長三角地區潮汐能資源及其利用狀況分析

東南大學能源與環境學院 許 寅 王培紅

0 前言

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稱為潮汐能。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[1]。

在海洋各種能源中，潮汐能的開發利用最為現實、最為簡便。與其他形式的可再生能源相比，潮汐能同樣具有不可替代的優點。各可再生能源比較如表1所示。

表1 潮汐能與其他可再生能源比較

由表1可以看出，潮汐能具有可靠性高、相對穩定等優點。另外，潮汐能是一種不消耗燃料、沒有污染、不受洪水或枯水影響、用之不竭的可再生能源,具有很好的利用前景。

1 潮汐能發電方式及技術

1.1 潮汐能發電方式

潮汐能的應用主要是發電。潮汐發電與普通水利發電原理類似，通過蓄水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。差別在于海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，并且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點[2]。潮汐發電有以下三種形式。

1）單池單向發電

即落潮發電。漲潮時水池庫門打開，海水充滿蓄水池；落潮時庫門關閉，潮水驅動水輪機發電。

2）單池雙向發電

即落潮和漲潮都發電，且與揚水并用。為了保持落差，落潮一開始先向蓄水池泵水，然后停機待機，直到潮水落到潮差的一半時才開始放水發電。反之亦然，漲潮一開始先將蓄水池剩余的水抽向大海，再停機待機一段時間，直到潮水漲到一半潮差時再開始發電。盡管如此，用于發電的時間遠超過泵水和待機的時間和。我國江廈潮汐電站就屬這種類型。

3）雙池雙向發電

上述兩種類型都不能在平潮（沒有水位差）或停潮時水庫中水放完的情況下發出電壓比較平穩的電力。若備有上、下兩個蓄水池，在兩池之間布置水輪發電機組，漲潮時上池被充滿，落潮時將下池放水，從而形成兩池之間的水位差。利用該水位差可使機組連續運轉，這就是雙池雙向發電。這種方式不僅在漲落潮全過程中都可連續不斷發電，還能使電力輸出比較平穩。浙江省玉環縣茅蜒島上的海山潮汐電站就屬這種類型。雙池雙向發電原理圖如圖1所示。

圖1 雙池雙向發電原理圖

如圖1所示，這種電站建有兩個相鄰的水庫，水輪發電機組放在兩個水庫之間的隔壩內。高水位庫只在漲潮時進水，低水位庫只在落潮時泄水；兩個水庫之間始終保持有水位差，因此可以全日發電，不受海水高度影響。

4）分析與比較

雙池雙向發電方式能夠發出平穩的電量，不會因為漲潮或落潮而間斷，但建造工程復雜，所需水庫面積大，且經濟性較差，實際中很少應用。單池雙向發電需要配備水泵抽水，但其發電時間遠超過泵水和待機的時間和，因此經濟性較好，實際應用較多。單池單向發電方式建造簡單，但發電為間歇性，實用價值降低。

1.2 潮汐能發電技術

從潮汐能利用原理來看，潮汐發電技術主要有筑壩式發電和潮汐能流發電[3]。

1）筑壩式發電

筑壩式發電是指建造跨海大壩，在跨海大壩中安裝門控水閘和低水頭水輪發電機,利用水壩兩側的水位差進行發電。這是一種傳統的潮汐能發電方式。其原理圖如圖2所示。當漲潮時，海面水位高于海灣水位，海水自海洋流向海灣，可驅動水輪發電機轉動發電；相反，落潮時，海面水位低于海灣水位，海水自海灣流向海洋，同樣可驅動水輪發電機轉動發電。

2）潮汐能流發電

潮汐能流發電是一種目前還處于試驗階段的潮汐能發電技術。當潮汐波浪通過狹長的水道時，會產生很大的動能。通過在水下安裝潮汐渦輪機，將潮汐波浪動能進行轉化。潮汐能流發電技術的主要設備是潮汐渦輪機。潮汐渦輪機是大型的獨立渦輪機,其工作原理與風電渦輪機類似,但由于海水密度是空氣密度的850倍,因此潮流渦輪機要承受的能量密度比風電渦輪機高得多。

3）分析與比較

筑壩式發電不但會改變海洋潮差和潮流，還會改變海水溫度和水質，改變程度的大小取決于電站規模與地理位置。攔潮壩對水庫區生態既有有利影響，也有不利影響。它會為水產養殖提供適宜的條件，但同時也會對地下水和排水等帶來不利影響，并會加劇海岸侵蝕。同時會影響鳥類生長環境及種群的生存，對海洋生態影響嚴重。

潮汐能流發電通過在水下安裝潮汐渦輪機來實現發電，不需要在海面筑壩，不會改變周邊海域的水動力環境，從而不會導致海洋生物、海水交換和海底地形地貌等發生改變。同時，潮汐渦輪機體積相對較小，對海洋魚類影響較小。

筑壩式發電與潮汐能流發電技術對比如表2所示。

表2 筑壩式發電與潮汐流能發電比較

表2表明，潮汐能流發電技術在選址、耗材、對生態環境的影響方面要優于筑壩式發電。但由于潮汐能流發電技術還處于試驗開發階段，技術成熟方面劣于筑壩式發電。

2 長三角地區潮汐能資源及利用現狀

2.1 江蘇省潮汐能資源及利用現狀

江蘇省地處我國東部沿海，位于長江、淮河下游，東臨黃海，西連安徽，北與山東接壤，南與浙江與上海毗鄰。江蘇海岸線長954km，海域面積約3.75萬km2，占全省土地面積37%。潮汐能資源主要集中在河流入口段，最主要集中在長江北支，總體裝機容量約為70.4萬kW，發電量為22.8億kWh。

