抽水蓄能潮汐電站

抽水蓄能潮汐電站，一種改進(jìn)的潮汐電站。主要由大圍堰、小圍堰、小水塔、抽水系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成。在高潮和低潮持續(xù)時(shí)間內(nèi)抽水至小水塔，再由小水塔流入小圍堰儲(chǔ)存。大圍堰形成圍堰內(nèi)外海水高度差，可充分利用天然內(nèi)灣形成的水域，減少?lài)吖こ塘?。小圍堰建在高處，不受漲落潮的時(shí)間限制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)組效率，降低發(fā)電成本。與普通潮汐電站相比成倍提高了潮汐能利用率。

潮汐電站工程主要由電站建筑物和機(jī)電設(shè)備組成。電站建筑物主要有堤壩、泄水閘和發(fā)電廠房等， 有通航要求的潮汐電站還應(yīng)設(shè)置船閘。

堤壩用來(lái)將水庫(kù)與外海隔開(kāi)，形成落差。多用海上圍堰法筑黏土心墻壩、堆石壩和土壩。因筑于海上，施工條件惡劣，近年國(guó)外使用預(yù)制混凝土浮運(yùn)沉箱法筑壩建站。

泄水閘用來(lái)對(duì)水庫(kù)泄水和充水。閘型一般采用平原地區(qū)擋潮閘常用的胸墻孔口平底堰閘。近年，中國(guó)發(fā)展了預(yù)制浮運(yùn)閘。這種閘先預(yù)制好各種閘門(mén)構(gòu)件，由船浮運(yùn)到建閘地點(diǎn)，定點(diǎn)沉放安裝而成。施工時(shí)不用圍堰或在岸上開(kāi)挖，施工方法簡(jiǎn)單，工程量少，投資少，在中國(guó)沿海大量使用。

發(fā)電廠房包括水輪發(fā)電機(jī)組、輸配電設(shè)備、起重設(shè)備、中央控制室、下層水流通道和閘門(mén)等。

法國(guó)朗斯潮汐電站建成于1966年，總裝機(jī)容量為240MW，單機(jī)功率為10MW，共24臺(tái)水輪機(jī)，年發(fā)電5.4億度，是當(dāng)時(shí)世界上最大的海洋能發(fā)電工程。其技術(shù)創(chuàng)新是采用了與常規(guī)水電站不同的，具有正反向發(fā)電、泄水和抽水的燈泡式貫流水輪發(fā)電機(jī)組，不但提高了潮汐能的利用效率，同時(shí)降低了電站的造價(jià)。該電站總的基建費(fèi)用為5.7億法郎（約1億美元），若按1973年的實(shí)際發(fā)電量計(jì)算，每度電的成本大概是水力發(fā)電的2倍。由于潮汐發(fā)電是波動(dòng)和間歇的，輸出功率變化大，全年平均輸出的電量為額定裝機(jī)能力的25%。

愛(ài)爾蘭斯特蘭福特灣的潮汐電站，斯特蘭福特灣潮汐電站是世界上十大可再生能源工程之一，也是目前為止，海洋上最大的潮汐發(fā)電站。不過(guò)該記錄將在2015年被建在韓國(guó)Wando Hoenggan Waterways的工程打破，該工程投資8.2億美元，裝機(jī)容量有300兆瓦，60英尺高(18米)的渦輪靠自身重力固定于海底。

