潮汐水能

潮汐是沿海地區的一種自然現象，古代稱白天的潮汐為“潮”，晚上的稱“汐”，合稱為“潮汐”，它的發生和太陽，月球都有關係。海水漲落的潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。

海水週期性漲落水體形成的具有海流潮汐形成的動能。潮汐水能是月亮和太陽對地球的引力以及地球自轉所致。利用潮汐能漲落時所形成的水頭驅動水輪機轉動發電，現代常用潮汐來發電。海水漲落的潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由於地球的旋轉，這種水位的上升以週期為12h25min和振幅小於1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽引力的作用與此相似，但是作用力小些，其週期為12h。當太陽、月球和地球在一條直線上時，就產生大潮；當它們成直角時，就產生小潮。除了半日週期潮和月週期潮的變化外，地球和月球的旋轉運動還產生許多其他的週期性循環，其週期可以從幾天到數年。同時地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。除月球、太陽外，其他天體對地球同樣會產生引潮力。雖然太陽的質量比月球大得多，但太陽離地球的距離也比月球與地球之間的距離大得多，所以其引潮力還不到月球引潮力的一半。其他天體或因遠離地球，或因質量太小所產生的引潮力微不足道。如果用萬有引力計算，月球所產生的最大引潮力可使海水面升高0．563m，太陽引潮力的作用為0．246m，但實際的潮差卻比上述計算值大得多。如中國杭州灣的最大潮差達8．93m，北美加拿大芬地灣最大潮差更達19.6m。這種實際與計算的差別目前尚無確切的解釋。一般認為當海洋潮汐波衝擊大陸架和海岸線時，通過上升、收聚和共振等運動，使潮差增大。

潮汐水能的能量與潮量和潮差成正比。或者説，與潮差的平方和水庫的面積成正比。和水力發電相比，潮汐水能的能量密度很低，相當於微水頭髮電的水平。世界上潮差的較大值約為13～15m，但一般説來，平均潮差在3m以上就有實際應用價值。

潮汐發電與普通水利發電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然後，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。差別在於海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，並且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。潮水的流動與河水的流動不同，它是不斷變換方向的，潮汐發電有以下三種形式。

（1）單池單向發電

（2）單池雙向發電

（3）雙池雙向發電

潮汐是因地而異的，不同的地區常有不同的潮汐系統，它們都是從深海潮波獲取能量，但具有各自獨特的特徵。儘管潮汐很複雜，但對任何地方的潮汐都可以進行準確預報。海洋潮汐從地球的旋轉中獲得能量，並在吸收能量過程中使地球旋轉減慢。但是這種地球旋轉的減慢在人的一生中是幾乎覺察不出來的，而且也並不會由於潮汐能的開發利用而加快。這種能量通過淺海區和海岸區的磨擦，以1.7TW的速率消散。只有出現大潮，能量集中時，並且在地理條件適於建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有可能。雖然這樣的場所並不是到處都有，但世界各國已選定了相當數量的適宜開發潮汐能的站址。據最新的估算，有開發潛力的潮汐能量每年約200TW·h。

全世界潮汐能的理論藴藏量約為3X109kw。中國海岸線曲折，全長約1.8X104km，沿海還有6000多個大小島嶼，組成1.4X104km的海岸線，漫長的海岸藴藏着十分豐富的潮汐能資源。中國潮汐能的理論藴藏量達1.1X108kw，其中浙江、福建兩省藴藏量最大，約佔中國的80.9%，但這都是理論估算值，實際可利用的遠小於上述數字。

真實月球引力和平均引力的差值稱為干擾力（disturbingforce），干擾力的水平分量迫使海水移向地球、月球連線併產生水峯。對應於高潮（high tide）的水峯，每隔24小時50分鐘（即月球繞地球一週所需時間）發生兩次，亦即月球每隔12小時25分鐘即導致海水漲潮一次，此種漲潮稱為半天潮（semidiurnal tides）。

潮汐導致海水平面的升高與降低呈週期性。每一月份滿月和新月的時候，太陽、地球和月球三者排列成一直線。此時由於太陽和月球累加的引力作用，使得產生的潮汐較平時高，此種潮汐稱為春潮（Springtides）。當地球、月球和地球、太陽成一直角，則引力相互抵消，因此而產生的潮汐較低，是為小潮（neap tide）。

各地的平均潮距不同，如某些地區的海岸線會導致共振作用而增強潮距，而其他地區海岸線卻會降低潮距。影響潮距的另一因素科氏力（Coriolis force），其源自流體流動的角動量守恆。若洋流在北半球往北流，其移動接近地球轉軸，故角速度增大，因此，洋流會偏向東方流，即東部海岸的海水較高；同樣，若北半球洋流流向南方,則西部海岸的海水較高。

到目前為止，由於常規電站廉價電費的競爭，建成投產的商業用潮汐電站不多。然而，由於潮汐能藴藏量的巨大和潮汐發電的許多優點，人們還是非常重視對潮汐發電的研究和試驗。據海洋學家計算，世界上潮汐能發電的資源量在10億千瓦以上，也是一個天文數字。潮汐能普查計算的方法是，首先選定適於建潮汐電站的站址，再計算這些地點可開發的發電裝機容量，疊加起來即為估算的資源量。世界上適於建設潮汐電站的20幾處地方，都在研究、設計建設潮汐電站。其中包括：美國阿拉斯加州的庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷聖約瑟灣、澳大利亞達爾文範迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等地。隨着技術進步，潮汐發電成本的不斷降低，進入2l世紀，將不斷會有大型現代潮汐電站建成使用。

中國潮汐能的理論藴藏量達到1.1億千瓦，在中國沿海，特別是東南沿海有很多能量密度較高，平均潮差4～5m，最大潮差7～8m。其中浙江、福建兩省藴藏量最大，約佔全國的80.9%。中國的江夏潮汐實驗電站，建於浙江省樂清灣北側的江夏港，裝機容量3200kW，於1980年正式投入運行。

潮汐發電的主要研究與開發國家包括法國、前蘇聯、加拿大、中國和英國等，它是海洋能中技術最成熟和利用規模最大的一種。全世界潮汐電站的總裝機容量為265MW。