基于沉浮式潮汐发电装置的设计与研究

基于沉浮式潮汐发电装置的设计与研究

李仁科

(齐鲁理工学院山东济南250200)

摘要：随着对环境污染越来越重视,很多国家都加紧潮汐能发电的研发。通过对国内外潮汐能研究现状的梳理,基于我国潮汐能研究和开发现状,本文提出了一种可升降的发电厂平台装置，通过人为增加自然潮汐的水位差，并采用双向发电增大了发电效率，且选址不局限于河口、海湾，也没有淤积威胁。我国是个海洋大国,拥有漫长的海岸线,在开发利用潮汐能方面有得德天独厚的地理条件,所以笔者认为对潮汐能发电装置进行研究有着非常现实的意义。

关键词：潮汐能；发电装置；升降平台

1国内外潮汐能发电现状

潮汐发电与普通水力发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐能是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种，潮汐发电在国外发展很快。欧洲各国拥有浩瀚的海洋和漫长的海岸线，因而有大量稳定、廉价的潮汐资源，在开发利用方面一直走在世界前列。

但我国的潮汐发电也存在一些制约因素，首先潮汐发电过程中需要将设备放置在潮汐流中，在海水不断的涨、退潮冲刷中如何保证设备的防腐、密封、可靠是首要需要考虑的，目前在设备方面的研究还欠缺。虽然潮汐发电的成本约为火力发电成本的八分之一，但是潮汐发电站的建立成本确远远高于一般电站的建立。高成本的产生一方面来源于潮汐发电所需设备造价较高，技术难度较大；另一方面主要是由于目前我国的潮汐发电尚未进入商业化，较高的成本投入却换不回相应的收益，潮汐发电企业很难保证收支平衡。

2智能升降平台的设计与构想

2.1潮汐发电系统

本系统与互联网有机结合，通过对海洋水位信息的采集后对其进行处理与预测，根据实际的水位差进行判断平台的升降。预用海水的潮汐水位差，开发潮汐发电，系统简易工作流程图如图1.

图1系统工作流程图

2.2智能升降平台发电装置的设计

选择大陆架向海延伸的边缘水域，在水深8—20m较为平坦的海床地方，避开重要航线和海底缆线，占海面1km²左右建造潮汐发电厂。为不影响海水循环和鱼类洄游，选址水位不可太浅。

在低潮时的海平面下1.5m深的平面上建造可以升降的平台。平台由若干小平台拼装组成。小平台分为两种：一种外围平台建有有围堰，中间平台没有，平台和平台之间密封连接。每个小平台面积拟在50m×50m为宜，每个小平台上设有两个进出水孔，进水孔安装在平台底部。孔上装涡轮发电机组，进水出水均可发电。有围堰的小平台均在大平台周边设置，其立墙设立式孔门，亦能安装发电机组，各发电孔门均设有相应目数的网盖，平台进水时网盖开启，以利水和鱼类进入，平台向外溢水时关闭，以防鱼外逃。

平台下部为网格样托架梁，平台底层由锚入海床的三角架支撑，三角架上部为可伸缩的圆柱（或方形）状垂直立柱，伸缩幅度宜在1.5m左右，缩时平台下沉，可加大平台水容量，伸缩期间均能加大平台内外的水位差，提高发电效率。

一个平台下计有三角支架（81+36+4）121组，每组支架分别在网格樑的十字接点、三角接点和拐角下部按装支撑。网格托架樑由100个方格组成，每个方格上安放一个小平台。整个平台升起静止时应保持在低潮水位持平或略高。涨潮开始平台亦开始下沉，直至最高潮位时止，潮水位顶峰后期则平台开始上升，直到潮水最低时静止，此时平台上无水，可清理平台上遗留藻类和收集搁浅的鱼类。

一个发电平台上设一个主控室，出水高度应超出高潮水位10m或更高。顶部设通讯网络基站和避雷设备。主控室内设配电设备，收集各发电机组所产生的电能，把其输入电网。设燃油发电机组以及员工生活区及小型冷库等，内设控制整个平台升降的闸阀，使整个平台的升降同步，也可设海产品初加工的车间。

平台上所有管线应在平台建造时预先埋设，以利于平台上杂物清除和搁浅鱼类的收集作业。每个平台都是一个框架式沉箱，如此大的水量在一个潮汐周期内入出，产生的能量相当可观，设想利用此能量发电。

2.3设想平台装置的注意事项

平台应选用轻质建造材料。三角支架上部立柱的伸缩应是一液压装置，具有大吨位的顶力，类大型千斤顶。视需要三角支架密度可以增加，尤其电厂平台周边及主控室下部，这些部位的垂直重量会大于其它部位。

加强电厂平台的整体性，第一使用高强度的建造材料；第二小平台可做成框架立体板块样，其内部及周边为斜拉筋和直立柱。各小平台之间即增加连接点，使整个平台增大了抗折、抗剪、抗拉性，且基本不影响储水。

平台底面可布置众多气囊，可辅助平台上升，直到平台底面与外海水面持平，须下沉时则排除气体。若小平台设计为立体框架样，其顶面很可能超出海水平面，其上面可安装光伏发电板，所产电能主用于向高压气罐持续充气，多余电力亦可输入电网。

有框架的电厂平台还可设置网箱，进行海生生物养殖和开发旅游项目等。气囊排气时的气流亦可做功。当然前期可先建造规模更小的实验性电厂，摸索经验，然后扩大规模。

3总结

此文纯属个人设想，仅为概念或模型，其规模及效益等均需专家论证及实验结果而定，一方面实现潮汐发电，还可开发海洋水产及旅游等项目。若认为可行，宜建议国家作为一科研项目，建立相应的试验基地，组织院校及科研人员（单位）联合攻关。此类发电工程在全球除极少数内陆国家外凡有海岸线的国家及岛屿周边海域(有冰冻期的海域除外）均可选址建造，国际市场潜力巨大。

参考文献：

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[2]张晓君,程振兴.潮汐能利用的现状与浙江潮汐能的发展前景[J].中国造船，2010，S1:144-147.

[3]石洪源，郭佩芳.我国潮汐能开发利用前景展望[J].海岸工程，2012，01：72-80.