月球“驅動”的海洋能源

陳睿山 陳凱 宋雯

日月繞轉，朝夕之間，潮漲潮落，有兩種十分可觀的清潔能源就蘊藏其中——潮汐能和潮流能。它們是怎樣產生的？有什么區別？我們又該如何應用呢？

?地球在地月中心連線上受到的引潮力示意圖

月球、太陽等的引潮力引起地球表面海水周期性漲落，其中月球以近取勝占主導（關于引潮力，可見《知識就是力量》2023年4月刊）。這種漲落現象伴隨兩種運動，一種是漲潮和退潮引起的海水垂直升降運動，另一種是漲潮和退潮引起的海水水平運動，前者稱為潮汐，后者稱為潮流，所對應的能量分別為潮汐能和潮流能。

潮汐能是以勢能形式出現的海洋能。引潮力的變化引起地球上海水的潮汐現象，會使海平面發生周期性升降，而這個過程中海水勢能的變化就會產生潮汐能。具體的過程為：漲潮時，洶涌而來的海水具有很大的動能，而隨著水位的升高，海水的動能不斷轉化為勢能；在落潮時，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢能又轉化為動能。

潮汐發電是利用海灣或河口等地形，建筑水堤形成水庫或潮汐堰壩，利用海水漲落所造成的水位差來推動水輪機，再由水輪機帶動發電機來發電，原理與一般的水力發電一致。

?潮汐發電的原理

潮汐能的能量與潮量（海水量）和潮差（高度差）成正比。世界上較大的潮差值為13～15米，但一般來說，平均潮差在8米以上就有實際應用價值。而且由于潮汐具有周期性，所以潮汐能比風能和太陽能具有更強的預測性。

位于中國浙江溫嶺的江廈潮汐電站，目前的裝機容量為4.1兆瓦，年發電量約700萬千瓦時，是中國第一、世界第四的潮汐能電站。近年來，這里還發展了潮光互補型智能光伏電站的能源綜合利用，更好地提高了電力供應的穩定性。

潮流能是海水在漲落潮周期運動中所攜帶的動能。它和潮汐能一樣都具有較強的規律性，可進行預測。

在淺海、海峽、海灣、河口等地理位置上，潮漲潮落會引起較大的潮流，即水流的速度更快，因此可直接利用潮流來推動水輪機轉動，潮流的動能轉化為電能，這種方法類似于風力發電機，這種機器也稱之為潮流發電機。

?潮流能發電示意圖

潮流發電機一般固定在海底，這樣可以有效避免臺風的破壞，也可采用漂浮式結構。這種發電方式無需建造大型水壩，對海洋環境影響小，也不占用寶貴的土地資源。潮流能與風能、太陽能相比，能量密度較高，約為風能的4倍、太陽能的30倍。

潮汐能與潮流能開發也面臨一些不利因素。例如，二者的能量大小隨漲落潮發生周期性變化，因而發電機輸出的電能不穩定，需要經過后續處理才能使用；部分發電裝置在海水中工作，環境較為嚴酷，對裝置的耐腐蝕、抗風浪、防滲漏等性能有嚴格要求，且海上安裝需要較高的施工技術和相應的海洋工程裝備，總體開發成本較高。但是在未來，隨著技術的發展，這些難題都將逐步被攻克。

潮汐能與潮流能的開發不排放任何污染物，都是環境友好型綠色能源，它們將成為未來能源的重要補充，對解決海島及沿海地區能源供應具有重要意義。

浙江溫嶺潮光互補型智能光伏電站

浙江舟山的潮流能裝置

（責任編輯 / 張麗靜? 美術編輯 / 周游）