书城科普青少年应该知道的能源
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第13章 阴晴圆缺——潮汐能

1.引力之能——潮汐能

“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺”。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化现象,由于受月亮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。潮汐作为一种自然现象,为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便,但它可以带来巨大能量,形成潮汐能。

潮汐能就是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成为潮汐能。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。

潮汐在涨落的运动过程中,蕴藏着无比巨大的能量。涨潮时,海水奔腾而来,水位升高,产生能量很大的势能;潮落时,海水宣泄退去,水位降低海水巨大的势能瞬间转化为强烈的动能。

潮汐能因地而异,不同的地区常常有不同的潮汐系统。潮汐能都是从深海潮波获取能量,但它们具有各自独特的特征。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。也就是说,潮汐能的大小取决于与潮差的平方和水库的面积。和水利发电相比,潮汐能的能量密度低,相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13~15米,但一般来说,平均潮差在3米以上就有实际应用价值。

2.小试牛刀——潮汐能的发展利用

潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的再生能源。在海洋各种能源中,潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。

发展潮汐能可以间接使大气中的二氧化碳含量的增加速度减慢。潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库,以便于大量蓄积海水,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。只有出现大潮,能量集中时,并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方,从潮汐中提取能量才有可能实现。

潮汐发电与普通水力发电原理类似,通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存,然后,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。而差别在于: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;潮水的流动与河水的流动不同,它是不断变换方向的,潮汐发电有单池单向发电、单池双向发电和双池双向发电3种形式。据海洋学家计算,世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上,其能源也是一个天文数字。

到目前为止,潮汐能是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。全世界潮汐电站的总装机容量为265兆瓦。

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。

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、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,进入21世纪,将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。

我国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦,在我国沿海,特别是东南沿海有很多能量密度较高,平均潮差4~5米,最大潮差7~8米。其中浙江、福建两省蕴藏量最大,约占全国的80.9%。我国的江夏潮汐实验电站,建于浙江省乐清湾北侧的江夏港,装机容量3200千瓦,于1980年正式投入运行。

从总体上看,现今潮能开发利用的技术难题已基本解决,国内外都有许多成功的实例,技术更新也很快。