潮汐發電機

潮汐發電機

潮汐發電機是將機械能轉變成電能的電機。通常由汽輪機、水輪機或內燃機驅動。小型潮汐發電機也有用風車或其他機械經齒輪或皮帶驅動的。

分類

發電機分為直流發電機和交流發電機兩大類。後者又可分為同步發電機和異步發電機兩種。現代發電站中最常用的是同步發電機。

這種發電機的特點是由直流電流勵磁,既能提供有功功率,也能提供無功功率,可滿足各種負載的需要。異步發電機由於沒有獨立的勵磁繞組,其結構簡單,操作方便,但是不能向負載提供無功功率,而且還需要從所接電網中汲取滯後的磁化電流。因此異步發電機運行時必須與其他同步電機並聯,或者並接相當數量的電容器。

這限制了異步發電機的套用範圍,只能較多地套用於小型自動化水電站。城市電車、電解、電化學等行業所用的直流電源,在20世紀50年代以前多採用直流發電機。但是直流發電機有換向器,結構複雜,製造費時,價格較貴,且易出故障,維護困難,效率也不如交流發電機。故大功率可控整流器問世以來,有利用交流電源經半導體整流獲得直流電以取代直流發電機的趨勢。

原理

潮汐發電機利用潮汐驅動葉片,從而帶動內部電機,將潮汐能轉換為電能,根據其安裝方式的不同,可大致分為固定式潮汐發電機和懸浮式潮汐發電機。前者底部固定在淺灘底部,後者則漂浮在淺水中。

潮汐電機與風力發電機均採用流體帶動葉片,驅使電機發電,但前者以水力為驅動,後者以風力為驅動。水的密度約為空氣密度的800倍,故理論上,在相同轉速下,潮汐發電機的功率將高於風力發電機。此外,潮汐發電機在運行過程中,均處於水面以下,不會對周圍產生噪聲及景觀破壞。

結構

同步發電機按所用原動機的不同分為汽輪發電機、水輪發電機和柴油發電機3種。它們結構上的共同點是除了小型電機有用永久磁鐵產生磁場以外,一般的磁場都是由通直流電的勵磁線圈產生,而且勵磁線圈放在轉子上,電樞繞組放在定子上。因為勵磁線圈的電壓較低,功率較小,又只有兩個出線頭,容易通過滑環引出;而電樞繞組電壓較高,功率又大,多用三相繞組,有3個或4個引出頭,放在定子上比較方便。

發電機的電樞(定子)鐵心用矽鋼片疊成,以減少鐵耗。轉子鐵心由於通過的磁通不變,可以用整體的鋼塊製成。在大型電機中,由於轉子承受著強大的離心力,製造轉子的材料必須選用優質鋼材。

潮汐能發電形式

(1)單池單向發電,即落潮發電。漲潮時壩門打開,海水充滿蓄水池;落潮時壩門關閉,潮水驅動水輪機發電。

(2)單池雙向發電,即落潮和漲潮都發電,且與揚水並用。為了保持落差,並非落潮一開始就發電,而是向蓄水池泵水,然後停機待機,直到潮水落到潮差的一半時才開始放水發電。反之亦然,漲潮一開始也不立即發電,而是將蓄水池剩餘的水抽向大海,再停機待機一段時間,直到潮水漲到一半潮差時再開始發電。儘管如此,用於發電的時間遠超過泵水和待機的時間和。

(3)雙池雙向發電,此時備有上、下兩個蓄水池,發電機組則布置在兩池之間,落潮時不是利用蓄水池與海面之間的水位差來發電,這就與不斷變化的海面水位無關。漲潮時上池被充滿,落潮時將下池放水,從而形成兩池之間的水位差。利用該水位差可使機組連續運轉。但這種發電型式在經濟上不合算,實際套用很少。

潮汐電場發展現狀

英國、韓國等海岸線綿長的國家已展開對潮汐能的積極開發,其中,蘇格蘭走在潮汐能開發的前列中。

2012年,蘇格蘭在Orkney島建成含30台潮汐發電機的潮汐電場,運行結果表明,該電場可產生1MW電能,足夠500戶沿海居民用電;

2015年,蘇格蘭在其北部沿岸地區擬建立400MW容量的潮汐發電場,該電場可滿足175,000戶居民用電;

據統計,蘇格蘭北部的Pentland灣,蘊含約10GW的潮汐能,並且從大西洋流入Pentland灣的洋流經過約8英里的狹長海峽後,潮汐流速將變得十分迅速,在此投入潮汐發電場,將獲得較高收益。

此外,其餘國家也建成許多大型潮汐發電場。韓國耗資56億美元,在京畿道建成全球裝機容量最大的潮汐發電場——Sihwa Lake潮汐發電場,總容量達254MW,該發電場在緩解沿海潮汐對陸地侵蝕的同時,也產生大量清潔能源。

中國擁有近300萬平方公里的海域與3.2萬公里長的海岸線,名列世界第6位。海岸線分為大陸岸線與海島岸線,其中大陸岸線為1.8萬公里。其北部起始點為鴨綠江口,南方終點為北崙河口。由此可見,中國具有發展潮汐能的有利條件,早在上個世紀八十年代,中國就在浙江省溫嶺市建成江廈潮汐電站,總裝機容量為3.2MW,電站建築物有堤壩、水閘、發電廠房和升壓站各一座。堤壩為粘土心牆堆石壩,在海中拋石、土而成。壩基為飽和海塗淤泥質粘土,層厚46m。堤壩全長670m,最大壩高15.1m。中國沿海建有大量風電場,但風能資源豐富的沿海,常面臨颱風侵襲。潮汐發電機通過機械裝置固定在淺灘底部,可有效抵禦颱風侵襲,同時不妨礙海岸景觀,也不產生噪聲,可能是中國颱風多發地區,開發可再生能源,實現清潔低碳發展的有效途徑。

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