潮汐能

潮汐能是指从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。在涨潮或落潮过程中，由海水进出水库带动发电机发电。潮汐能是一种水能，它将潮汐的能量转换成电能及其它种有用形式的能源。第一座大型潮汐电站朗斯潮汐电站（英语：Rance Tidal Power Station）于1966年投入使用。虽然尚未得到广泛应用，潮汐能未来将有潜力发电。潮汐比风能和太阳能具有更强的预测性。在可再生能源的来源中，潮汐能历来都一直受限于高成本和（具有足够高的潮差和流速的）可行地点的局限性，因而进一步限制了其总体可行性。然而，许多新技术在设计（如：动态潮汐能, 潮汐潟湖）和涡轮机技术（如：新式轴流式轮机、双击式水轮机）上的开发和改进，表明潮汐能的总体可行性可以远高于之前的假设，同时经济和环境成本可以降到具有竞争力的水平。历史上，潮水（动力）工厂已在欧洲和北美的大西洋沿岸投入使用。其最早可追溯到中世纪，甚至古罗马时代。因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量为潮汐能。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。潮汐发电可分为三种发电的方法：潮汐流发电机（Tidal stream generator，TSGs）利用了流水的动能驱动涡轮机，一种类似于风力涡轮机利用流动空气的发电方式。和潮汐堰坝相比，由于其高成本但低生态影响，这个方法受到越来越多国家的欢迎。一些潮汐发电机可以内置在现有桥梁的结构上，基本上没有涉及美观和实用的问题。潮汐堰坝利用了势能在高低潮时的高度不同。堰坝本质上是横跨潮汐河口全宽的水坝，且受限于高昂的民用基础建设成本、全球短缺的可行地点以及环境问题。当使用潮汐堰坝发电，来自潮汐的势能通过专门的水坝战略布局被抓住。动态潮汐能（DTP）开发了潮汐流在势能和动能间的交互作用。该理论认为：从海岸一直延伸入大海建造（如：30～50公里长）大坝，无封闭区域。大坝的存在及规模引入了潮汐的相位差异，和当地的潮汐波长相比，大坝的大小不容忽视。这导致整个大坝的液压压头差异。大坝的水轮机被用来转换大量电能（每个大坝6000～15000兆瓦）。浅海沿海海域具有与海岸平行振荡的强大的潮汐波，如在英国、中国和韩国，因而大坝两侧水位会产生明显差异（至少2～3米）。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。世界上潮差的较大值约为13～15m，但一般说来，平均潮差在8m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的，不同的地区常常有不同的潮汐系统，他们都是从深海潮波获取能量，但具有各自独特的特征。潮汐能主要的利用方式是发电。潮汐发电是利用海湾或河口等地形，建筑水堤形成水库，以便大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象，由于受月球和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。潮汐发电与普通水力发电原理类似。在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存；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，带动发电机发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的。潮汐发电有以下三种形式：然而，前两种类型都不能在平潮（没有水位差）或停潮时水库中水放完的情况下发出电压比较平稳的电力。第三种方式不仅在涨落潮全过程中都可连续不断发电，还能使电力输出比较平稳。它特别适用于那些孤立海岛，使海岛可随时不间断地得到平稳的电力供应。它有上下两个蓄潮水库，并配有小型抽水蓄能电站。但有一定的电力损失。到目前为止，由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。海洋学家预估世界上潮汐能发电总量在1TW（10的12次方瓦特）以上。潮汐能普查计算的方法是，首先选定适于建潮汐电站的站址，再计算这些地点可开发的发电装机容量，叠加起来即为估算的总量。20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、中国的乐清湾，印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步，潮汐发电成本的不断降低使进入2l世纪后将不断会有大型现代潮汐电站的建成与使用。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。潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、取之不尽且用之不竭的再生能源。在各种海洋能源中，潮汐能的开发利用最为现实、简便。从总体上看，现今潮汐能开发利用的技术难题已基本解决，国际上都有许多成功的实例，技术更新也很快。潮汐发电利用的是潮差势能，世界上最高的潮差也才10多米，因此不可能像一般水力发电那样利用几十米、百余米的水源发电，潮汐发电的水轮机组必须适应“低水头、大流量”的特点，因此水轮做得较大。但水轮做大了，配套设施的造价也会相应增大。于是，如何解决这个问题，就成为反映其技术水平高低的一种标志。潮汐发电虽然并不神秘，但仍须尊重客观规律，才能获得成功，取得良好效益。否则，光凭主观愿望和热情，虽然一时可以建成许多潮汐电站，但最后往往会因为实用价值不大而被放弃。