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宇宙中的“弄潮儿”

月球、太阳等的引潮力引起地球表面海水周期性涨落,其中月球以近取胜占主导。这种涨落现象伴随两种运动,一种是涨潮和退潮引起的海水垂直升降运动,另一种是涨潮和退潮引起的海水水平运动,前者称为潮汐,后者称为潮流,所对应的能量分别为潮汐能和潮流能。

势能转化的潮汐能

潮汐能是以势能形式出现的海洋能。引潮力的变化引起地球上海水的潮汐现象,会使海平面发生周期性升降,而这个过程中海水势能的变化就会产生潮汐能。具体的过程为:涨潮时,汹涌而来的海水具有很大的动能,而随着水位的升高,海水的动能不断转化为势能;在落潮时,海水奔腾而去,水位逐渐降低,势能又转化为动能。

潮汐发电是利用海湾或河口等地形,建筑水堤形成水库或潮汐堰坝,利用海水涨落所造成的水位差来推动水轮机,再由水轮机带动发电机来发电,原理与一般的水力发电一致。

潮汐能的能量与潮量(海水量)和潮差(高度差)成正比。世界上较大的潮差值为13~15米,但一般来说,平均潮差在8米以上就有实际应用价值。而且由于潮汐具有周期性,所以潮汐能比风能和太阳能具有更强的预测性。

位于中国浙江温岭的江厦潮汐电站,目前的装机容量为4.1兆瓦,年发电量约700万千瓦时,是中国第一、世界第四的潮汐能电站。近年来,这里还发展了潮光互补型智能光伏电站的能源综合利用,更好地提高了电力供应的稳定性。

动能转化的潮流能

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潮流能是海水在涨落潮周期运动中所携带的动能。它和潮汐能一样都具有较强的规律性,可进行预测。

在浅海、海峡、海湾、河口等地理位置上,潮涨潮落会引起较大的潮流,即水流的速度更快,因此可直接利用潮流来推动水轮机转动,潮流的动能转化为电能,这种方法类似于风力发电机,这种机器也称之为潮流发电机。

潮流发电机一般固定在海底,这样可以有效避免台风的破坏,也可采用漂浮式结构。这种发电方式无须建造大型水坝,对海洋环境影响小,也不占用宝贵的土地资源。潮流能与风能、太阳能相比,能量密度较高,约为风能的4倍、太阳能的30倍。

背后的挑战

潮汐能与潮流能开发也面临一些不利因素。例如,二者的能量大小随涨落潮发生周期性变化,因而发电机输出的电能不稳定,需要经过后续处理才能使用;部分发电装置在海水中工作,环境较为严酷,对装置的耐腐蚀、抗风浪、防渗漏等性能有严格要求,且海上安装需要较高的施工技术和相应的海洋工程装备,总体开发成本较高。但是在未来,随着技术的发展,这些难题都将逐步被攻克。

潮汐能与潮流能的开发不排放任何污染物,都是环境友好型绿色能源,它们将成为未来能源的重要补充,对解决海岛及沿海地区能源供应具有重要意义。

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