,装机容量240 MW,年设计发电量5.44亿kW·h,1967年投入运行,至今已正常运行了30多年(参见彩图插页第39页71图);苏联基斯拉雅潮汐试验电站,装机400 kW, 1968年投入运行;加拿大芬地湾安纳波利斯中间试验电站,装机20 MW,1984年投入运行。中国于20世纪70年代先后建成了一批小型潮汐电站。到1998年底,中国潮汐发电总装机容量为10650 kW,发电规模仅次于法国和加拿大。建成并投入运行的电站有浙江温岭县乐清湾江厦潮汐试验电站,装机3200kW,是中国最大的潮汐试验电站(参见彩图插页第40页72图)。此外,还有山东白沙口、浙江岳浦、江苏浏河、广东甘竹滩、浙江海山、浙江沙山、广西钦州果子山和福建幸福洋等7座潮汐电站和1座潮洪电站。
世界上计划建设的电站不少。如加拿大芬地湾装机4000 MW的科比阔特电站, 英国塞文河的4000 MW电站,韩国装机400 MW的加露林电站,印度卡奇湾电站,俄罗斯卢姆鲍夫电站等,都在进行规划和建设。据联合国《开发论坛》估计,到2000年世界潮汐发电量可达到300~600亿kW·h。只要能够解决海工建筑物的结构型式和施工方法问题,松软坝基的处理和防渗问题,建筑物抗台风问题,新型机组的研制问题,防腐、防污、防淤、排淤和综合利用问题,潮汐电站建设成本将会进一步降低,一批新型的大中型电站将会陆续建成。
参考资料
最新修订时间:2022-11-08 09:29
目录
概述
释义
潮汐发电方式
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