CN101178050A - 新型潮汐能开发模式及万能工况潮汐电站 - Google Patents

Abstract

一种潮汐发电方法及万能潮汐电站，它是在浅滩或浅海上用围堤方法围合成A、B两蓄水库，并在围堤上对应于A库和B库设置有进水闸门和出水闸门，在A库和B库之间的隔堤上安装有利用水位差进行发电的水轮发电机组，当天文潮退至最低潮位时，对应于B库的出水闸门关闸，等待涨潮；当涨潮时，A库进水闸门打开进水，且其水位达到B库与A库水位差至发电最小设计水头差以上时，水轮发电机组开始发电；当天文潮涨至最高潮位时，A库进水闸门关闭，水轮发电机组利用A、B库水位差继续发电；此时，B库水位上升，A库水位下降；当退潮潮位退至低于B库水位以下时，B库开闸泄水，使B库水位随退潮降至最低潮位，水轮发电机组仍可继续发电直至涨潮进入下一个轮回；它具有发电时间长，单位电能造价低，电能质量可控性强，建站适用面宽，资源综合开发率高等特点。

Description

新型潮汐能开发模式及万能工况潮汐电站

技术领域

本发明涉及的是一种水力发电装置及发电方法，尤其是一种利用潮汐发电的装置及潮汐发电方法。

背景技术

潮汐能的开发已有半个世纪的历史，传统的潮汐能开发都是利用海湾，在其口门处筑坝建站。这种海湾型单库潮汐电站存在着发电时间短、电能质量差，单位电能造价高等弊端，因此，至今在全球只有60-80年代建造的法国朗斯潮汐电站，装机20万kw；中国江夏潮汐电站，装机3000kw；加拿大安纳波利斯等三座，以后直至二十世纪末均无建树，究其原因，一是经济性，二是电能质量的可控性，三是海湾可开发潮汐能资源的局限性还都不具备市场开发价值。进入二十一世纪后，由于受石油危机的影响和二氧化碳减排的压力，潮汐能作为一种洁净可再能源而再次被世界各国所重视。韩国举巨资从04年开始兴建总装机规模1000Mw的青蛙湖潮汐电站就好是一个例证，该电站一期工程260Mw装机可在08年建成投产。目前，英国、菲律宾、美国等其它资源的国家都在积极筹备之中。但是，潮汐电站开发中的经济性、电能质量的可控性和资源的局限性这三大问题，仍将是潮汐能大规模开发制约因素。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种利用潮汐能源进行海水潮汐发电的新型潮汐能开发模式及万能工况潮汐电站。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的新型潮汐能开发模式，该模式是在浅滩或浅海上用围堤方法围合成A、B两蓄水库，并在围堤上对应于A库和B库设置有进水闸门和出水闸门，在A库和B库之间的隔堤上安装有利用水位差进行发电的水轮发电机组，当天文潮退至最低潮位时，对应于B库的出水闸门关闸，等待涨潮；当涨潮时，A库进水闸门打开进水，且其水位达到B库与A库水位差至发电最小设计水头差以上时，水轮发电机组开始发电；当天文潮涨至最高潮位时，A库进水闸门关闭，水轮发电机组利用A、B库水位差继续发电；此时，B库水位上升，A库水位下降；当退潮潮位退至低于B库水位以下时，B库开闸泄水，使B库水位随退潮降至最低潮位，水轮发电机组仍可继续发电直至涨潮进入下一个轮回。

一种万能工况潮汐电站，该电站包括在浅滩或浅海上用围堤围合成一与大海隔离的、大面积的蓄水库池，该蓄水库池的中间用隔堤隔成相对独立蓄水的A库和B库，A、B两库面向大海的围堤上分别设置有至少一个进水闸门和一个出水闸门，而在A库和B库之间的隔堤上建造有至少一台利用水位差进行发电的水轮发电机组。

所述的围堤是由砌筑堤坝围合而成，对应于A库和B库围堤上设置的进水闸门和出水闸门分别由闸门架、导闸槽以及闸门构成并可控。

所述的A库和B库之间的隔堤上安装有单向贯流式水轮发电机组，并成为隔堤的组成部分

所述的A库为上库，其对应的围堤上设置有进水闸门，所述的B库为下库，其对应的围堤上设置有出水闸门，所述的A库还配置有提水设备。

本发明改变了潮汐能电站传统的开发和运行模式，使潮汐能开发由海湾走向浅海成为现实，使可开发潮汐能资源总量拓展5倍以上，使潮汐能开发的经济性、电能质量的可控性以及资源开发的拓展性具备了市场开发价值，有助于缓解全能源需求和二氧化碳减排压力。

本发明具有如下几个特性，一是电能质量的可控性：根据AB库水量调节能力和机组容量的配置，可组合多种发电运行工况；它发电时间最长，装机容量最小，而单位千瓦日利用小时最高可达24小时；电能质量最好，峰荷电能最多，相应加大装机容量，降低发电利用小时，可替代蓄能电站调峰功能；介于上述两种工况之间，也可组合电站经济效益最好配置工况；所述的A、B库潮汐电站可根据不同需求来配置A、B库库容的配比和装机容量，可使潮汐电站的电能质量满足电网负荷的要求。

