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OFweek视点:潮汐发电必需走向商业化

  潮汐是在月球、太阳等天体引力作用下所产生的,在万有引力的作用下,月亮对地球上的海水有吸引力,人们把吸引海水涨潮的力叫引潮力,地球表面各地离月亮的远近不一样,所以,各处海水所受的引潮力也出现差异,一般正对着月亮的地方引潮力就大,而背对着的月亮的海水所受引潮力变小,离心力变大了,海水在离心力的作用下,象背对月亮那面跑,于是也会出现长潮,由于天体是运动的,各地海水所受的引潮力不断在变化,使地球上的海水发生了时涨时落的运动,从而形成了潮汐现象。

  在天体运动过程中,月亮、地球和太阳形成直角时,由于月球和太阳的引潮力,相互抵消了一部分,海面的涨落差距很小,这就是小潮,当太阳、月亮和地球处在一条直线上时,月亮引潮力和太阳的引潮力齐心合力,引潮力就大,这就是大潮,每年春分和秋分的季节,地球离太阳最近,加上月亮的力量,就形成特大潮。

  潮汐中还蕴藏着巨大能量,潮汐发电就是靠潮汐的落差来实现的,目前,我国建成了十多座潮汐电站,1980年建成的江厦潮汐电站,每年可发电10700万度,由于潮汐电站既不浪费能源,也不污染环境,因而,给人们带来无限光明和利益。

  潮汐发电技术的优势

  据相关统计,全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有109千瓦,目前已开发的潮汐能电站总装机容量为8108千瓦,年发电量21012千瓦时,约占全球潮汐能总功率的27%。调查表明,我国潮汐能蕴藏量为110吉瓦,其中可供开发的约21吉瓦,年可发电量580亿度。浙江、福建两省岸线曲折,潮差较大,潮汐能也最为丰富,两省资源占我国全部储量的80%。

  盐差能蕴藏丰富的地方一般是江河淡水的出海口,数量较少,而且这些地方大多军事意义重大且多用于航运,只有极少数地方有用盐差能发电的可能。

  而我国温差能最丰富的地方是南海。但是,当地距离我国用电集中的南方工业区太远,而且难以解决海上输电问题。此外,温差发电技术瓶颈较多,世界上还没有成功的先例。

  此外,我国由于外部岛链的阻挡,使得波浪能蕴藏量受到制约,波浪能平均值处于全球中等水平。虽然波浪能相对较好,但是其抗台风能力较差,在每年数次台风侵袭下波浪能设备损坏严重,所以波浪能发电在技术上也有很大困难。

  因此,和其他可再生能源相比,潮汐能的一个突出特点是发电稳定。其发电量不会产生大的波动,而且不占用农田,成本只有火电的八分之一。

  潮汐能发电的困难所在

  目前,利用潮汐能发电有两种方式:筑坝发电和潮流能发电。筑坝发电是在近海筑一道坝聚水,利用潮差发电;潮流能发电则是把电机放在表层水下让潮流冲击叶轮发电。

  据了解,我国从1958年开始研究开发潮汐能利用,各地相继建设了40多座小型潮汐能发电站。这些发电站因为设备落后、建设质量粗糙、装机容量太小,建成后运营一段时间便纷纷关停,目前还在运行的仅有3座,且处于微利或亏损运行状态。作为新能源的潮汐能发电为何进展如此缓慢?

  建潮汐电站有一个前提,即该地区必须是一个特殊地形。第二个条件是潮差要高。我国的潮差大部分地区都比较小,最高的只有5米,而国外最高的有17米。因此,我国要建一个潮汐能电站比国外难度要大得多。

  潮汐发电一般是在海湾或河湾。这些地方潮流能资源虽然丰富,但往往还有其他更重要的用途,发电只是排位靠后的选项。

  发电是最次要的一个问题,首先要解决的是军事航道的安全。潮汐能丰富的地方常常都是一些军用的航道,是不允许用于发电的。其次是要保证整个地方的经济发展和交通航运,保证沿海地区经济开发的要求,最后才能考虑发电的问题。

