[科普中國]-潮汐發(fā)電機

潮汐發(fā)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。小型發(fā)電機也有用風車或其他機械經齒輪或皮帶驅動的。

簡介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。小型發(fā)電機也有用風車或其他機械經齒輪或皮帶驅動的。1

分類發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種?，F代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機。

這種發(fā)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(fā)電機由于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后的磁化電流。因此異步發(fā)電機運行時必須與其他同步電機并聯，或者并接相當數量的電容器。

這限制了異步發(fā)電機的應用范圍，只能較多地應用于小型自動化水電站。城市電車、電解、電化學等行業(yè)所用的直流電源，在20世紀50年代以前多采用直流發(fā)電機。但是直流發(fā)電機有換向器，結構復雜，制造費時，價格較貴，且易出故障，維護困難，效率也不如交流發(fā)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(fā)電機的趨勢。1

原理潮汐發(fā)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(fā)電機和懸浮式潮汐發(fā)電機。前者底部固定在淺灘底部，后者則漂浮在淺水中。

潮汐電機與風力發(fā)電機均采用流體帶動葉片，驅使電機發(fā)電，但前者以水力為驅動，后者以風力為驅動。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(fā)電機的功率將高于風力發(fā)電機。此外，潮汐發(fā)電機在運行過程中，均處于水面以下，不會對周圍產生噪聲及景觀破壞，具體體現在：

風力發(fā)電機組在運行過程中將產生大量噪聲，而處于水中的潮汐發(fā)電機將不會產生噪聲；

風力發(fā)電機組葉片高速旋轉時可能危及飛過的鳥類，潮汐發(fā)電機葉片始終處于低速旋轉，不會危及附近魚類；

大量布置風力發(fā)電機將會對景觀造成影響，而處于水中的潮汐發(fā)電機則不會對景觀造成影響。2

結構同步發(fā)電機按所用原動機的不同分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)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(huán)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(fā)電機的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉子鐵心由于通過的磁通不變，可以用整體的鋼塊制成。在大型電機中，由于轉子承受著強大的離心力，制造轉子的材料必須選用優(yōu)質鋼材。2

潮汐能發(fā)電形式（1）單池單向發(fā)電，即落潮發(fā)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(fā)電。

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

（3）雙池雙向發(fā)電，此時備有上、下兩個蓄水池，發(fā)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(fā)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(xù)運轉。但這種發(fā)電型式在經濟上不合算，實際應用很少。2

潮汐電場發(fā)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(fā)，其中，蘇格蘭走在潮汐能開發(fā)的前列中。

2012年，蘇格蘭在Orkney島建成含30臺潮汐發(fā)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(qū)擬建立400MW容量的潮汐發(fā)電場，該電場可滿足175,000戶居民用電；

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

此外，其余國家也建成許多大型潮汐發(fā)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(fā)電場——Sihwa Lake潮汐發(fā)電場，總容量達254MW，該發(fā)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，南方終點為北侖河口。由此可見，中國具有發(fā)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，電站建筑物有堤壩、水閘、發(fā)電廠房和升壓站各一座。堤壩為粘土心墻堆石壩，在海中拋石、土而成。壩基為飽和海涂淤泥質粘土，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，常面臨臺風侵襲。潮汐發(fā)電機通過機械裝置固定在淺灘底部，可有效抵御臺風侵襲，同時不妨礙海岸景觀，也不產生噪聲，可能是中國臺風多發(fā)地區(qū)，開發(fā)可再生能源，實現清潔低碳發(fā)展的有效途徑。1

本詞條內容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學