中國(guó)江廈潮汐實(shí)驗(yàn)電站位于我國(guó)浙江省樂(lè)清灣北端的江廈港。該電站是1974年在原“七一”塘圍墾工程的基礎(chǔ)上建造的，集發(fā)電、圍墾造田、海水養(yǎng)殖和發(fā)展旅游業(yè)等各種功能為一體。該電站的特點(diǎn)是采用類(lèi)似法國(guó)朗斯電站的雙向發(fā)電的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。該站址最大潮差8.39m，平均潮差5.1m，原設(shè)計(jì)為6臺(tái)500kW機(jī)組，有6個(gè)機(jī)坑，實(shí)際安裝了5臺(tái)機(jī)組，第一臺(tái)為500kW，在1980年5月投入運(yùn)行；第二臺(tái)為600kW，其余3臺(tái)為700kW，最后一臺(tái)于1986年投入運(yùn)行。總裝機(jī)為3200kW，為當(dāng)時(shí)世界第三大潮汐電站。壩址以上港灣面積約8000畝，由于庫(kù)區(qū)原計(jì)劃圍墾造田5600畝，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民私自占地圍墾或養(yǎng)殖，可供發(fā)電的水面積不足2000畝。1986年五臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量約600萬(wàn)度，低于1070萬(wàn)度的原設(shè)計(jì)年發(fā)電量，發(fā)電的的經(jīng)濟(jì)效益不高。多年來(lái)，電廠計(jì)劃加高圍堰，提高庫(kù)區(qū)的水位，并在第六號(hào)機(jī)坑增加一臺(tái)機(jī)組，增加發(fā)電量，提高發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)浙閩沿海多島嶼、港灣，蘊(yùn)藏著大量可開(kāi)發(fā)的海洋能源，在眾多海洋能中，潮汐能開(kāi)發(fā)歷史最長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)技術(shù)最為成熟，且是一種可再生的綠色清潔能源，因此潮汐能的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到重視。作為我國(guó)最大的試驗(yàn)性潮汐電站——江廈潮汐電站備受關(guān)注，亦有多種方法對(duì)其優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行研究。汪樹(shù)玉等針對(duì)單庫(kù)雙向最優(yōu)方式問(wèn)題，提出了多層次優(yōu)化模型；陳曉芬等結(jié)合江廈潮汐電站，以發(fā)電量最大為目標(biāo)函數(shù)，提出了潮汐電站發(fā)電量最大的調(diào)度運(yùn)行方式；芮鈞等建立了單庫(kù)雙向運(yùn)行潮汐電站的優(yōu)化模型，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行了求解分析；李曉英等則對(duì)潮汐電站月周期調(diào)度模型分別進(jìn)行了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和改進(jìn)浮點(diǎn)遺傳算法的優(yōu)化運(yùn)行，兩種方法均優(yōu)化了月發(fā)電量且優(yōu)化結(jié)果相近。在江廈潮汐電站的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)水輪機(jī)發(fā)電水頭偏離設(shè)計(jì)水頭較多、機(jī)組效率較低時(shí)，常常通過(guò)加大流量補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)獲得更多的發(fā)電量。但采用這種方式是否經(jīng)濟(jì)仍值得進(jìn)一步深入研究。我國(guó)潮汐能開(kāi)發(fā)技術(shù)雖然相對(duì)成熟，但一直未能形成大規(guī)模開(kāi)發(fā)狀態(tài)，因此對(duì)潮汐電站的研究多側(cè)重于規(guī)劃設(shè)計(jì)研究階段，對(duì)單庫(kù)單向運(yùn)行潮汐電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行鮮有研究。為此，結(jié)合國(guó)內(nèi)正在規(guī)劃設(shè)計(jì)的某單庫(kù)單向運(yùn)行潮汐電站，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃法建立發(fā)電量計(jì)算模型，并結(jié)合Matlab軟件，運(yùn)用具有較高計(jì)算精度的龍格庫(kù)塔法對(duì)水庫(kù)水位曲線進(jìn)行計(jì)算分析，研究單庫(kù)單向運(yùn)行潮汐電站運(yùn)行方式與發(fā)電量的內(nèi)在關(guān)系，以期為電站的優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)。

潮汐電站一直存在資源利用率不高的問(wèn)題，在電站建設(shè)初期當(dāng)機(jī)組選型確定時(shí)，制定合理的水庫(kù)蓄、放水計(jì)劃，可在不增加投資的前提下獲得更多的發(fā)電效益。為此，以國(guó)內(nèi)某潮汐電站為例，根據(jù)各時(shí)刻機(jī)組發(fā)電流量的不同制定運(yùn)行方案，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃法建立了單庫(kù)單向運(yùn)行潮汐電站發(fā)電量最大化計(jì)算模型，并利用龍格庫(kù)塔算法，結(jié)合Matlab軟件模擬了各時(shí)刻水庫(kù)水位變化過(guò)程，求解了各運(yùn)行方案的發(fā)電量值。計(jì)算結(jié)果表明，受潮汐水位及機(jī)組特性的控制，電站發(fā)電量的多少取決于發(fā)電流量在各時(shí)刻的分配，流量最大運(yùn)行方案發(fā)電量明顯大于效率最優(yōu)運(yùn)行方案，而發(fā)電量最大運(yùn)行方案流量分配介于效率最優(yōu)運(yùn)行和流量最大運(yùn)行之間 。