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潮汐能是指從海水面早晚的漲落中獲得的能量。在漲潮或落潮過程中,由海水進出水庫帶動發電機發電。
潮汐能是一種水能,它將潮汐的能量轉換成電能及其它種有用形式的能源。第一座大型潮汐電站朗斯潮汐電站於1966年投入使用。
雖然尚未得到廣泛應用,潮汐能未來將有潛力發電。潮汐比風能和太陽能具有更強的預測性。在可再生能源的來源中,潮汐能歷來都一直受限於高成本和(具有足夠高的潮差和流速的)可行地點的局限性,因而進一步限制了其總體可行性。然而,許多新技術在設計(如:動態潮汐能, 潮汐潟湖)和渦輪機技術(如:新式軸流式輪機、雙擊式水輪機)上的開發和改進,表明潮汐能的總體可行性可以遠高於之前的假設,同時經濟和環境成本可以降到具有競爭力的水平。
歷史上,潮水(動力)工廠已在歐洲和北美的大西洋沿岸投入使用。其最早可追溯到中世紀,甚至古羅馬時代。[1][2]
因月球引力的變化引起潮汐現象,潮汐導致海水平面周期性地升降,因海水漲落及潮水流動所產生的能量為潮汐能。潮汐能是以勢能形態出現的海洋能,是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。
潮汐發電可分為三種發電的方法:
潮汐流發電機(Tidal stream generator,TSGs)利用了流水的動能驅動渦輪機,一種類似於風力渦輪機利用流動空氣的發電方式。和潮汐堰壩相比,由於其低成本但低生態影響,這個方法受到越來越多國家的歡迎。一些潮汐發電機可以內置在現有橋樑的結構上,基本上沒有涉及美觀和實用的問題。
潮汐堰壩利用了勢能在高低潮時的高度不同。堰壩本質上是橫跨潮汐河口全寬的水壩,且受限於高昂的民用基礎建設成本、全球短缺的可行地點以及環境問題。當使用潮汐堰壩發電,來自潮汐的勢能通過專門的水壩戰略佈局被抓住。
(DTP)開發了潮汐流在勢能和動能間的交互作用。該理論認為:從海岸一直延伸入大海建造(如:30~50公里長)大壩,無封閉區域。大壩的存在及規模引入了潮汐的相位差異,和當地的潮汐波長相比,大壩的大小不容忽視。這導致整個大壩的液壓壓頭差異。大壩的水輪機被用來轉換大量電能(每個大壩6000~15000兆瓦)。淺海沿海海域具有與海岸平行振盪的強大的潮汐波,如在英國、中國和韓國,因而大壩兩側水位會產生明顯差異(至少2~3米)。
在漲潮的過程中,洶湧而來的海水具有很大的動能,而隨着海水水位的升高,就把海水的巨大動能轉化為勢能;在落潮的過程中,海水奔騰而去,水位逐漸降低,勢能又轉化為動能。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比。世界上潮差的較大值約為13~15m,但一般說來,平均潮差在8m以上就有實際應用價值。潮汐能是因地而異的,不同的地區常常有不同的潮汐系統,他們都是從深海潮波獲取能量,但具有各自獨特的特徵。
潮汐能主要的利用方式是發電。潮汐發電是利用海灣或河口等地形,建築水堤形成水庫,以便大量蓄積海水,並在壩中或壩旁建造水利發電廠房,通過水輪發電機組進行發電。
到目前為止,由於常規電站廉價電費的競爭,建成投產的商業用潮汐電站不多。然而,由於潮汐能蘊藏量的巨大和潮汐發電的許多優點,人們還是非常重視對潮汐發電的研究和試驗。
海洋學家預估世界上潮汐能發電總量在1TW(10的12次方瓦特)以上。潮汐能普查計算的方法是,首先選定適於建潮汐電站的站址,再計算這些地點可開發的發電裝機容量,疊加起來即為估算的總量。
20世紀初,歐、美一些國家開始研究潮汐發電。
世界上適於建設潮汐電站的20幾處地方,都在研究、設計建設潮汐電站。其中包括:美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷聖約瑟灣、澳大利亞達爾文范迪門灣、中國的樂清灣,印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨着技術進步,潮汐發電成本的不斷降低使進入21世紀後將不斷會有大型現代潮汐電站的建成與使用。
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潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污染、不受洪水或枯水影響、取之不盡且用之不竭的再生能源。在各種海洋能源中,潮汐能的開發利用最為現實、簡便。
從總體上看,現今潮汐能開發利用的技術難題已基本解決,國際上都有許多成功的實例,技術更新也很快。
潮汐發電利用的是潮差勢能,世界上最高的潮差也才10多米,因此不可能像一般水力發電那樣利用幾十米、百餘米的水源發電,潮汐發電的水輪機組必須適應「低水頭、大流量」的特點,因此水輪做得較大。但水輪做大了,配套設施的造價也會相應增大。於是,如何解決這個問題,就成為反映其技術水平高低的一種標誌。
潮汐發電雖然並不神秘,但仍須尊重客觀規律,才能獲得成功,取得良好效益。否則,光憑主觀願望和熱情,雖然一時可以建成許多潮汐電站,但最後往往會因為實用價值不大而被放棄。
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