潮流能发电原理

海洋中所蕴藏的可再生自然能源称为海洋能，源于太阳和月亮对地球的引力变化以及太阳辐射给予海洋巨大的能量。

只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。

潮汐现象就是海水在月球和太阳引力作用下所产生的周期性运动，潮汐的潮差又引起潮流。

潮差与潮流的能量都可以用来发电。

海洋能Ocean Energy海洋能源主要指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能。

究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。

海洋能具有可再生性。

海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。

海洋能总蕴藏量高达天文数字，但单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。

这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。

潮汐能潮汐现象是海水在月球和太阳引力作用下所产生的周期性运动，由于月亮离地球较近，月球与太阳引潮力之比为11：5，引起海洋潮汐主要是月亮。

月球的引力使地球向月面和背月面的水位升高。

通常，将白天海水上涨叫“潮”，晚上海水上涨叫“汐”，合称“潮汐”。

由于太阳的引潮力也不小，月亮与太阳在不同位置引起潮汐也不同,图1与图2是月亮与太阳在不同位置引起潮汐的示意图，图中地球周围的蓝色代表潮汐，为能看清夸张的进行表现。

图1 潮汐形成的示意图（一）在农历每月的初一太阳和月球在地球的一侧，两者引潮力相加，会引起较高的潮差，称之为“大潮”；在农历的初八太阳与月亮相对地球的位置垂直，太阳的引潮力在垂直方向吸引海水，削弱了月亮引起的潮汐，使潮差减至最小，称之为“小潮”。

图2 潮汐形成的示意图（二）在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起较高的潮差，也称之为“大潮”。

在农历每月的二十三太阳与月亮相对地球的位置垂直，太阳的引潮力削弱了月亮的引潮力，引起的潮差也最小，也称之为“小潮”。

海水发电的理论知识点总结海水发电的理论知识点总结近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重，寻找可持续发展的新型能源已成为人们的关注焦点。

海水发电作为一种利用海水中的能量来产生电能的技术，成为了研究热点。

海水发电技术不仅可以实现能源的可再生利用，还具备清洁、环保等优点，对于解决能源和环境问题具有重要的意义。

本文将对海水发电的理论知识点进行总结。

一、海水发电的原理海水发电是通过利用海水中的能量来产生电能。

海水中存在丰富的能源形式，如潮汐能、海洋动力能、温差能等。

其中，潮汐能是最常见的海水发电方式之一。

潮汐能是由地球引力和月球引力所形成的，海水在涨潮和退潮的过程中会产生巨大的潮汐能。

利用潮汐能发电的方式有潮汐能发电站和潮汐涡轮发电站两种。

潮汐能发电站是通过建立一座大坝，在涨潮时打开泄水闸门，退潮时关闭闸门，利用潮汐涌进潮汐发电站的差异产生巨大的水流动能，进而通过水轮机发电。

潮汐涡轮发电站则是利用涨潮、退潮的水流驱动涡轮旋转，进而通过与涡轮联动的电机发电。

二、潮汐能发电站的工作原理潮汐能发电站是利用潮汐水流的能量来产生电能的设施。

潮汐能发电站的工作原理主要包括泄水闸门控制、水轮机发电和电网连接。

1. 泄水闸门控制潮汐能发电站的关键是控制泄水闸门的开关，合理利用潮汐水流进出发电站。

通常，潮汐能发电站会建立一座大坝，通过开启和关闭闸门来控制潮汐水流进入发电站的时间和量。

在涨潮时，泄水闸门打开，将大量潮汐水纳入发电站；而在退潮时，闸门关闭，防止海水流回发电站，同时形成巨大的水位差，为下一次涨潮时的发电提供能量。

2. 水轮机发电潮汐能发电站的核心设备是水轮机，通过水流驱动水轮机旋转，进而通过与水轮联动的发电机产生电能。

常见的水轮机分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两种。

垂直轴水轮机的特点是结构简单，安装方便，适用于潮汐能发电站；而水平轴水轮机则具有效率高、输出稳定等优点，更适合大型发电设施。

3. 电网连接潮汐能发电站产生的电能需要被输送到电网中进行应用。

潮汐位能发电技术潮汐位能发电技术Tidal Power Generation前面介绍过潮汐能，潮汐能利用可分为两种形式：一是利用潮汐的动能，即直接利用潮流前进的力量来推动水轮机发电，称为潮流发电，但利用潮汐的动能对潮汐能的利用率非常低，目前应用较少。

