2010-5-12 sch 1
潮汐能发电技术
(一 )
宋先
2010-5-12 sch 2
1-1 潮汐和潮汐能
? 什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 海洋能的分类？
? 海洋能的特点是什么？
? 中国的海洋能资源情况
? 何为潮汐？潮汐能的定义？
? 潮汐能的分类
2010-5-12 sch 3
什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 地球上广大连续的水体叫做 海洋 。海洋的面积
约为 3,62亿 km2，占地球表面积的 70,9
％。海洋是个庞大的能源宝库，它既是吸能器，
又是贮能器，蕴藏着巨大的动力资源。
? 海水中蕴藏着的这一巨大的动力资源的总称就
叫做 海洋能,
? 它包括 潮汐能、波浪能、海流能 (潮流能 )、
海水温差能 和 海水盐差能 等各种不同形态的能
源。
2010-5-12 sch 4
什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 潮汐能 是指海水涨潮和落潮形成的水的 动能和
势能。
? 波浪能 是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。
? 海流能 (潮流能 )是指海水流动的 动能,主要是
指海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及由
于潮汐导致的有规律的海水流功。
? 海水温差能 是指海洋表层海水和深层海水之间
水温之差的 热能 。
? 海水盐差能 是指海水和淡水之间或两种含盐浓
度不同的海水之间的 电位差能 。
2010-5-12 sch 5
海洋能的分类？
? 在海洋能中，除潮汐能和潮流能来源于星
球间的引力作用以外，其余各类均来源于
太阳辐射能。
? 海洋能按其能量赋存形式，可分为 机械能,
热能 和 化学能,
? 其中潮汐能、海流能 (潮流能 )、波浪能为
机械能，海水温差能为热能，海水盐差能
为化学能。
2010-5-12 sch 6
海洋能的特点是什么？
（ 1）能量蕴藏量大，并且可以再生。
? 据统计，地球上海水温差能的理论蕴藏量
约 500亿 kw，可能开发利用的约 20亿
kW；全球海洋波浪能的蕴藏旦约 700亿
kw、可开发利用的约 30亿 kw；全世界潮
汐能的理论蕴藏量约 30亿 kw；世界海流
? 能 (潮流能 )的总功率约 50亿 kW，其中可
发利用的约为 0.5亿 kW；
2010-5-12 sch 7
海洋能的特点是什么？
（ 2）能量密度低。
? 海水温差能是低热头的，较大温差为 20— 25℃,潮汐
能是低水头的，较大潮差为 7— 10m；潮流能和海流
能是低速度头的，最大流速一般仅 2m/s左右；
(3)稳定性比其他自然能源好。
? 海水温差能和海流能比较稳定，潮汐能与潮流能的变化
有规律可循,
(4)发生在广阔的海洋环境中。
? 海洋是一个水深、缺氧、高压的世界，因而开发利用海
洋能的技术难度大，对材料和设备的要求比较高。
2010-5-12 sch 8
中国的海洋能资源
? 中国不仅是闻名于世的陆地大国，面且是世界上
的海洋大国之一。
? 海岸线全长 18400多 km 。中国拥有 6500多个
大小岛屿，岛屿海岸线长达 14000多 km。
? 据初步估算，中同海洋能的蕴藏量约为 6,3亿
kW，
? 其中潮汐能 1,9亿 kw，波浪能 1,5亿 kw，温
差能 1,5亿 kw，海流能 (潮流能 )O,3亿 kw，
盐差能 1,1亿 kw，
? 分布在煤、水等能源贫乏的沿海工业基地附近，
如果能够加以开发利用，将为中国沿海、尤其是
华东沿海工农业生产的发展和人民生活的改善，
提供数量相当可观的可再生能源。
2010-5-12 sch 9
何为潮汐？
? 由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的
海水有规律的、周期性的涨落现象，就叫做 海洋
潮汐,习惯上称为 潮汐 。
? 潮位过程线 --潮汐水位随时间而变化的过程线。
? 潮差 ---每次潮汐的潮峰与潮谷的水位差。
? 潮汐的平均周期 --潮汐这次高潮或低潮至下次高
潮或低潮相隔的平均时间，一般为 12h25min.
