全球潮汐能发电技求进展及大型项目介绍
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  海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业,近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与开发海洋综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地相结合;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

  世界上从事海流能开发的主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等。70年代来,中国舟山的何世钩自发地进行海流能开发,仅用几千元钱建造了一个试验装置并得到了6.3kW的电力输出。80年代初,哈尔滨工程大学开始研究一种直叶片的新型海流透平,获得较高的效率并于1984年完成60W模型的实验室研究,之后开发出千瓦级装置在河流中进行试验。

  美国也于1985年在佛罗里达的墨西哥湾流中试验小型海流透平。2kW的装置被悬吊在研究船下50m处。加拿大也进行了类似于达里厄型垂直风机的海流透平试验,试验机组为5kW。但整个80年代较成功的海流项目也许是日本大学于1980至1982年在河流中进行的直径为3m的河流抽水试验,以及1988年在海底安装的直径为1.5m,装机容量3.5kW的达里厄海流机组,该装置连续运行了近1年的时间。

  潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国、前苏联、加拿大、中国和英国等,它是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。

  法国

  位于法国圣马洛附近朗斯河口的朗斯潮汐电站工程是当今最著名的潮汐装置。该电站最早的建议干1737年提出,1953年由法政府决定兴建,实际建设工作开始于1961年:月,第一台设备于1966年投入运行,发电站包括24台每台装机容量10Mw的可逆型机组,总计电站容量240MW。其水轮机可用来在水流流入或流出时发电、泵水和起闸门的作用。这种运行的灵活性使电站在1.5m的低水头下也能在退潮和涨潮时发电。由于增加了泵水能力,电站输出逐步增加,现在年总发电能力约力为6X108kWh。平均潮差约为8.5m,但最高大潮达13.5m。水库面积90000m2。

  灯泡式装置的性能非常好,其平均利用率稳定地增加到实际最大值的95%,每年因事故而停止运转的时间平均少于5天,灯泡式装置注水门和船闸的阴极保护系统在抵抗盐水腐蚀方面很有效。这个系统使用的是白金阳极,耗电仅为10kW。

  这个工程对环境的影响总体是好的。在拦河坝体上修筑的车道公路使圣马洛和狄纳尔德之间的路线缩短,在夏天每月的最大通车量达50万辆,这个工程本身对旅游者有巨大的吸引力,每年去那里游览的人达20万人。拦河坝有效地把这个河口变成人工控制的湖泊,大大改善了驾驶游艇、防汛和防浪的条件。

  苏联

  苏联于1968年在乌拉湾中的基斯拉雅湾建成了一座潮汐实验电站。

  这个钢筋混凝土的站房在摩尔曼斯克附近的一个干船坞中建好,里面装了一台400扛w的灯泡式水轮机。然后整个站房用拖船拖到站址,下沉到预先准备好的砂石基础上。用一些浮简来减少站房结构的吃水,并使其在拖运时保持稳定性。

  加拿大

  加拿大于1984年在安纳波利斯建成一座装机容量为2MW的单库单向落潮发电站。该电站的主要目的是验证大型贯流式水轮发电机组的实用性,为计划建造的芬地湾大型潮汐电站提供技术依据。

  安纳波利斯电站的单机容量为20Mw,是世界上最大的机组。采用了全贯流技术,可以比灯泡机组成本低15%。水轮机的人口直径为7.6m,额定水头5.5m,额定效率89.1%,多年运行的结果表明,机组完好率达97%以上。

  中国

  中国是世界上建造潮汐电站最多的国家,在50年代至7O年代先后建造了近50座潮汐电站,但据80年代初的统计,只有8个电站仍正常运行发电。江厦电站是中国最大的潮汐电站,目前已正常运行近20年,但未能达到原设计的发电水平。