二是造价的经济性：由于潮汐电站是低水头大直径贯流式水轮机组，又需要特种钢材和特种涂料保护，因此，机电设备是潮汐电站的投资主体，约占常规潮汐电站投资的60％以上；AB库潮汐电站的发电利用小时是传统潮汐发电利用小时的2-3倍，同等资源量的装机容量可比传统单库潮汐电站减少50％以上，可大幅度降低单位电能投资的造价，其经济性显而易见。

三是资源的拓展性：以浙江为例，据七十年代全国海洋能普查成果，浙江沿海-20.0m以上海湾海域面积4851.4平方公里，潮汐能可开发总装机容量891.39万kw，年可发电量266.9亿kwh，可开发资源局限在海湾海域。本发明所选的站址已不受海湾的约束，可以在浅海上围湖建站。浙江沿海近滩浅海资源丰富，根据1985年全国海岸带调查资料，-20.0M等高线以上浅海面积(包括海湾)为24286,9平方公里；可开发潮汐能蕰藏量是原普查资料总量的5倍，这一资源总量也是浙江省陆域水电资源可开发总量的5.5倍，因此AB库潮汐电站具有很强的资源的拓展性。

本发明与现有技术相比，具有发电时间长，单位电能造价低，电能质量可控性强，建站适用面宽，资源综合开发率高等特点。不仅能突显出其商业开发价值，并使潮汐能开发突破海湾资源的传统理念而面向巨大的浅海潮汐能，有助于缓解全球能源需求和二氧化碳减排压力，其社会效益、经济效益和环境效益不可估量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的新型潮汐能开发模式，它是在浅滩或浅海上用围堤方法围合成A、B两蓄水库，并在围堤上对应于A库和B库设置有进水闸门和出水闸门，在A库和B库之间的隔堤上安装有利用水位差进行发电的水轮发电机组，当天文潮退至最低潮位时，对应于B库的出水闸门关闸，等待涨潮；当涨潮时，A库进水闸门打开进水，且其水位达到B库与A库水位差至发电最小设计水头差以上时，水轮发电机组开始发电；当天文潮涨至最高潮位时，A库进水闸门关闭，水轮发电机组利用A、B库水位差继续发电；此时，B库水位上升，A库水位下降；当退潮潮位退至低于B库水位以下时，B库开闸泄水，使B库水位随退潮降至最低潮位，水轮发电机组仍可继续发电直至涨潮进入下一个轮回。

附图1所示，本发明所述的万能工况潮汐电站，该电站包括在浅滩或浅海上用围堤围合成一与大海隔离的、大面积的蓄水库池1，该蓄水库池1的中间用隔堤2隔成相对独立蓄水的A库和B库，A、B两库面向大海的围堤3上分别设置有至少一个进水闸门4和一个出水闸门5，而在A库和B库之间的隔堤2上建造有至少一台利用水位差进行发电的水轮发电机组6。

所述的围堤3是由砌筑堤坝围合而成，对应于A库和B库围堤上设置的进水闸门4和出水闸门5分别由闸门架、导闸槽以及闸门构成并可控。所述的围堤可以全部或部分利用堤坝或岸线7组成。

所述的A库和B库之间的隔堤2上安装有单向贯流式水轮发电机组6，并成为隔堤的组成部分。所述的隔堤可以人工制作，也可全部或部分利用自然形成。

所述的A库为上库，其对应的围堤上设置有进水闸门，所述的B库为下库，其对应的围堤上设置有出水闸门，所述的A库还可以配置有提水设备，并变换成抽水蓄能发电。

本发明所述的A、B库潮汐电站的原理与抽水蓄能电站相同，所不同的是：AB库潮汐电站不用抽水，而是利用潮位差自流进水，并对两库内的水位差进行控制，达到水轮发电的目的。本发明所涉及的诸如单向贯流式水轮发电机组及其安装和使用等技术均属于公知技术范围，包括闸门技术等，凡本发明未进行详细阐述的均为公知的常规技术内容。

实施例如下：站址区域选择在浙江省东南沿海的三门湾海区，-10m等高线的海湾及浅海面积3100余平方公里，其中三门湾海湾面积775平方公里，其中潮滩面积295平方公里，海区平均水深小于10米。

潮汐特性参数：该海域潮汐涨落潮历时12小时25分，其中，涨潮5小时51分，退潮6小时34分，最大潮差7.75米，平均潮差4.25米；潮位平均涨速每小时0.73m，潮位平均退潮速度每小时0.65米，规划阶段有效设计潮差取用4.0米。发电特征指标：为简化复杂潮汐发电特征指标的分析计算，采用等水域面积对比法。本次分析计算，设定海域使用面积210平方公里，设计绝对潮差4.0m。