? 人们把海水在白昼的涨落称为, 潮,,在夜间的
涨落称为, 汐,,合起来则称为潮汐，两者名异
面实同。 潮汐要素示意图 。
2010-5-12 sch 10
潮汐的分类
? 从涨落的周期来说，可以把潮汐分为 3种类
型：
? （ 1）半日潮：图
? （ 2）全日潮；图
? （ 3）混合潮； 图
2010-5-12 sch 11
潮汐能的定义？
? 简单地说，潮汐能就是潮汐所具有的能量。潮汐含有
的能量是十分巨大的，潮汐涨落的动能和位能可以说
是一种取之不尽、用之不竭的动力资源，人们誉称它
为, 蓝色的煤海, 。
? 潮汐能的大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就
越大。
? 1977年世界动力会议认为，全世界可开发利用的潮
汐能可发电 1400亿 — 1800亿 kW(不包括中国 )，
绝大部分蕴藏在窄浅的海峡、海湾和一些河口区。
? 例如英吉利海峡的潮汐能约有 8000万 kw，美国和
加拿大附近芬迪湾的潮汐能约有 2000万 kW。
? 中国浙江省杭州湾钱塘江口。
2010-5-12 sch 12
1-2 潮汐能发电
一、潮汐能发电的原理及型式
1、原理,图 1； 图 2
? 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的
水位差 来推动 水轮机,再由水轮机带动发电
机来 发电 。
? 其发电的原理与一般的水力发电差别不大。
不过．一般的水力发电的水流方向是单向的，
而潮汐发电则不同。
? 从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把
潮汐的 动能和位能 通过水轮机变成 机械能,
然后再由水轮机带动发电机，把机械能转变
为 电能 。 电站外景图
2010-5-12 sch 13
潮汐能发电的型式
2、型式：
（ 1）潮汐发电可按 能量形式 的不同分为两种：
? 1）一种是利用潮汐的 动能发电,就是利用
涨落潮水的流速直接去冲击水轮机发电；
? 2）一种是利用潮汐的 势能发电,就是在海
湾或河口修筑拦潮大坝，利用坝内外涨、
落潮时的水位差来发电。
2010-5-12 sch 14
潮汐能发电的型式
（ 2）按其 开发方式 的不同分为如下 4种型式。
? 1)单库单向型，只能在落潮时发电。 四个工况
? 2)单库双向型：在涨、落潮时都能发电。 工况
? 3)双库单向型：可以连续发电，但经济上不合
算,介绍
? 4）发电结合抽水蓄能式,介绍
2010-5-12 sch 15
二、潮汐能发电站的组成
? 潮汐能发电站是由几个单项工程综合而成的建设
工程，主要由 拦水堤坝, 水闸 和 发电厂 三部分组
成。有通航要求的潮汐能发电站还应设臵 船闸 。
（ 1）拦水堤坝
? 作用,是利用堤坝构成水库内、外的水位差，并
控制水库内的水量，为发电提供条件。
? 堤坝种类,按所用材料的不同，可分为 土坝, 石
坝 和 钢筋混凝土坝 等
2010-5-12 sch 16
二、潮汐能发电站的组成
(2)水闸及作用
? 水闸用来调节水库的进出水量，在涨潮时向
水库进水，在落潮时从水库往外放水，以调
节水库的水位，加速涨、落潮时水库内、外
水位差的形成，从而缩短电站的停机时间，
增加发电量。
? 它的另一作用，是在洪涝和大潮期间用以加
速库内水量的外排，或阻挡潮水侵入，控制
库内最高、最低水位，使水库迅速恢复到正
常的蓄水状态，同时满足防洪、排涝、挡潮、
抗旱、航运等多方面的水利要求。
2010-5-12 sch 17
二、潮汐能发电站的组成
(3)发电厂。
? 1）发电厂的主要设备,水轮发电机组、输配电设备、起吊设
备、中央控制室和下层的水流通道及阀门等。
? 2）作用,它是直接将潮汐能转变为电能的机构。其中最关键
的设备是水轮发电机组。