  厦电站研建是国家“六五干重点科技攻关项目,总投资为1130万人民币,1974年开始研建,1980年首台500kW机组开始发电,至1985年完成6电站共安装500kW机组一台,600kW机组一台和700kW机组3台,总容量3.2MW。电站为单库双作用式,水库面积为1.58X106m2,设计年发电量为10.7X106kWh。1996年全年的净发电为5.02X106kWh,约为设计值的。半。其原因主要是机组运行的设计状态与实际状态有差别。同时,机组的保证率、运行控制方式等也都需要提高。但江厦电站总体说是成功的,为中国潮汐电站的建造提供了较全面的技术,同时,也为潮汐电站的运行、管理和多种经营等积累了丰富的经验。

  技术进展潮汐发电的关键技术包括潮汐发电机组、水工建筑、电站运行和海洋环境等。中国60年代和70年代初建的潮汐电站技术水平相对较低。法国的朗斯电站,加拿大安纳波利斯电站和中国的江厦电站属技术上较成熟的电站。

  潮汐电站中,水轮发电机组约占电站总造价的50%,且机组的制造与安装又是电站建设工期的主要控制因素。朗斯电站采用的灯泡贯流式机组属潮汐发电中的第一代机型,单机容量为10MW,加拿大安纳波利斯电站采用的全贯流式机组为第二代机型,单机容量20Mw。中国的江厦电站机组参照法国朗斯电站并结合江厦的具体条件设计,单机容量0.5一0.7MW,总体技术水平和朗斯电站相当。“八五”期间,在原国家科委重点攻关项目计划的支持下,中国也研究开发了全贯流机组,单机容量0.14MW,并在广东梅县禅兴寺低水头电站试运行。全贯流机组比灯泡贯流机组的造价可降低15%一20%。总的来说,潮汐发电机组的技术已成熟,朗斯电站机组正常运行已超过30年,江厦电站也已工作近20年。但这些机组的制造是基于60一70年代的技术。利用先进制造技术、材料技术和控制技术以及流体动力技术设计,对潮汐发电机组仍有很大的改进潜力,主要是在降低成本和提高效率方面。

  水工建筑在潮汐电站中约占造价的45%,也是降低造价的重要方面。传统的建造方法多采用重力结构的当地材料坝或钢筋混凝土,工程量大,造价贵。前苏联的基斯拉雅电站采用了预制浮运钢筋混凝土沉箱的结构,减少了工程量和造价。中国的一些潮汐电站也采用了这项技术,建造部分电站设施,如水闸等,起到同样效果。

  潮汐电站的运行是一项高智力的技术丙妙地利用外海水位和水库水位的相位差,可以有效提高电站出力。朗斯电站首先采用了一种称作泵卿的技术,使电站年净发电量约增加10%。泵卿技术就是在单库双作用电站中,增加双向泵水功能,它可以通过使发电机组具有发电或抽水双重功能来实现,也可以通过增加双向水泵来实现。其工作过程是在退潮发电刚刚结束之后,用泵把库面水位抽低1m左右,从而增加涨潮发电的水头。因为泵卿是在非常低的水头下进行的,而其后的发电是在高的水头下进行,所以提高水头增加的发电量远大于抽水的耗电,而产生很大的净能量收益。

  潮汐电站的海洋环境问题是一个很复杂的课题,主要包括两个方面。一是建造电站对环境产生的影响,如对水温、水流、盐度分层以及水浸到的海滨产生的影响等。这些变化又会影响到浮游生物及其他有机物的生长以及这一地区的鱼类生活等。对这些复杂的生态和自然关系的研究还有待深入。二是海洋环境对电站的影响,主要是泥沙冲淤问题。泥沙冲淤除了与当地水中的含沙量有关外,还与当地的地形及潮汐和波流等相关,作用关系复杂。例如,浙江的江厦、沙山、海山三个电站均在乐清湾内,尤其是江厦和沙山电站,仅飓尺之隔,湾中含沙量相同,但江厦不淤,而沙山电站前阶段有淤积问题。又如山东的白沙口电站库内淤积不大,而电站进出口渠道上出现淤积问题。其原因是与进、出口水道的位置安排不当直接有关。总之,潮汐电站的环境问题复杂,且需对具体电站进行具体分析。

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