二是建坝利用潮汐的位能发电，是潮汐坝发电技术，也称为称为潮位发电，是目前应用较多的形式。

潮汐位能发电站的原理利用潮汐的位能就是营造水头，利用落差发电。

在有条件的海湾或潮差大的河口建筑堤坝、闸门和水轮发电机厂房，将海湾（或河口）与外海隔开围成水库，对水闸适当地进行启闭调节，使库侧水位与海侧潮位形成一定的高度差（即工作水头），从而驱动水轮发电机组发电。

图1与图2显示了一个潮汐位能发电站的示意图，图1 是海水涨潮时水位高于水库水位，海水向水库流动推动水轮机运转。

图1 海水涨潮时推动水轮机运转图2 是海水退潮时水位低于水库水位，水库水向海洋流动推动水轮机运转。

图2 海水退潮时推动水轮机运转这个原理与普通水利发电相似，与普通水利发电的差别在于蓄积的海水落差不大，并且呈间歇性，但流量大，所以潮汐发电的水轮机要适合低水头、大流量的特点。

实际上的潮汐位能电站要复杂些，有单库单向电站、单库双向电站和双库连续发电电站三种类型，下面介绍这三种潮汐发电站。

单库单向电站在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂房和水闸，将海湾与外海分隔，形成水库。

在涨潮时开启闸门将潮水充满水库，当落潮外海潮位下降时，产生一定落差，利用该落差推动水轮发电机组发电。

这种电站只建造一个水库，而且只在落潮时发电，称为单库单向发电。

图3左图是单库单向潮汐发电站布置示意图。

图3 单库单向潮汐发电示意图图3右图是单库单向潮汐发电站运行工况示意图，运行工况可分为以下四个步骤：（a）充水：开启水闸，水轮机停运，库外上涨的潮水经水闸进入水库，至库内外水位齐平为止。

（b）等候：水闸关闭，水轮机停运，水库内水位保持不变，库外水位因退潮差下降，待库内外水位差达到一定水头时，启动水轮机发电。

潮流能发电及潮流能发电装置戴庆忠摘要 潮流能发电是利用潮汐动能的一种发电方式。

由于潮流能发电不需要筑坝 拦水，具有对环境影响小等许多优点。

因此，近年来潮流能发电引起许多国家 重视，潮流能发电技术发展很快。

本文从分析潮流能的特点入手，介绍了国内外潮 流能发电的近况，重点介绍目前出现的各种潮流能发电装置，包括水平轴潮流能水轮 机、竖井潮流能水轮机、振荡水翼式潮流能装置等。

关键词 潮汐 潮流能 潮流能水轮机 潮流能发电1 前言1.1 潮流能的特点潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。

而潮流能发电则是直接利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电。

众所周知，潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象。

潮汐现象伴随两种运动形态：一是涨潮和落潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即潮流。

前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。

可以说，两者是与潮汐涨落相伴共生的孪生兄弟。

对前者，可以采用类似河川水力发电的方式，筑坝蓄水发电；而对本文所介绍的潮流能，可以采用类似于海流发电方式，利用潮流的动能发电。

与常规能源比较，潮流能有以下特点：(1) 潮流能是一种可再生的清洁能源。

(2) 潮流能的能量密度较低(但远大于风能和太阳能)，但总储量较大。

(3) 与海流能不同，潮流能是一种随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循， 并可提前预测预报。