? 3）对机组的主要要求为,
① 应满足潮汐低水头、大流量的水力特性；
② 机组一般在水下运行，因而对机组的防腐、防污、密封和对发
电机的防潮、绝缘、通风、冷印、维护等要求高；
③ 机组随潮汐涨落发电，开、停机次数频繁，因而要选用适应频
繁起动和停止的开关设备；
④ 对双向发电机组，由于正、反问旋转，相序也相应变换，因而
在设计电气主接线时，要考虑安装倒向开关，使电源接人系统
或负荷时，保证相序固定不变。
2010-5-12 sch 18
潮汐电站的水轮发电机组的 3种基本型式：
1)竖轴式机组。 图
? 特点,即将轴流式水轮机和发电机的轴竖向连接在一起，
垂直于水面。
2)卧轴式机组。 图
? 特点,卧轴式机组即将机组的轴卧臵。这种型式的机组
进水管较短，并且进水管和尾水管的弯度均大大减少，因
而厂房的结构简单．水流能量损失也较少，因而性能比竖
轴式机组优越。但仍然需要很长的尾水管，所以需要厂房
仍然较长。
3)贯流式机组。图
? 特点,机组主要有两种：一种是 灯泡贯流式机组 ；
另一种是全贯流式机组。
2010-5-12 sch 19
课堂作业（ 2005-11-8）
? 1、海洋能包括哪些能？海洋能有何特点？
? 2、潮汐能发电站是由几个单项工程组成？
? 3、潮汐能发电站对机组的主要要求有哪些？
? 4、什么叫潮汐能？
? 5、潮汐电站的水轮发电机组的 3种基本型式
是什么？
2010-5-12 sch 20
潮汐要素示意图
2010-5-12 sch 21
潮汐的 3种类型
2010-5-12 sch 22
潮汐能发电原理图 1
2010-5-12 sch 23
潮汐能发电原理图 2
2010-5-12 sch 24
潮汐电站外景图
2010-5-12 sch 25
单库单向型发电的四个工况
在整个潮汐周期内，电站的运行按下列 4个工况进行：
? ①充水工况,电站停止发电，开启水闸，潮水经水闸
和水轮机进人水库，至水库内外水位齐平为止；
? ②等候工况 ；关闭水闸，水轮机停止过水，保持水库
水位不变，海洋侧则因落潮而水位下降，直到水库内
外水位差达到水轮机组的启动水头；
? ③发电工况,开动水轮发电机组进行发电，水库的水
位逐渐下降，直到水库内外水位差小于机组发电所需
要的最小水头为止；
? ④等候工况,机组停止运行，水轮机停止过水．保持
水库水位不变，海洋侧水位因涨潮而逐步上升，直到
水库内外水位齐平，转入下一周期。
2010-5-12 sch 26
单库双向型的工况有 6个
? 单库双向式潮汐电站有 等侯, 涨潮发电,
充水, 等侯, 落潮发电, 泄水 6个工况。
2010-5-12 sch 27
双库单向式潮汐能发电站介绍
? 双库单向式潮汐能发电站需要建造两座相
互毗邻的水库（高水库和低水库），
? 这种型式的电站、需建 2座或 3座堤坝、两
座水闸，工程量和投资较大。
? 但由于可连续发电，故其效率较第一种型
式的电站要高 34％左右。同时，也易于和
火电、水电或核电站并网，联合调节。
2010-5-12 sch 28
发电结合抽水蓄能式介绍
? 这种电站的工作原理是：在潮汐电站水库
水位与潮位接近并且水头小时，用电网的
电力抽水蓄能。
? 涨潮时将水抽入水库，落潮时将水库内的
水往海中抽、以增加发电的有效水头，提
高发电量。
2010-5-12 sch 29
竖轴式机组图
2010-5-12 sch 30
卧轴式机组图
2010-5-12 sch 31
灯泡贯流式机组图
潮汐能发电技术
(一 )
宋先
2010-5-12 sch 2
1-1 潮汐和潮汐能
? 什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 海洋能的分类？
? 海洋能的特点是什么？
? 中国的海洋能资源情况
? 何为潮汐？潮汐能的定义？
? 潮汐能的分类
2010-5-12 sch 3