原单库常规潮汐电站的设计：单库面积210平方公里，最高水位4.0米，最低水位相应调节库容5.25亿立方米，发电最小水头1.5m最大水头根据退潮速率与发电落水位联调计算；设计装机容量为40万kw装机，每小时发电水量1.2亿立方米，水库水位下降速率为0.571；退潮速率为0.605m，启动发电水头1.5mX1.07退潮速率比，实际发电用水量4.6亿立方米，可发电量164万度，年发电利用小时2993小时。

本发明AB库潮汐电站的设计：AB库总面积210平方公里，其中设定A库面积110平方公里，B库面积100平方公里；综装机容量20万kw。经调节计算，A库最高水位4.0mi，最低水位2.02m；B库最低水位0.0m，最高水位2.0m。库外潮位涨至1.7m，B库水位0.0m，开始发电。涨潮至4.0m机组发电时间为3.35小时。开始退潮机组继续发电1.0小时，使A库水位降至3.53m，B库水位涨至2.00m后停止发电；当库外潮位退至2.00m所需退潮时间2.68小时，电站停机时间1.68小时；潮位从2.0m退至0.0m尚有3.28小时；退潮过程机组实际可发电时间为4.28小时；全潮发电时间总长7.63小时，每潮可发电量为152.6万kw，年发电利用5570小时。

从上面实施例的对比可知，AB库潮汐电站存在有如下几个相对优势：一是可大幅度降低单位电能造价，AB库潮汐电站所需装机容量是传统单库潮汐电站装机容量的50％，装机利用小时可提高86.1％，潮能资源有效利用率降低7％；机电设备投资可减少100％。由于在中国潮汐电站的机电投资一般大于土建投资，因而常规潮汐电站的单位电能高居不下。而A、B库潮汐电站，可减少50％的机电投资，使单位电能投资指标可优于已建常规潮汐电站的指标。二是库区资源综合利用优于常规单库潮汐电站。目前潮汐电站的开发十分注重库区的水产养殖和旅游资源的开发利用以提高综合效益。AB库潮汐电站除上述综合开发利用外，由于B库最高水位要比最高天文潮低2.0m，即比传统潮汐电站水库最高水位低2.0m。B库库区沿海湾围边高差2.0m的滩涂均露出水面而成为农业生态可开发的土地，这一可贵的土地资源将彻底改变B库居民的生产条件和生活环境，其社会效益巨大。三是改变了潮汐电站电能质量差的传统观念，因AB库潮汐电站具有良好可调节性，同样的水库使用面积可根据电网电力负荷的要求来确定装机总规模，装机越大，顶峰能力越强，使AB库潮汐电站也具有网电调峰功能。

本发明属于一种新潮汐发电的方法，因潮汐发电技术已经相当低成熟，因而诸如水轮发电机组等设备的安装均属于常规的技术手段，所以本领域的技术人员在了解本发明内容的基础上，结合公知常识及相关技术，就能轻松地实施本发明。

Claims (5)

1.一种潮汐发电方法，该方法是在浅滩或浅海上用围堤方法围合成A、B两蓄水库，并在围堤上对应于A库和B库设置有进水闸门和出水闸门，在A库和B库之间的隔堤上安装有利用水位差进行发电的水轮发电机组，当天文潮退至最低潮位时，对应于B库的出水闸门关闸，等待涨潮；当涨潮时，A库进水闸门打开进水，且其水位达到B库与A库水位差至发电最小设计水头差以上时，水轮发电机组开始发电；当天文潮涨至最高潮位时，A库进水闸门关闭，水轮发电机组利用A、B库水位差继续发电；此时，B库水位上升，A库水位下降；当退潮潮位退至低于B库水位以下时，B库开闸泄水，使B库水位随退潮降至最低潮位，水轮发电机组仍可继续发电直至涨潮进入下一个轮回。

2.一种万能潮汐电站，其特征在于所述的该电站包括在浅滩或浅海上用围堤(3)围合成一与大海隔离的、大面积的蓄水库池(1)，该蓄水库池(1)的中间用隔堤(2)隔成相对独立蓄水的A库和B库，A、B两库面向大海的围堤上分别设置有至少一个进水闸门(4)和一个出水闸门(5)，而在A库和B库之间的隔堤上建造有至少一台利用水位差进行发电的水轮发电机组(6)。

3.根据权利要求2所述的万能潮汐电站，其特征在于所述的围堤(3)是由砌筑堤坝围合而成，对应于A库和B库围堤上设置的进水闸门(4)和出水闸门(5)分别由闸门架、导闸槽以及闸门构成并可控。

4.根据权利要求2或3所述的万能潮汐电站，其特征在于所述的A库和B库之间的隔堤(2)上安装有单向贯流式水轮发电机组(6)，并成为隔堤的组成部分

5.根据权利要求4所述的万能潮汐电站，其特征在于所述的A库为上库，其对应的围堤(3)上设置有进水闸门(4)，所述的B库为下库，其对应的围堤(3)上设置有出水闸门(5)，所述的A库还配置有提水设备。

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