更和谐的发电机：潮汐发电机

前言

地球上的海水或江水，受到太阳、月球的引力以及地球自转的影响，在每天早晚会各有一次水位的涨落，这种现象，早称之为潮，晚称之为汐。

这过程中蕴含的能量则称之为潮汐能，其取之不竭，用之不尽。如在海岸线架设特制发电机——“潮汐电机”，则可利用其发电，产生清洁电能。

与现有风电、光伏等主流新能源相比，潮汐发电具有独特的优点，特别适合在海岸线绵长的国家内发展。今天我们来详细说说吧。

1 潮汐能昼夜规律性明显

月球公转与地球自转方向相同，但地球自转速度快于月球公转，使涨潮被地球自转带着跑。

另一方面，因为月球对地球万有引力的作用，地球视作一固态整体，较背对月球一侧的海水更被拉近月球，因此背对月球一侧的海水形同“升高”了。

这造成两端的潮汐隆起与每天两次的涨潮。如下图所示。

▲潮汐与地球、月球自转的关系

为进一步展示潮汐能的昼夜特性，笔者特地访问了开放气象网站NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)，调取Florida州Dames Point Bridge处2017/10/23一天内的潮汐流速及流向数据，如下图所示。可以看到：

在时段2:00至5:00和时段12:00至17:00，潮汐流向均为240°左右，其余时段，潮汐流向均为80°左右；

在同一潮汐流向下，潮汐流速的变化趋势一致，例如，时段2:00至5:00和时段12:00至17:00内的流速变化趋势与幅度大体一致；

综上，可发现潮汐能的规律性和可预测性强于风能、光能。

因此，当潮汐发电场接入电力系统后，其可调度性将更强。

▲2017/10/23一天内的Dames Point Bridge处潮汐流速及流向（绿色曲线为流向，红色曲线为流速）

2 对环境更“和谐”的潮汐发电机

潮汐发电机利用潮汐驱动叶片，从而带动内部电机，将潮汐能转换为电能，根据其安装方式的不同，可大致分为固定式潮汐发电机和悬浮式潮汐发电机，如下图所示。前者底部固定在浅滩底部，后者则漂浮在浅水中。

▲固定式潮汐发电机

▲悬浮式潮汐发电机

潮汐电机与风力发电机均采用流体带动叶片，驱使电机发电，但前者以水力为驱动，后者以风力为驱动。水的密度约为空气密度的800倍，故理论上，在相同转速下，潮汐发电机的功率将高于风力发电机。此外，潮汐发电机在运行过程中，均处于水面以下，不会对周围产生噪声及景观破坏，具体体现在：

风力发电机组在运行过程中将产生大量噪声，而处于水中的潮汐发电机将不会产生噪声；

风力发电机组叶片高速旋转时可能危及飞过的鸟类，潮汐发电机叶片始终处于低速旋转，不会危及附近鱼类；

大量布置风力发电机将会对景观造成影响，而处于水中的潮汐发电机则不会对景观造成影响。

▲双叶轮潮汐发电机（其在涨潮发电时，机组深埋在水中，不产生噪声，对景观影响小）

▲大量风电机组将对景观造成影响，且产生较高噪声

3 潮汐电场发展现状

英国、韩国等海岸线绵长的国家已展开对潮汐能的积极开发，其中，苏格兰走在潮汐能开发的前列中。

2012年，苏格兰在Orkney岛建成含30台潮汐发电机的潮汐电场，运行结果表明，该电场可产生1MW电能，足够500户沿海居民用电；

2015年，苏格兰在其北部沿岸地区拟建立400MW容量的潮汐发电场，该电场可满足175,000户居民用电；

据统计，苏格兰北部的Pentland湾，蕴含约10GW的潮汐能，并且从大西洋流入Pentland湾的洋流经过约8英里的狭长海峡后，潮汐流速将变得十分迅速，在此投入潮汐发电场，将获得较高收益。

▲Pentland湾地图（狭长海峡将提高潮汐流速）

▲Pentland湾景色

此外，其余国家也建成许多大型潮汐发电场。韩国耗资56亿美元，在京畿道建成全球装机容量最大的潮汐发电场——Sihwa Lake潮汐发电场，总容量达254MW，该发电场在缓解沿海潮汐对陆地侵蚀的同时，也产生大量清洁能源。

▲Sihwa Lake潮汐发电场（平均运行潮水深度5.6m，在春季是达到最大深度7.8m）

法国在 Rance River建成大型潮汐发电场——Rance潮汐发电场，总装机容量达240MW，平均功率输出为57MW，容量系数约为24%，年均发电量500GWh，可满足全法国0.12%的电量需求，每度电约为0.12欧元(0.92元)。

▲Rance潮汐发电场

▲Rance潮汐发电场模型

4 中国发展潮汐电场的潜力

中国拥有近300万平方公里的海域与3.2万公里长的海岸线，名列世界第6位。海岸线分为大陆岸线与海岛岸线，其中大陆岸线为1.8万公里。其北部起始点为鸭绿江口，南方终点为北仑河口。

▲中国海岸线

由此可见，中国具有发展潮汐能的有利条件，早在上个世纪八十年代，中国就在浙江省温岭市建成江厦潮汐电站，总装机容量为3.2MW，电站建筑物有堤坝、水闸、发电厂房和升压站各一座。堤坝为粘土心墙堆石坝，在海中抛石、土而成。坝基为饱和海涂淤泥质粘土，层厚46m。堤坝全长670m,最大坝高15.1m。

▲江厦潮汐电站

中国沿海建有大量风电场，但风能资源丰富的沿海，常面临台风侵袭。潮汐发电机通过机械装置固定在浅滩底部，可有效抵御台风侵袭，同时不妨碍海岸景观，也不产生噪声，可能是中国台风多发地区，开发可再生能源，实现清洁低碳发展的有效途径。

想了解更多电力资讯吗？请关注微信公众号：《电力科学观察与写作》，微信ID：dlkxgcyxz