主题：【翻译】可再生能源－－消除温室效应 1序 -- hwd99

14 潮汐

月亮绕地球转动，又一起绕太阳转动，每年转一圈。而月亮绕地球转动，每28天转一圈。地球每天绕自转周旋转一周。这些旋转受万有引力和旋转产生的惯性作用控制，处于平衡。但是，也会存在局部的不平衡。它们导致潮汐现象。

潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，通常月亮产生的引力比太阳大三倍以上。因此，太阳和月亮是否排列成线对潮汐影响较大。满月和新月时，两种排列成线，相互加强，导致大潮，每2周发生一次。在两个时间中间，不平衡相互抵消，潮汐较小。称为小潮。大潮强度约等于小潮2倍：潮差相差2倍，潮流也相差2倍。

为什么每天有2个高潮，和2个低潮。如何地球是一个完美的球体，被海上覆盖。则月亮引力会导致地表水的形状向橄榄球形状改变。住在赤道上人会感到每天二次水位上升和下降：一次是月亮与橄榄球头，另一次是与橄榄球尾接近。实际有些差别。地球不是光滑球体，覆盖在地球表面的水也不均匀。由于陆地阻挡，两部分高潮水也不会聚集起来。因此，实际潮汐行为很复杂。在大西洋这样的庞大水体，虽然形成高潮和低潮，但不会绕地球移动。在北大西洋，两次高潮和两次低潮会逆时针绕大西洋每天转动 一次。我们在英国，不能直接看到大西洋高潮和低潮。我们被大陆架阻隔了。

潮汐移动速度与海水深度有关。水浅速度慢。在外海，潮高仅1－2英尺。到达欧洲河口，潮高可达到4米。在北半球，由于科尼奥尼力作用，使潮波向右偏移。例如，英国河口潮汐比法国大。进入北海的潮汐涌现到英国海岸thames河口，而不是左转到荷兰。

潮汐能量主要来自月亮。一部分能量来自地球自转，潮汐使地球自转速率下降。我们能得到多少潮汐能？

潮汐能估算

图：人工潮汐池塘

在估算潮汐能时，我们可以假设一个人工池塘，与大海相连，有一个叶轮将池塘充水和排水。G章将估算这样的潮汐池塘所拥有的潮汐能。假设4米潮差，最大人工潮汐池塘，在高潮时充满，低潮时排空，可在排空和充满时产生能量，能量密度是3W/m2。这个能量与风能密度相近。我们知道，风能所能起的作用。需要整个国家的土地来建风能电站，才有明显作用。与此类似，为了让潮汐能起作用，我们需要的潮汐池塘面积应与英国面积相近。

英国北海就是这样一个天然池塘。如果我们在合适地点安装发电机，这个发电机类似风力发电机安装在水下。由于水的密度是空气密度1000倍，同样水流能量将是风能1000倍。我们先讨论英国周围所含有的潮汐能量。

图 英国北海构成一个天然潮汐水池

英国潮汐能估算

英国周围潮汐是一个天然潮汐波，在大西洋上形成的大潮以每小时70公里速度，从Scilly岛方向向东进入英国河流和海峡，向普利茅斯和多佛涌来。在北边，高潮沿顺时针到达苏格兰，进入北海，从Wick到Berwich和Hull，时速达到100公里。它们在泰晤士河会合。这两股潮水到达时，时间上略有差距，伦敦每天有两次高潮。

图 英国潮汐能测量结果是250GW

我们能够获得的潮汐能不会超过来自大西洋的潮汐波所含有的能量。测量潮汐波所含有能量是250GW，能为每个英国人每天提供100kWh能量。假设我们能够获得10％潮汐能，转化效率是50％，则实际每个人每天能得到5kWh能量。

这是一个猜想。没有从技术方面进行考虑。让我们从三种方案来讨论潮汐能量。

直接来自潮汐流

类似风力电站，直接在海中建发电站，使用海流发电机，一只叶轮发电机，例如，2003年安装在挪威Hammerfest市北部，功率300kW。但是，还未见到实际发电量数据。我们只能从物理原理来预测它能发多少电。假设它们类似风力发电机，效率与最好的风力发电机相近。估算结果参见表