什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 地球上广大连续的水体叫做 海洋 。海洋的面积
约为 3,62亿 km2，占地球表面积的 70,9
％。海洋是个庞大的能源宝库，它既是吸能器，
又是贮能器，蕴藏着巨大的动力资源。
? 海水中蕴藏着的这一巨大的动力资源的总称就
叫做 海洋能,
? 它包括 潮汐能、波浪能、海流能 (潮流能 )、
海水温差能 和 海水盐差能 等各种不同形态的能
源。
2010-5-12 sch 4
什么叫海洋能？它包括哪些能？
? 潮汐能 是指海水涨潮和落潮形成的水的 动能和
势能。
? 波浪能 是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。
? 海流能 (潮流能 )是指海水流动的 动能,主要是
指海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及由
于潮汐导致的有规律的海水流功。
? 海水温差能 是指海洋表层海水和深层海水之间
水温之差的 热能 。
? 海水盐差能 是指海水和淡水之间或两种含盐浓
度不同的海水之间的 电位差能 。
2010-5-12 sch 5
海洋能的分类？
? 在海洋能中，除潮汐能和潮流能来源于星
球间的引力作用以外，其余各类均来源于
太阳辐射能。
? 海洋能按其能量赋存形式，可分为 机械能,
热能 和 化学能,
? 其中潮汐能、海流能 (潮流能 )、波浪能为
机械能，海水温差能为热能，海水盐差能
为化学能。
2010-5-12 sch 6
海洋能的特点是什么？
（ 1）能量蕴藏量大，并且可以再生。
? 据统计，地球上海水温差能的理论蕴藏量
约 500亿 kw，可能开发利用的约 20亿
kW；全球海洋波浪能的蕴藏旦约 700亿
kw、可开发利用的约 30亿 kw；全世界潮
汐能的理论蕴藏量约 30亿 kw；世界海流
? 能 (潮流能 )的总功率约 50亿 kW，其中可
发利用的约为 0.5亿 kW；
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海洋能的特点是什么？
（ 2）能量密度低。
? 海水温差能是低热头的，较大温差为 20— 25℃,潮汐
能是低水头的，较大潮差为 7— 10m；潮流能和海流
能是低速度头的，最大流速一般仅 2m/s左右；
(3)稳定性比其他自然能源好。
? 海水温差能和海流能比较稳定，潮汐能与潮流能的变化
有规律可循,
(4)发生在广阔的海洋环境中。
? 海洋是一个水深、缺氧、高压的世界，因而开发利用海
洋能的技术难度大，对材料和设备的要求比较高。
2010-5-12 sch 8
中国的海洋能资源
? 中国不仅是闻名于世的陆地大国，面且是世界上
的海洋大国之一。
? 海岸线全长 18400多 km 。中国拥有 6500多个
大小岛屿，岛屿海岸线长达 14000多 km。
? 据初步估算，中同海洋能的蕴藏量约为 6,3亿
kW，
? 其中潮汐能 1,9亿 kw，波浪能 1,5亿 kw，温
差能 1,5亿 kw，海流能 (潮流能 )O,3亿 kw，
盐差能 1,1亿 kw，
? 分布在煤、水等能源贫乏的沿海工业基地附近，
如果能够加以开发利用，将为中国沿海、尤其是
华东沿海工农业生产的发展和人民生活的改善，
提供数量相当可观的可再生能源。
2010-5-12 sch 9
何为潮汐？
? 由于太阳和月球对地球各处引力的不同所引起的
海水有规律的、周期性的涨落现象，就叫做 海洋
潮汐,习惯上称为 潮汐 。
? 潮位过程线 --潮汐水位随时间而变化的过程线。
? 潮差 ---每次潮汐的潮峰与潮谷的水位差。
? 潮汐的平均周期 --潮汐这次高潮或低潮至下次高
潮或低潮相隔的平均时间，一般为 12h25min.
