潮汐发电就是利用潮汐能的一种重要方式,它主要利用每天潮流涨落的位能差产生电力。当涨潮时海水自外流入,推动水轮机产生动力发电,退潮时海水退回大海,再一次推动水轮机发电。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。
第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口,电站规模宏大,大坝全长750米,坝顶是公路,平均潮差8.5米,最大潮差13.5米,每年发电量为5.44亿千瓦时。
(2)波浪能源
“无风三尺浪”是奔腾不息的大海的真实写照。海浪蕴藏的总能量是大得惊人的。据估计,地球上海浪中蕴藏着的能量相当于90万亿千瓦时的电能。因此波浪发电也是海洋能利用的很有潜力的方式,但同时波浪能也是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。
波浪能发电是指波浪起伏造成水的运动,此运动驱使工作流体流经原动机来发电。随着波浪能相关技术瓶颈的突破,原来在深海域发电可逐渐转移到浅海域,其他相关技术与波浪发电的结合也越来越多。
除了波浪能以外的温差能、盐差能和海流能等也是重要的海洋发电途径,但包括波浪能在内,其发电技术仍处于研究试验阶段。相信在不久的将来,海洋将逐渐成为人类可利用的宝库。
十、地热能
地球的内部是什么?是熔岩,是滚滚翻腾的能量!地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在。地热能集中分布在构造板块边缘一带,该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度,那么地热能便是可再生的。地热能在世界上很多地区应用相当广泛。不过,地热能的分布相对来说比较分散。
人类很早以前就开始利用地热能,有地热能的地方总是会聚集一些居民,他们利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、进行水产养殖及烘干谷物等。然而人类真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的开发利用有多种方式,包括地热发电、地热供暖、地热务农、地热医疗等。
对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下:200~400℃,直接发电及综合利用;150~2000℃,双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工;100~150℃,双循环发电、供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类、制作罐头食品;50~100℃,供暖、温室、家庭用热水、工业干燥;20~50℃,沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工。
(1)地热热泵
地热能可以被人类利用来驱除寒意,维持温暖。现在直接利用地热供暖的热源温度大部分都在40℃以上,而未来的地热热泵对地热利用的温度范围更宽,温度为20℃或低于20℃的热源液也可以被当做一种热源来使用。热泵的工作原理与家用电冰箱相同,只不过电冰箱实际上是单向输热泵,而地热热泵则可双向输热。冬季,它从地球提取热量,然后提供给住宅或大楼,起到供暖作用;夏季,它从住宅或大楼提取热量,然后又给地球蓄存起来,起到制冷作用。而且在地热热泵的两种循环中,水被加热并储存起来,发挥了一个独立热水加热器的全部或部分的功能。在美国,地热热泵系统每年以20%的良好增长势头继续发展,预计在不久的将来,地热热泵会在全球范围普及开来。
(2)地热发电
地热发电是地热利用最重要的方式,也是将来人类使用地热能的主要形式。地热发电不像火力发电那样要装备庞大的锅炉,也不需要消耗燃料,它所用的能源就是地热能。地热发电的过程就是把地下热能通过“载热体”带到地面上来,转变为机械能,然后再把机械能转变为电能的过程,载热体一般选择水流和蒸汽。
美国是地热发电最主要的市场。德国、法国、土耳其、印尼等市场也体现出对地热开发的兴趣。世界市场在2008年就显示出对地热开发的浓厚兴趣。2008年,世界银行推出了“地热能源发展计划”,致力于推动欧洲及中亚地区地热能的发展,包括保加利亚、捷克共和国、波兰、罗马尼亚、斯洛伐克、乌克兰、亚美尼亚、格鲁吉亚、俄罗斯、塔吉克斯坦和土耳其。该计划主要通过技术支持、资金协助及风险担保等方式帮助这些国家推动地热能产业的发展。
十一、水能
水能是一种可再生能源,是清洁能源,是绿色能源,它是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。水能的开发利用主要通过水力发电,即运用水的势能和动能转换成电能来发电,其优点是成本低,可连续再生,无污染。
早在2000多年前,在埃及、中国和印度已出现水车、水磨和水碓等,利用水能进行农业生产。18世纪30年代开始有新型水力站。随着工业发展,18世纪末,这种水力站发展成为大型工业的动力,用于面粉厂、棉纺厂和矿石开采。但从水力站发展到水电站,是在19世纪末远距离输电技术发明后才蓬勃兴起的。
(1)水力发电