目前江蘇已建成的潮汐能電站是瀏河潮汐能電站。該電站位于蘇州市太倉縣瀏河口。是利用長江潮汐能量依靠水閘擋落差進行雙向發電的試驗電站。于1973年初興建，1976年8月建成。該電站具有水頭低、能量大的特點，最低水頭0.3m，設計水頭1.2m，裝有75kW臥軸半貫流式水輪發電機組2臺，總裝機容量為150kW，設計年發電量為25萬kWh，1978年7月并網運行。另據中國投資咨詢網出版的《2009年-2012年中國潮汐發電行業投資分析及前景預測報告》中指出，根據江蘇省遠景規劃，江蘇如東正在積極開展潮汐發電項目的前期工作[4]。總體而言，江蘇省在潮汐能利用方面規模較小，未建有大型的潮汐能電站。

2.2 浙江省潮汐能資源及利用現狀

浙江省海域廣闊，海岸線總長6322km，是我國潮汐能資源最豐富、開發利用最早、取得業績最好的省份之一。浙江省近岸均為強潮區，沿海平均潮差為4.29m，潮汐能理論裝機容量為2896萬kW，可開發的潮汐能裝機容量為891萬kW，年發電量可達263億kWh，約占全國總量的40%。浙江省的潮汐能利用區主要有4個，重點區域為南田島灣潮汐能區、三門灣潮汐能區、江廈潮汐能區、海山潮汐能區，開發潛力較大。

浙江省江廈潮汐電站是目前我國最大、最先進的潮汐電站，位于浙江省溫嶺市西南角的江廈港，作為潮汐能開發利用的國家級試驗項目，被列入國家863科技攻關項目。該電站共安裝6臺雙向貫流式水輪發電機組，總裝機容量為3.9MW。此裝機容量位列世界第三，亞洲第一，僅次于法國朗斯潮汐電站和加拿大安娜波利斯潮汐電站。江廈潮汐電站的實際運行為我國沿海潮汐能資源的開發利用積累了豐富的經驗。

2.3 上海市潮汐能資源及利用現狀

上海市所處長江口北支，上承長江徑流，每日平均由長江流入的淡水水量約為1.6億m3。北支西起崇頭，東至連興港，全長約為79km。此河段屬非正規淺海潮，其中青龍港斷面平均漲潮時長為3.6h，平均落潮時長8.8h，最大潮差4.81m，平均潮差2.69m；海口斷面平均漲潮時長4.8h，平均落潮時長7.6h。三條港最大潮差為5.95m，平均潮差為3.04m[13]。理論統計，北支潮汐能總裝機容量為70萬kW，年發電量可達23億kWh，具有較好的開發利用前景。

表3 大中型潮汐電站規劃壩址

長三角地區，已做過規劃設計,有較好工作基礎,需進行綜合研究論證的大型電站壩址有3處，具有近期開發條件的中型電站有2處，如表3所示。

3 長三角地區潮汐能利用狀況及建議

雖然同處長三角地區，但各省市的潮汐能利用狀況差別較大，造成這種差別有如下原因。

1）地理因素。在長三角地區中，江蘇省雖然擁有近千公里的海岸線，但絕大多數海岸為沙岸，港灣不多。先天的地理因素決定了江蘇省的潮汐能資源欠豐富，因此很難大規模發展潮汐能電站。就全國范圍而言，浙江和福建兩省潮汐能資源蘊藏量最大，約占全國潮汐能總資源量的80.9%，并且港灣地形優越，潮差較大；

2）政策因素。國家在《新能源和可再生能源發展綱要（1996-2010）》中提出：“潮汐能的開發重點以浙江和福建等地區為主”。加之江蘇省的風能、太陽能等可再生能源應用發展迅速，使得政府在潮汐能電站方面的政策傾斜相對較小[4]。

基于長三角地區的潮汐能利用現狀及原因的分析，提出以下建議。

1）對長三角地區的潮汐能資源開展調查、試驗、研究工作，對潮汐能資源進行科學的開發和利用；

2）借鑒國外及國內大型潮汐能電站建設運行的成功經驗，結合本地實際資源情況，合理規劃、建設潮汐能電站，促進潮汐能發電規模化、產業化發展；

3）政府應加大扶持力度，對潮汐能這一清潔能源的利用給予政策傾斜，并做好戰略規劃。

4 結論

1）與風能、太陽能等其他可再生能源相比，潮汐能具有儲量大、影響因素少、可靠性高及能量轉化效率高等優點，利用前景廣闊；

2）潮汐能發電方式有單池單向發電、單池雙向發電、雙池雙向發電三種。單池雙向發電經濟性較好，應用較多；

3）潮汐能發電技術有筑壩式發電與潮汐能流發電兩種。筑壩式發電技術相對簡單、成熟，但對生態環境影響較大；潮汐能流發電處于實驗階段，但對生態環境影響微小。隨著技術的日趨成熟,潮汐能流發電技術在降低成本、提高經濟效益方面將取得很大進展，具有較高的開發價值。

4）長三角地區潮汐能資源豐富，可利用量大。以浙江、長江北支所占比重較大，其中浙江省潮汐能電站的建設和運行較成熟。由于地理原因，江蘇省潮汐能資源有限，但仍有開發利用價值。

5）作為一種重要的可再生能源，潮汐能的發展潛力相當巨大，且經過多年實踐，潮汐能發電的工作原理和總體構造已基本成型，可以進入大規模開發利用階段。隨著科技的不斷進步和世界能源形勢的日趨嚴峻，不遠的將來，潮汐能發電必將取得長足的進步和迅猛的發展。

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