  而当潮汐电站开始建设时,技术投资和环境保护则是面临的第二道、第三道难题。

  在海洋环境下潮汐能发电会面临非常复杂的问题。例如,海水的高腐蚀度对发电设备的材料提出了极高要求,极端环境下如十二、十三级大风,能不能保证发电机组完好无损,这些都是要面对的情况。

  此外,国外环保人士对筑坝发电的环境影响一直持反对态度。他们认为,筑坝发电人为造成坝内外海水生态环境的差异,对坝里整体环境造成危害。

  河底发电 开启潮汐能的新方式

  今年9月,美国绿色能源公司(VerdantPower)在罗斯福岛(RooseveltIsland)与皇后区(Queens)之间的纽约东河(EastRiver)河底完成了为期10天的潮汐涡轮机发电测试,以检测涡轮机设备是否可以承受水流的强烈冲击和适应流速的变化。除了潮汐涡轮机的强度,这次测试还包括了以较大规模阵列排布涡轮机的发电效果。

  EPRI(theElectricPowerResearchInstitute)电力研究机构海洋能项目的负责人罗杰(RogerAilshie)说,这是第一个如此大规模使用涡轮机的海洋动力发电项目,并且它靠近人类居住区,要求更严格的环境监控。

  绿色能源公司在东河河底安装了30台潮汐涡轮机。平均每台潮汐涡轮机可以提供约35千瓦的发电能力,这相当于一个风力发电机,可供一百个家庭的日常用电。这些潮汐涡轮机的外形类似夏天所使用的手持电扇,由牢牢固定在河床上的支撑杆和三片涡轮叶片组成。

  虽然在本次实验中,涡轮机在东河的河水里浸泡了10天,但是叶片没有发现明显的磨损和损坏迹象。这家公司的联合创始人兼CMO泰勒表示,公司仍然在继续委托其他制造商制造更坚固耐用的分层玻璃纤维或塑料叶片。

  根据绿色能源公司与美国国家可再生能源实验室、明尼苏达大学等机构共同开发的自由流系统,无需建造堤坝或其他土木建筑主动控制潮汐,只需要凭借水流和潮汐的自由转动,驱动一个涡轮上的增速器,然后驱动通过电网连接的发电机,即可以提供稳定的电力供应。

  绿色能源公司的技术总监迪安柯润(DeanCorren)表示,东河河底是个完美的试验场,水流流速达到每秒2米,足可以使潮汐涡轮机的叶片缓慢地旋转。这项自由流系统技术比起其他获取潮汐能的方法,比如都需要建立堤坝的潮汐堰坝和动态潮汐能技术,其成本和生态影响都更低。

  这次测验属于罗斯福岛潮汐能源项目(RooseveltIslandTidalEnergy,简称RITE)的第三阶段,也可以说是正式投入商业批量生产的阶段。RITE项目开始于2002年,在2002年到2006年完成了初级阶段的论证阶段。从2006年到2009年,在东河部署了6座全尺寸水下涡轮机,向纽约市的商业机构供电,从而完成了第二阶段的实证,如今,RITE进入了兆瓦级规模制造阶段。

  海洋能开发利用越来越受到重视

  近年来,我国对海洋能开发利用的重视度大幅提升,在海洋能开发方面,我国在潮汐能、波浪能方面的实践较早。但目前来看,无论是国内国外,目前对海洋能的开发利用都尚未进入商业化。

  相比较其他可再生能源,海洋能的开发存在较大的难度,例如对波浪能的利用需要将电站建在风口浪尖上,施工运行风险较高,电站项目需要防漏防压、防止海水腐蚀,总体而言,海洋能开发的造价成本偏高。

  目前发展海洋能适宜率先发展万千瓦级潮汐电站和海岛多能互补供电系统;发展海洋能的短期目标应以在沿海发展小型电站为主,而中长期目标应直指在近海领域发展中型电站,以满足更大规模的海洋渔业、海洋石油等海洋资源开发产业的能源所需。

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