速度 m/s 功率 W/m2

0.5 1

1 8

2 60

3 200

4 500

5 1000

通常水流速率为2－3节，在英国周围有很大海洋，单位面积潮汐能量超过6W/m2。该能量密度介于风力（2－3W/m2）和太阳能光伏发电(5-10W/m2)之间。

大坝

建潮汐大坝是成熟技术。法国郎斯建成一个大坝，潮差约8米，自1966年以来，平均发电功率为60MW。

英国severn海湾的潮差范围大，在Cardiff，潮差在大潮时达到11.3米，在小潮时也达到5.8米。如果在海湾进口建大坝（从Weston－super－Mare 到Cardiff），将获得500平方公里潮汐湖。这个湖面积比法国郎斯大得多。潮汐在这个湖产生的功率是多少？根据上表理论计算可以得到，当潮差为11.3米时，功率为14.5GW,等于每个人每天获得5.8kWh。当潮差为5.8米时，功率为3.9GW,等于每个人每天获得1.6kWh。这些数字假定仅是是在高潮潮峰是一个脉冲进入潮汐湖，离开潮汐湖也是一个脉冲。实际上，潮汐进水和出水都需要几小时，使能获得能量减少。目前建议只能获得一个方向能量，使实际得到能量减半。工程师估算，这个潮汐发电系统，将为每个英国人每天提供0.8kWh。此外，还保护沿岸不受潮汐侵扰，价值1.2亿英镑。

图 Severn潮汐发电建议

人工潮汐湖

在海中建墙围出一个湖，类似人工海湾。主要要求水比较浅，潮差大，从而比较经济，发电成本降低。英国有两个地点，可建这样的潮汐湖，东海岸Wash和西海岸Blackpool。其他地点包括北威尔士，林肯郡、南威尔士和东Sussex。

设想两个面积400平方公里潮汐湖，分别在Blackpool和Wash。

在同一个地点建两个潮汐湖，可以使用下面方案获得储能能力。将两个潮汐湖分别叫高位湖和低位湖。在低潮时，从高位湖排出水获得的能量，一部分用来排空低位湖，使其水位低于低潮时水位。消耗的能量在高潮时得到补偿：当潮水进入低位湖时，会产生更多电能。高潮时方法类似，使用低位湖能量，将过量水打入高位湖。这样我们就能够储存电网多余发电能力。

英国人工潮汐湖平均能量密度是4.5W/m2。如果我们能建成800平方公里人工潮汐湖，可为每个人每天提供1.5kWh能量。

美丽的潮汐

总计以上三种方案，潮汐能为每个人每天提供11kWh电能。英国还没有建成工业规模的潮汐电厂，因此，我们还不知道其经济性。潮汐叶轮发电是否存在很多问题，如腐蚀、淤塞、漂浮废弃物缠绕等。但是，英国潮汐发电在以下七个方面有优势。1、潮汐发电比较有规律，不象风电和太阳能发电依赖天气，不稳定。潮汐发电在一年内，每天都稳定工作，使用潮汐人工湖还能储存能量，使用时在输出。2、英国周围不同地点，如Anglesey， Islay， Orkney和多佛等地高潮和低潮时间错开，从而可以得到比较均匀的发电能力。3 潮汐能会持续百万年。4 它不需要使用高价格设施。5 能量密度大于风能，设备体积小于同功率风力发电机，因而会比较便宜。6 水下比较平静，不会象风力发电，易受风暴影响，安全设计比较简单。7人们住在陆地，看不到水下设备，因而对潮汐发电设备的反对，不会象风力发电那么强烈。

错误观点

潮汐发电，虽然清洁无污染，但是不可再生。从潮汐中获得能量，将减缓地球自转，我们不能长期使用潮汐发电

错误：自然存在的潮汐市地球自转减慢。地球自转能量损失是3TW。由于潮汐存在，每百年地球自转减慢，使每天增加2.3毫秒。潮汐能电厂抽出的能量是潮汐中摩擦损失的能量，不影响潮汐。潮汐能会持续几十亿年。

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