? 人们把海水在白昼的涨落称为, 潮,,在夜间的
涨落称为, 汐,,合起来则称为潮汐，两者名异
面实同。 潮汐要素示意图 。
2010-5-12 sch 10
潮汐的分类
? 从涨落的周期来说，可以把潮汐分为 3种类
型：
? （ 1）半日潮：图
? （ 2）全日潮；图
? （ 3）混合潮； 图
2010-5-12 sch 11
潮汐能的定义？
? 简单地说，潮汐能就是潮汐所具有的能量。潮汐含有
的能量是十分巨大的，潮汐涨落的动能和位能可以说
是一种取之不尽、用之不竭的动力资源，人们誉称它
为, 蓝色的煤海, 。
? 潮汐能的大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就
越大。
? 1977年世界动力会议认为，全世界可开发利用的潮
汐能可发电 1400亿 — 1800亿 kW(不包括中国 )，
绝大部分蕴藏在窄浅的海峡、海湾和一些河口区。
? 例如英吉利海峡的潮汐能约有 8000万 kw，美国和
加拿大附近芬迪湾的潮汐能约有 2000万 kW。
? 中国浙江省杭州湾钱塘江口。
2010-5-12 sch 12
1-2 潮汐能发电
一、潮汐能发电的原理及型式
1、原理,图 1； 图 2
? 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的
水位差 来推动 水轮机,再由水轮机带动发电
机来 发电 。
? 其发电的原理与一般的水力发电差别不大。
不过．一般的水力发电的水流方向是单向的，
而潮汐发电则不同。
? 从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把
潮汐的 动能和位能 通过水轮机变成 机械能,
然后再由水轮机带动发电机，把机械能转变
为 电能 。 电站外景图
2010-5-12 sch 13
潮汐能发电的型式
2、型式：
（ 1）潮汐发电可按 能量形式 的不同分为两种：
? 1）一种是利用潮汐的 动能发电,就是利用
涨落潮水的流速直接去冲击水轮机发电；
? 2）一种是利用潮汐的 势能发电,就是在海
湾或河口修筑拦潮大坝，利用坝内外涨、
落潮时的水位差来发电。
2010-5-12 sch 14
潮汐能发电的型式
（ 2）按其 开发方式 的不同分为如下 4种型式。
? 1)单库单向型，只能在落潮时发电。 四个工况
? 2)单库双向型：在涨、落潮时都能发电。 工况
? 3)双库单向型：可以连续发电，但经济上不合
算,介绍
? 4）发电结合抽水蓄能式,介绍
2010-5-12 sch 15
二、潮汐能发电站的组成
? 潮汐能发电站是由几个单项工程综合而成的建设
工程，主要由 拦水堤坝, 水闸 和 发电厂 三部分组
成。有通航要求的潮汐能发电站还应设臵 船闸 。
（ 1）拦水堤坝
? 作用,是利用堤坝构成水库内、外的水位差，并
控制水库内的水量，为发电提供条件。
? 堤坝种类,按所用材料的不同，可分为 土坝, 石
坝 和 钢筋混凝土坝 等
2010-5-12 sch 16
二、潮汐能发电站的组成
(2)水闸及作用
? 水闸用来调节水库的进出水量，在涨潮时向
水库进水，在落潮时从水库往外放水，以调
节水库的水位，加速涨、落潮时水库内、外
水位差的形成，从而缩短电站的停机时间，
增加发电量。
? 它的另一作用，是在洪涝和大潮期间用以加
速库内水量的外排，或阻挡潮水侵入，控制
库内最高、最低水位，使水库迅速恢复到正
常的蓄水状态，同时满足防洪、排涝、挡潮、
抗旱、航运等多方面的水利要求。
2010-5-12 sch 17
二、潮汐能发电站的组成
(3)发电厂。
? 1）发电厂的主要设备,水轮发电机组、输配电设备、起吊设