(4) 潮流能发电不拦海建坝，且发电机组通常浸没在海中，对海洋生物影响较小，也不 会对环境产生三废污染，不存在常规水电建设中头疼的占用农田、移民安置等诸多问题。

(5) 与陆地电力建设相比，潮流能开发环境恶劣，一次性投资大，设备费用高，安装维 护和电力输送等都存在一系列关键技术问题。

1.2 潮流能水轮机输出功率的计算潮流能机组输出功率的计算公式为： P=ηρ23AV式中 P ——功率，Wρ——海水密度，1025kg/m 3A ——潮流水轮机转子扫掠面积，m 2V ——潮流速度，m/sη——效率从上述可以看出，潮流能机组的输出功率很大程度决定于潮流速度。

潮汐能的利用：
潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理和水力发电相似。

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。

它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴藏着巨大能量，这种能量是永恒的、无污染的能量。

海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。

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。

世界上潮差的较大值约为13—15m，但一般说来，平均潮差在3m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
潮汐能利用的主要方式是发电获取能量，但具有各自独特的特征。

景观抄袭很复杂，但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。

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。

虽然这样的场所并不是到处都有，但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址。

潮汐能、海流及潮流能和波浪能发电技术调研随着经济的发展，化石原料日益短缺，能源问题逐渐成为世界性问题。

占地球面积71%的海洋中蕴藏着巨大的海洋能，其中可利用的能量大大超过了目前全球能源需求的总和，并且海洋能是绿色、清洁、零排放的可再生能源，科学的开发和利用对缓解能源危机和环境污染问题具有重大意义。

海洋能主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。

更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。

我国大陆海岸线长达18000多千米，拥有6500多个大小岛屿，海岛的岸线总长约14000多千米，海域面积达470多万平方千米。

可开发的海洋能资源前景巨大，据估计，海洋能源达5亿多千瓦，其中，潮汐能资源约为1.1亿千瓦，全国总量的81%分布在浙江、福建两省；海流能的蕴藏量为0.5亿千瓦，主要分布在浙江、福建等省；沿岸波浪能的总功率为0.7亿千瓦，主要分布在广东、福建、浙江、海南和台湾的附近海域；海洋温差能约为1.5亿千瓦。

我国海洋能资源十分丰富，大力开发和利用海洋能资源对于我国实行可持续发展战略，加快建设资源节约型、环境友好型社会具有重大战略意义。

开发海洋能是我国能源战略的方向之一，国家可再生能源法明确将海洋能纳入其中，《国家海洋事业发展规划》、《国家海洋经济发展规划纲要》、《国家十二五海洋科学和技术发展规划纲要》，都对海洋能发展做出了部署。

海洋能虽然储量巨大，但由于受能源分布、海洋环境严酷等诸多因素的影响，具有开发难度大、风险大、投入大的特点，全世界的海洋能源开发仍处于试验阶段，远没有到达产业化的程度，根据欧洲可再生能源委员会2010年发布的报告称“鉴于目前海洋能利用面临的技术和非技术性障碍，海洋能产业要从实验阶段发展至商业化阶段可能需要5到10年甚至更长时间”。

据初步了解，目前国内海洋能开发研究情况大致为：潮汐能已有40多年的开发史，有8座长期运行的潮汐电站，但规模都较小，总装机量在6120千瓦；波浪能、海流及潮流能的新技术与新装置开始进入实海况条件的试验研究阶段；海洋温差能和海洋盐度差能技术仅仅处于实验室原理性试验阶段。

海水资源开发利用实践——潮流能发电由于引潮力的作用，海水不断地涨潮、落潮。

涨潮时，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高，动能转化为势能。

落潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，势能又转化为动能。

海水在涨潮和落潮时所具有的动能和势能统称为潮汐能。

潮汐能是一种蕴藏量极大、取之不尽用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。

目前潮汐能最成熟的利用形式是潮汐发电。

2022年4月29日上午，位于岱山县秀山岛海域的LHD海洋潮流能发电平台，目前世界最大单机容量潮流能发电机组“奋进号”正在潮流的带动下平稳运转，源源不断地输送出绿色电能。

