潮汐是月球和太阳对地球的相互引力及地球自转所产生的海水涨落现象。早在古代,人们就已发现月球绕地球运行的轨道使海水发生有规律性的变化,潮水涨落的大小与月亮的圆缺有明显的关系。今天人们根据水力发电的原理,提出了潮汐发电的概念,并着手在沿海建立潮汐发电站。
潮汐电站属水力发电,是靠水轮机带动发电机发电,与普通水电站差不多。它的特点是流量大,水头低(水位的落差小)。因为海水不像河水,它有腐蚀性,且有海生物附着结垢,因此它对水上建筑物和水轮机组有些特殊要求。
潮汐电站一般没有淹没损失和移民问题,相反还会带来一些海涂围垦和水库养殖的好处,有的还能改善海湾两岸的交通条件,综合效益较好。
建设潮汐电站除可获得电能外,综合利用效益很高。虽然修海堤工程浩大,但可利用堤坝改善当地的交通条件,还可围垦海涂,增加农田果地,特别是发展水库的水产养殖业,经济效益更大,或结合旅游疗养业开发,利用水库海滨建设别墅和度假村,社会效益、经济效益将更好。
潮汐电站的类型可分为以下几种:
单库单向潮汐电站一般在河口海湾处建筑水坝,形成一个水库,当涨潮时,海水通过坝上的进水闸进入水库,使水位抬高。落潮时,等海面水位下降,打开水轮机的排水闸,同时关闭坝上的进水闸,使海水只能单方向通过水轮机排向大海,于是推动水轮机旋转,并经过变速机构使发电机运转发电。
这种运行方式只能在每天两次的退潮时间发电,运行时间约10~12小时,涨潮时不能发电,涨汐的能量不能充分利用,电站效率约为20%左右。但是这种电站的水工建筑和机组结构都比较简单,投资较节省。通常小型潮汐电站多采用这种方法。
单库双向潮汐电站这种电站也只要修建一个水库,但是涨潮和落潮时都能发电,只是在水坝两侧水位齐平,即平潮水位时,暂时停止发电。这就延长了发电时间,发电量较多,潮汐能利用率提高,每昼夜电站运行时间最高可达20小时。实行双向发电主要靠水轮机的叶片和导叶调节,使轴承能承受正反向水的推力,以达到正向和反向旋转的目的。
这样,水上建筑也要做适当变动,电站厂房建筑要在涨潮时使水流多通过水轮机,泄水时要尽可能使水库的水位降到最低。因此,无论是水工建筑或水轮机组的结构都较复杂,电站投资也会较高。
双库单向潮汐电站根据地形修建两个相邻的水库,水轮机安装在两水库之间的隔坝内,一个高位水库只在涨潮时进水,另一个低位水库只在落潮时放水,两个水库始终保持不同水位,使水流不断由高位水库流向低位水库,水轮机组可以不停地运转,做到全日发电,而且水轮机是单向旋转,结构简单,只是水上建筑要做特殊布置。如浙江的海山潮汐电站就是这种形式。潮汐发电的关键设备是水轮发电机组,通常分卧轴式机组和贯流式机组。卧轴式机组是将机组平卧,进水管较短,厂房结构简单,呈长形。此类机组在江河川水电站中较常见,一般适用于中小型潮汐电站。
贯流式机组有两种,一种为灯泡体式贯流机组,即把水轮机、变速箱、发电机置于一个用混凝土做成的密封灯泡体内,只有水轮机的桨叶露在外面,整个灯泡体设置在电站厂房的水流道内。
最先进的机组是全贯流式机组,它将发电机的定子装于水流道的周壁,水轮机和发电机的转子则装在水流道中一个密封体中,因此在水流道中所占的体积较灯泡式大为减小,运行操作方便,但是技术难点在于发电机转子和定子之间的密封,设备制造不易。加拿大的安那波利斯潮汐电站即属此类,它适合于大型潮汐发电。目前,仅有少数国家能生产这种设备。
根据联合国调查资料,世界上适宜建设大型潮汐发电站的地点有20多处,其中多数已进行初步规划,预计到2020年全世界潮汐发电站发电量将达1000~3000亿千瓦小时。
1966年法国在郎斯河口建设第一台1万千瓦的潮汐发电机组,投入运行后,于1967年完成24万千瓦的朗斯潮汐电站,这是迄今世界最大的潮汐电站,年发电量56亿千瓦小时。1981年加拿大在芬地湾的安那波利斯潮汐电站安装了一台2万千瓦的潮汐发电机组,已成为世界上单机最大的潮汐发电设备。据报载,俄罗斯、英国、印度、韩国等国家都在规划建设大型潮汐电站。水利专家们认为,我国在电站设计和设备制造方面已具备一定条件,完全能够参加国外潮汐电站筹建的可行性论证。
其实,50年代末,中国浙江省已开始建起小型潮汐电站,1961年在温岭县建成一座40千瓦的沙山潮汐电站。
1980年我国在浙江省建成3200千瓦的江厦潮汐电站。目前,浙江、福建的万千瓦级潮汐电站已通过了可行性论证。可以断言,中国在21世纪将是世界上建设潮汐电站最多的国家,这令我们欣喜,又感到自豪。