备、中央控制室和下层的水流通道及阀门等。
? 2）作用,它是直接将潮汐能转变为电能的机构。其中最关键
的设备是水轮发电机组。
? 3）对机组的主要要求为,
① 应满足潮汐低水头、大流量的水力特性；
② 机组一般在水下运行，因而对机组的防腐、防污、密封和对发
电机的防潮、绝缘、通风、冷印、维护等要求高；
③ 机组随潮汐涨落发电，开、停机次数频繁，因而要选用适应频
繁起动和停止的开关设备；
④ 对双向发电机组，由于正、反问旋转，相序也相应变换，因而
在设计电气主接线时，要考虑安装倒向开关，使电源接人系统
或负荷时，保证相序固定不变。
2010-5-12 sch 18
潮汐电站的水轮发电机组的 3种基本型式：
1)竖轴式机组。 图
? 特点,即将轴流式水轮机和发电机的轴竖向连接在一起，
垂直于水面。
2)卧轴式机组。 图
? 特点,卧轴式机组即将机组的轴卧臵。这种型式的机组
进水管较短，并且进水管和尾水管的弯度均大大减少，因
而厂房的结构简单．水流能量损失也较少，因而性能比竖
轴式机组优越。但仍然需要很长的尾水管，所以需要厂房
仍然较长。
3)贯流式机组。图
? 特点,机组主要有两种：一种是 灯泡贯流式机组 ；
另一种是全贯流式机组。
2010-5-12 sch 19
课堂作业（ 2005-11-8）
? 1、海洋能包括哪些能？海洋能有何特点？
? 2、潮汐能发电站是由几个单项工程组成？
? 3、潮汐能发电站对机组的主要要求有哪些？
? 4、什么叫潮汐能？
? 5、潮汐电站的水轮发电机组的 3种基本型式
是什么？
2010-5-12 sch 20
潮汐要素示意图
2010-5-12 sch 21
潮汐的 3种类型
2010-5-12 sch 22
潮汐能发电原理图 1
2010-5-12 sch 23
潮汐能发电原理图 2
2010-5-12 sch 24
潮汐电站外景图
2010-5-12 sch 25
单库单向型发电的四个工况
在整个潮汐周期内，电站的运行按下列 4个工况进行：
? ①充水工况,电站停止发电，开启水闸，潮水经水闸
和水轮机进人水库，至水库内外水位齐平为止；
? ②等候工况 ；关闭水闸，水轮机停止过水，保持水库
水位不变，海洋侧则因落潮而水位下降，直到水库内
外水位差达到水轮机组的启动水头；
? ③发电工况,开动水轮发电机组进行发电，水库的水
位逐渐下降，直到水库内外水位差小于机组发电所需
要的最小水头为止；
? ④等候工况,机组停止运行，水轮机停止过水．保持
水库水位不变，海洋侧水位因涨潮而逐步上升，直到
水库内外水位齐平，转入下一周期。
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单库双向型的工况有 6个
? 单库双向式潮汐电站有 等侯, 涨潮发电,
充水, 等侯, 落潮发电, 泄水 6个工况。
2010-5-12 sch 27
双库单向式潮汐能发电站介绍
? 双库单向式潮汐能发电站需要建造两座相
互毗邻的水库（高水库和低水库），
? 这种型式的电站、需建 2座或 3座堤坝、两
座水闸，工程量和投资较大。
? 但由于可连续发电，故其效率较第一种型
式的电站要高 34％左右。同时，也易于和
火电、水电或核电站并网，联合调节。
2010-5-12 sch 28
发电结合抽水蓄能式介绍
? 这种电站的工作原理是：在潮汐电站水库
水位与潮位接近并且水头小时，用电网的
电力抽水蓄能。
? 涨潮时将水抽入水库，落潮时将水库内的
水往海中抽、以增加发电的有效水头，提
高发电量。
2010-5-12 sch 29
竖轴式机组图
2010-5-12 sch 30
卧轴式机组图
2010-5-12 sch 31
灯泡贯流式机组图
