连通渤海海峡打造世界最大潮汐能发电站冯玉霄

发表时间:2020/5/22   来源:《建筑实践》2020年3期   作者:冯玉霄
[导读] 潮汐能发电是最容易预测的清洁能源之一,
        摘要:潮汐能发电是最容易预测的清洁能源之一,它是水利发电的一种,潮汐能发电是把海水水头间的重力势能转换成的电能。现阶段,潮汐能并没有被广泛的应用,随着技术的发展潮汐能在未来发电领域有着广泛的应用前景和潜力。
关键词:渤海湾;潮汐能发电;清洁能源

1.潮汐发电简介
        潮汐是由于月球对地球的引力而产生的。渤海每天都有两次涨潮和两次落潮,这就意味着我们每天可以利用四次潮汐能发电。
        潮汐能发电就是利用涨落潮时的水位差来推动水轮机,再由水轮机推动发电机,从而产生电力[1]。从能量转换的角度来看,潮汐能发电是将海水的动能和势能转换成机械能,再由水轮机带动发电机把机械能转换成电能[2]。通过在海湾特定的位置建立大坝和闸门可使得海湾内海和外海区域分离,从而令海湾看起来像是一个巨大的水库。海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波[3]。通过调节闸门的开闭时间,利用大坝两侧水位的高度差驱动水轮机发电机组从而产生电能。
2.渤海湾潮汐能发电站
        渤海在黄海湾、韩国湾和中国东北方的最深处,面积大约为7.8万平方公里,南北两端最短距离约109千米,平均潮差3米,平均水深12.5米[4]。若能建成横跨南北两端的大坝,将整个渤海湾围起来,那么便可以利用潮水的涨落进行发电。与传统的内陆水电站不同,潮汐能电站的水位差往往很低,但是由于其蕴含巨大容量的海水,这使得发电量不可小觑。
        这项大工程可以分为10个步骤,即利用渤海海峡之间的礁岛建立10个独立的大坝,再将10个大坝统一连成横跨渤海海峡,形成长达100多公里的渤海湾大坝。坝顶可以修建高速公路从而缩短烟台至大连的通行时间,更好的服务渤海地区城市圈的建设;在坝体内装设水轮发电机用于发电。
        整个工程可分为10段大坝,第一段大坝南起烟台蓬莱市西庄村,北至烟台市长岛县山前村,长度达10公里;第二段大坝从烟台市长岛县荻沟村向西到凤凰山的东面,全长4公里;第三段大坝从凤凰山西侧到黑山区公所的东面,大坝长度约5公里;第四段大坝从黑山区公所土岛村向北至一个无名岛(东经120.65,北纬38.06)的南侧,全长8.6公里;第五个大坝从无名岛的北侧到砣矶区公所南侧的石磨嘴村,全厂13.7公里;第六个大坝从砣矶区公所北侧阴子湾到,小钦岛区公所的南村,全长11.3公里;第七、八、九这三个大坝在小钦岛区公所和南隍城区公所间建立,三个大坝长度分别是2.6公里,4.6公里和2公里,总长达9.2公里;最后一段大坝的长度是最长的,从南隍城区公所北侧的后山村到大连市旅顺口区最南侧的陈家村,长度超过40公里。大坝坝体的总长度大约在103.3公里,但是介于渤海湾平均水深只有12.5米,因此,这项工程在现阶段应该是完全可行的。


2.3 渤海潮汐发电站的装机容量及投资
        渤海海域面积约为7.8万平方公里,潮头大约有3米,每一次涨落潮大约有千克(m=ρsh,)的水流入(出)渤海湾,每天交替的涨潮落潮有两次,这就意味着一天有四次发电的时间段,产生的能量大约是J(w=mgh=),假设水轮机的利用效率可达到90%,每天可产生电能约0亿度电,按照年发电小时数五千计算,可以估计渤海湾潮汐能发电站的总装机容量大约为5.11亿千瓦。
        三峡大坝全长2308米,坝高185米,装机容量为2240万千瓦[6],据审计署报告,三峡大坝的静态投资达到1352.66亿元,其中包括移民资金529.02亿元[7],如果除去移民资金,整个三峡工程的建设大约是823.64亿元。相对于三峡大坝,渤海湾大坝是矮胖的大坝,因为渤海湾平均水深只有12.5米,而在实际建设中,我们可以避开深水区,尽量在浅水区施工作业,由于水越深,水压越大,相对于三峡的蓄水深度,渤海湾大坝坝体的建设成本要低很多。从装机容量方便考虑,渤海湾大坝的装机容量可达到5.11亿千瓦,几乎是三峡大坝的20倍,坝体总长度预估105公里,加上坝顶高速公路按每公里2亿的建设成本,初步预计总投资约1.6万亿元。
2.4 渤海潮汐发电站带来的优势
        从整体收入来看,以0.2元每度的上网电价计算,渤海湾大坝每天的卖电收入可达到14亿元。修建渤海湾大坝可以促进渤海湾经济带的建设,减少汽车绕行带来的不必要的石油消费,极大的缩短当地居民出行时间,减少燃煤消耗,按电量折算每年节约燃煤7亿吨,从而大大降低了资源环境压力,积极推动我国的海洋战略,甚至可以为韩国、日本、朝鲜提供低价绿色的电能为全球能源互联网的建设做出贡献。
3 结论
        潮汐能发电的成本在现阶段还是比较高的,但是随着化石能源的日趋消耗,全世界范围对于节能减排重视成度的加大,潮汐能这种清洁能源必将会越来越得到重视和应用。如何合理利用海洋资源是未来五十年乃至一百年后中国能否继续成为世界重要经济体的关键。
参  考  文  献
[1]Wang?Y,?Fang?G,?Wei?Z,?et?al.?Cotidal?charts?and?tidal ?power?input?atlases?of?the?global?ocean?from?TOPEX/?Pose-?idon?and JASON-1?altimetry[J].?ACTAOCEANOLOGI?-CA?SINICA,?2012,?31(4):11-23.
[2] 戎晓洪.潮汐能发电的前景[J]。可再生能源,2002 ,5 :40
[3] 冯金泉.潮汐能的利用及前景[J] .电世界,1996 ,7 :7.
[4] 中国产业调研网. 中国潮汐发电行业现状调研及发展前景分
析报告(2015-2020年), 报告编号:160596A.
[5] 王承礼. 渤海的疆域和地理[J]. 北方文物, 1983(04):10-16..
[6] 梅龙. 三峡大坝要览[M]. 中国地质大学出版社有限责任公司, 2012.
[7]人民网,审计署公布长江三峡竣工财务决算草案审计结果,http://politics.people.com.cn/n/2013/0607/c1001-21776413.html
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