大海在太阳和月亮的引潮力作用下,时而潮高百丈,时而悄然退去,留下一片沙滩。海洋这样起伏运动,日以继夜,年复一年,是那样有规律,那样有节奏。海水的这种有规律的涨落现象就是潮汐。
潮汐发电就是利用潮汐能的一种重要方式。据初步估计,全世界潮汐能约有10亿多千瓦,每年可发电2万亿~3万亿千瓦时。我国的海岸线长度达18000千米,据1958年普查结果估计,至少有2800万千瓦潮汐电力资源,年发电量最低不下700亿千瓦时。
世界著名的大潮区是英吉利海峡,那里最高潮差为14.6米,大西洋沿岸的潮差也达4~7.4米。我国的杭州湾的“钱塘潮”的潮差达9米。
据估计,我国仅长江口北支就能建80万千瓦潮汐电站,年发电量为23亿千瓦时,接近新安江和富春江水电站的发电总量;钱塘江口可建500万千瓦潮汐电站,年发电量约180多亿千瓦时,约相当于10个新安江水电站的发电能力。
早在12世纪,人类就开始利用潮汐能。法国沿海布列塔尼省就建起了“潮磨”,利用潮汐能代替人力推磨。随着科学技术的进步,人们开始筑坝拦水,建起潮汐电站。
潮汐发电有三种形式:一种是单库单向发电。它是在海湾(或河口)筑起堤坝、厂房和水闸,将海湾(或河口)与外海隔开,涨潮时开启水闸,潮水充满水库,落潮时利用库内与库外的水位差,形成强有力的水龙头冲击水轮发电机组发电。这种方式只能在落潮时发电,所以叫单库单向发电。第二种是单库双向发电,它同样只建一个水库,采取巧妙的水工设计或采用双向水轮发电机组,使电站在涨、落潮时都能发电。但这两种发电方式在平潮时都不能发电。第三种是双库双向发电。它是在有利条件的海湾建起两个水库,涨潮和落潮的过程中,两库水位始终保持一定的落差,水轮发电机安装在两水库之间,可以连续不断地发电。
潮汐发电有许多优点。例如,潮水来去有规律,不受洪水或枯水的影响;以河口或海湾为天然水库,不会淹没大量土地;不污染环境;不消耗燃料等。但潮汐电站也有工程艰巨、造价高、海水对水下设备有腐蚀作用等缺点。但综合经济比较结果,潮汐发电成本低于火电。
1968年,法国建成装机容量为24万千瓦的朗斯潮汐电站,安装24台单机容量1万千瓦的双向可逆型灯泡式机组。
是目前世界上已投入运行的潮汐电站中最大的,年发电量5.44亿千瓦时,1966年底第一台机组发电,1968年初全部竣工。
其次就是加拿大1984年5月建成的安纳波利斯潮汐试验电站,安纳波利斯的2万千瓦全贯流式机组是目前世界上单机容量最大的潮汐发电机组,也是最大的全贯流式机组。这种机组的造价比法国灯泡式机组低15%,维修方便,可有效地冷却发电机组。
在加拿大新斯科舍省和美国缅因州之间的芬地湾,有巨大的潮汐能资源。该处蒙克顿港附近有世界最大的潮差,高约19米。自1910年以来,美、加两国多次考虑在此建潮汐电站,因投资太大、技术条件不成熟而一直没能动工。
1980年加拿大新斯科舍电力公司开始兴建试验潮汐电站,并于1984年5月建成发电。电站位于加拿大新斯科舍省安纳波利斯河芬地湾入海口外,该处最大潮差8.8米,平均潮差6.4米。电站造价约5500万美元,安装了一台2万千瓦新型全贯流式潮汐发电机组。这种全贯流式机组,发电机转子设在水轮机叶片的外缘,采用瑞士埃雪维斯公司取得专利的新型密封技术,效率较高。
我国的江厦潮汐试验电站装机容量3100千瓦,居第三位。我国解放后在沿海建过一些小型潮汐电站。例如,广东省顺德县大良潮汐电站(144千瓦)、福建厦门的华美太古潮汐电站(220千瓦)、浙江温岭的沙山潮汐电站(40千瓦)及象山高塘潮汐电站(450千瓦)。
1980年5月4日,位于浙江省温岭的江厦潮汐电站第一台机组并网发电,揭开了我国较大规模建设潮汐电站的序幕。该电站装有6台500千瓦水轮发电机组,总装机容量为3000千瓦,拦潮坝全长670米,水库有效库容270万立方米,是一座规模不小的现代潮汐电站。它不但为解决浙江的能源短缺作出应有的贡献,而且可以取得良好的经济效益。江厦潮汐电站的单位造价为每千瓦2500元,与小水电站的造价相当。
江厦潮汐电站最后两台机组的技术,达到了法国朗斯潮汐电站的水平,它的优点是涨潮时能发电,落潮时也能发电。既可以发电,又可以在需要时由电网输入电力,把发电机变成电动机,同时水轮机又起着水泵抽水的功能。在不需要发电和抽水时,还可以当作泄水管路用来排水。这种一机多用的潮汐发电机组,不仅使水工建筑物大大简化,而且可以提高电能质量,充分发挥机组的作用。这种机组的研制成功,为加快开发潮汐能创造了条件。
1979年~1983年我国对沿海潮汐能资源进行了第二次普查。我国潮汐能理论蕴藏量为1.1亿千瓦,年发电量为2750亿千瓦时;可开发的潮汐能装机容量为2157万千瓦,年发电量619亿千瓦时。可开发装机和发电量分别占理论蕴藏量的20%和22.5%。
我国潮汐能资源理论蕴藏量占世界各国的3.7%,而可开发潮汐能资源按年发电量计算占世界各国的34%~44%。尽管在潮汐能利用上,我国与世界各国一样,尚处在试验阶段,但我国潮汐能资源可开发程度很高,开发利用潮汐能大有可为。