截至2022年7月底，该电站已连续运行超过62个月，累计发电总量超过293万千瓦时。

一、潮流能资源的基本介绍潮流能是指月球和太阳的引潮力使海水产生周期性的往复水平运动而形成的动能，发电原理是将水流中的动能通过装置转化为机械能，进而将机械能转化为电能。

适宜开发潮流能的区域通常是指流速峰值大于2m/s的位置，发电装置通常在潮流流速为0.8m/s时启动。

开阔海域的潮流速度通常仅为0.1m/s，但潮波与邻近陆块之间的岬角、岛屿和狭窄海峡等海岸地形的相互作用可使得流速超过2m/s。

因此，合适的地点位于沿海水域且高度局部化。

根据亚特兰蒂斯能源公司的报告，潮流能在全球范围内储量超过120GW。

二、潮流能发电技术（一）潮流能发电装置潮流能发电装置在开发过程中，逐渐研发出多种不同的结构形式，其中根据来流的流向与水轮机装置转动轴的位置关系，可分为水平轴式水轮机和垂直轴式水轮机，还有通过支撑臂摆动来获能的振荡水翼技术等；现有的多数潮流能装置采用直接固定于海底的方法，这样更有利于获能的稳定，但如果需要在离岸较远、水位较深的地方安装装置，则需采用漂浮式结构以便于安装和节约成本。

利用天然潮流所带来的动能推动装置发电的技术可以避免如潮汐发电站或水电站需要修建堤坝与配套设施，能减少相应的投资，且水轮机装置对生态环境影响小。

潮流能发电技术（一）Tidal Current Power Generation(1) 在浅海、海峡、海湾或河口一带，涨潮与退潮会引起较强的潮流，水流速度较高，可直接利用潮流前进的动能来推动水轮机发电，方法类似于风力发电机，称之为潮流发电机。

风力机可用的形式基本上都可用于潮汐动能发电，比较典型的的是采用与水平轴风力机相似的结构与原理，下面举两个例子介绍一下。

敞水型水平轴桨叶潮流发电装置图1是一种潮汐动能发电机示意图，与顺风式风力机工作原理相同，也叫桨叶式潮流发电机。

转轮的叶片与风力机类似，由于水的密度约为空气的800多倍，相同功率下的叶片面积与长度可大大缩小，不过潮汐水流速一般没有风速快。

叶轮通过增速齿轮箱与发电机连接，一同安装在机舱内，机舱安装在支柱上，可绕支柱旋转，支柱固定在海底,属坐底式安装。

水流推动叶轮旋转，并保持叶轮面与水流方向垂直。

由于叶轮在敞开的水中旋转，属敞水式结构。

图1 桨叶式潮流发电机图2 水下的桨叶式潮流发电机桨叶式潮流发电机可安装多个组成潮流发电站，图2是六个桨叶式潮流发电机的水下模拟图。

桨叶式潮流发电机在国外已有成功的产品，比较典型的是英国研制的一种桨叶式潮流发电机，名为“SeaGen”，形似倒置的风车，由一对涡轮组成，每个涡轮直径20米，容量1200千瓦。

涡轮安装在柱桩上，柱桩固定在海底。

图3是该潮流发电机的图片。

图3 SeaGen桨叶式潮流发电机（图片来自网络）扩张型涡轮潮流发电装置还有一种是把叶轮安装在水平扩张导流管内，扩张导流管在风力机中称为扩散器，利用导流管对水流进行加速，可明显提高叶轮的输出功率。

叶轮由多个叶片组成，这是一种导流管增速涡轮机结构，或称为导流管增速水轮机，见图4。

图4 导管涡轮式潮流发电机图中浅蓝色箭头线表示水流走向，水流推动发电机发电，涡轮机采用双向对称结构，反方向水流同样推动发电机发电，适用于潮流发电。

导流管增速涡轮发电机可安装多个组成潮流发电站，图5是五个导管涡轮式潮流发电机水下模拟图。