水电具有资源可再生、发电成本低、生态上较清洁等优越性,成为世界各国大力利用水力资源的依据。水电是为世界发电行业贡献最大的可再生能源。自1990年以来,全球水力发电市场一直处于平稳的增长中。亚洲地区,尤其是在中国,水力发电所占比例最大,全国总发电量大约有1/3来自水力发电。
从技术上说,水力发电市场已经是一个成熟的市场。未来发展趋势为:首先,抽水蓄能系统需求会不断增加,尤其是在欧洲。需要采用这种技术来弥补风能和太阳能能源供应的不稳定性。小型水力发电站数量会增加,西欧国家小型发电站会重新投入使用。这些国家大多数大型水力发电站都已经在运营中了。其次,中型及大型水力发电站水坝高度会增加,以承载更大规模的水力发电容量。最后,水力发电机创新性概念会得到应用,水力发电技术与其他低碳技术相互结合。大型多用途项目将得到开展,尤其是在发展中国家及新兴国家,如苏丹的麦罗维地区。
(2)田纳西河水电
田纳西流域的水电建设是一个成功范例。田纳西河位于美国东南部,在20世纪二三十年代,该地区经济落后,工业基础薄弱,由于森林被破坏,水土流失严重,洪水泛滥成灾;加之交通闭塞、水运不通,环境恶化、疾病流行、文化落后,一度成了美国最贫困的地区之一。在第二次世界大战期间,美国国会立法,成立田纳西流域管理局,开始了规模宏大的田纳西流域治理工程。从在田纳西流域建设水电设施开始,经过40多年的规划和建设,田纳西流域的自然资源得到了综合和合理的开发,区域经济得以振兴。到1977年,全流域平均国民收入比1933年增加了34倍。可以说,正是从水电工程建设开始,改变了田纳西人的生活,把一个贫穷的田纳西建设成了以工业为主、全面发展的现代化的田纳西。
(3)抽水储能电站
高山水库
抽水蓄能电站是利用晚上电力负荷低谷时的电能,抽水至山顶上的上水库,在白天电力负荷高峰时,再放水至下水库发电的水电站。它又称蓄能式水电站。蓄能式水电站可以将电网负荷低时的多余电能转变为电网高负荷时的高价值电能,还适于调频、调相,稳定电力系统的周波和电压。
有些高山水库风景优美,兼作旅游景点,犹如美丽的高山花环,镶嵌在群山之中。台湾日月潭就是旅游、发电兼备的代表。抽水蓄能电站根据上水库有无天然径流汇入,可分为纯抽水蓄能电站和混合抽水蓄能电站。此外,还有将这一条河的水抽至上水库,然后放水至另一条河发电的调水式抽水蓄能电站。
世界上第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站。世界上装机容量最大的抽水蓄能电站是美国巴斯康蒂抽水蓄能电站,该电站装机210万千瓦,于1985年投产。中国台湾省日月潭抽水蓄能电站装机100万千瓦,曾是亚洲最大的抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站第一期工程装机120万千瓦。
我国抽水蓄能电站后来居上
世界上第一座抽水蓄能电站至今已有125年的历史。抽水蓄能电站的迅速发展是20世纪60年代以后,也就是说从第一座抽水蓄能电站建成到迅速发展,中间相隔近80年。中国抽水蓄能电站建设起步较晚,60年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发,1968年和1973年,先后在华北地区建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站。在近40年中,前20多年蓄能电站的发展几乎处于停顿状态,90年代初有了新的发展。至2005年底,全国已建抽水蓄能电站总装机容量跃进到世界第5位,年均增长率高于世界平均水平,遍布全国14个省、直辖市。
近十几年来,中国抽水蓄能电站发展取得很大成绩。2004年底,全国已建成投产的抽水蓄能电站10座。其中包括1968年建成的河北岗南常规抽水蓄能电站,1992年建成的河北潘家口混合抽水蓄能电站,1997年建成的北京十三陵抽水蓄能电站;广东电网分别于1994年和2000年建成广州抽水蓄能电站一期、二期工程;华东电网于1998年建成浙江溪口抽水蓄能电站,2000年建成天荒坪抽水蓄能电站和安徽响洪甸抽水蓄能电站,2002年建成江苏沙河抽水蓄能电站;拉萨电网于1997年建成羊卓雍湖抽水蓄能电站;华中电网建成湖北天堂抽水蓄能电站。
我国抽水蓄能电站两个“之最”
最在的抽水蓄能电站——广州抽水蓄能电站
广州抽水蓄能电站是中国最大的抽水蓄能电站,该电站装机2400兆瓦,在华南电力调节系统中发挥重要作用,使核电实现不调峰稳定运行。广州蓄能电站的调峰填谷作用使香港中华电力公司无需多开两台66万千瓦煤机,而且在负荷低谷期可以更多地接受核电。大亚湾两台900兆瓦核电机组于1994年投入运行,分别向广电和中电两个电网供电。由于两个电网都有抽水蓄能容量供调度使用,为核电创造良好的运行环境。目前,该电站扩建成旅游休闲胜地,吸引了不少游客。
落差最大的抽水蓄能电站——天荒坪抽水蓄能电站
天荒坪抽水蓄能电站位于天目山东缘,上下水库落差607米,是目前世界上落差水位最高的电站,也是世界第二、亚洲第二大抽水储能电站。该电站装机容量达1800兆瓦,运行综合效率最高达80.5%,超过一般抽水蓄能电站。该电站自1998年投产至2003年6月底,已为电网应急调频或事故备用23次。它被电网指定为系统瓦解时恢复电网的启动电源。同时,蓄能电站成为系统调试的重要工具,对保证华东电网的安全稳定、经济运行发挥着不可替代的作用。
综上所述,已建抽水蓄能电站,不管是大型还是中型,在实际运行中都发挥了调峰、填谷、调相、调频、事故备用和替代燃煤机组的作用,均取得了良好的信誉和经济效益。