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第19章 巨大的能量资源(2)

这种潮汐电站有两个水库:一个高水库,一个低水库。高库的水位始终保持在高位上,低库的水位始终低于高库水位。水轮发电机做单向运行。高库上建有进水闸一座,低库上则建有一座泄水闸。涨潮时开启进水闸,电站开始工作,高水库的水位随潮位上升,低水库的水位也因发过电的水进入而上升着。当高潮平潮时,并闭进水闸,高库水位则由于继续发电开始下降,低库水位相应上升。但此时外海已经落潮了。当高低水库水位即将相平时,开启低库上的泄水闸,使低库水位下降,由于高低水库又形成丁较大落差,电站仍然工作着。待高水库水位下降至与潮位保持一定落差时,再关闭泄水闸,打开高库进水闸。如此周而复始,水库始终保持着一定落差的水位,电站就可以24小时连续发电了。但是这种电站的布置,在地形上要求高些,一般采用较少。

从潮汐发电的原理,我们可以看出,潮汐发电多是间歇性的,而且随着潮水的大小,一个月当中发电能力的变化也比较大。这是潮汐发电的不足之处。但如果把潮汐电站与电力系统中其它电源配合使用,或者与抽水蓄能结合起来,就可以弥补它的不足。对于小型潮汐电站,则可以把潮汐电能用于农业上间歇性灌溉和加工等方面。

其实,看事物应一分为二。比较起来,潮汐发电的优越性却很大。首先,潮汐电站的水库都是以河口和海湾作为天然水库的,完全不必占用耕地,不象河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积肥沃的土地;其次,潮汐电站既不象河川水电站那样受洪水或枯水的影响,也不象火电站那样会污染环境,而且,潮汐电站堤坝不高,单机容量不大,受地震的危害小。

潮汐能是一种取之不尽、用之不竭的天然能源。充分开发潮汐能源,必将给人类带来巨大利益。

(3)潮汐发电的现状和展望

在利用海洋能发电方面,潮汐发电可以称得上是“老大哥”了。早在1913年,法国就在诺斯特兰德岛和大陆之间长达2.6公里的铁路坝上,建立于一座潮汐发电站,并且取得了世界上第一次潮汐发电试验的成功。潮汐发电的七十多年来,前五十年进展不大,自六十年代开始的二十多年来,潮汐发电在世界范围内才有了比较迅速的发展。目前潮汐发电处在由试验性发电向商业性发电的过渡时期;潮汐发电站的规模已经开始由中、小型向大型化发展;潮汐发电的研究工作已经跨越了原理性、可行性的研究阶段,重点研究工程中的一些实质性的技术问题,如工程的防腐防污、高效率水轮发电机组的设计,以及以减少发电波动、提高发电质量、降低发电成本、缩减工程投资为中心的各项研究,同时开始进行顶后性研究即潮汐发电站建成后存在的一些问题的探讨,如对海洋环境和对生态平衡的影响、潮汐发电站的水库淤积和综合利用等。所有这些研究归结到一点,那就是期望潮汐发电站能够长期地提供优质廉价的电力。这关系到潮汐发电的生存和发展,因而为世界各国所共同关注。

潮汐发电在世界各国中的发展是不平衡的,其中以法国、前苏联、英国和加拿大等国发展较快,并取得了一些成就。我国的潮汐发电也有二十多年的历史了,虽然目前还处在以小型为主、试验性为主的阶段,但是在潮汐发电站的建设和电站运行方面,已经积累了不少经验,为我国大规模发展潮汐发电提供了良好的技术基础。

法国是世界上第一个实现大规模潮汐发电的国家。早在1956年就在圣马洛湾建成了一座试验性电站。目前世界上最大的潮汐发电站就是法国的朗斯潮汐发电站,装机容量为24万千瓦,它的建成和运行,为世界潮汐发电提供了极其可贵的经验。目前,法国正在圣马洛湾兴建装机容量为1000万千瓦,年发电量为250亿度的巨型潮汐电站。还计划在圣马洛湾两千平方公里的水域上,修建三道拦水坝,安装世界上最大的贯流式水轮发电机组,涡轮的直径达10米,每台机组的装机容量为5万千瓦,全电站的年发电量估计可达350亿度。这些项目在世界上都是首屈一指的。

前苏联筹建潮汐电站始于三十年代,直到六十年代才正式建成一座潮汐试验电站投产。这座潮汐电站位于摩尔曼斯克的基斯洛湾,装机容量只有400千瓦。可是整个工程经受住了数千个日日夜夜的冰冻、风暴等恶劣环境的考验,坝体安然无恙,发电机组已经正常运行了十多年。在这些经验的基础上,前苏联的潮汐发电准备向大型化发展,已试制成功了直径为7.5米的大容量贯流式水轮机,而目前世界上最大的法国朗期潮汐电站的贯流式水轮机直径只有5.35米。前苏联计划建立40万千瓦至100万千瓦级甚至更大容量的潮汐发电站,前苏联有不少海区的潮差在8米以上,所在海域宽广,潮汐能源丰富,具有大规模发展潮汐发电的优越自然条件。

在世界各国处于规划的项目中,最引人注目的是加拿大的芬地湾。那里是世界潮差最大的海区,其地理条件对潮汐发电站的建设十分有利,初步选择,有三十处地方是可供建立潮汐电站的。计划1990年建成两座单库单向式的的潮汐发电站,其中一座的年发电量为34亿度,另一座的年发电量126亿度,两座电站将耗资上百亿美元。

我国的潮汐发电站,要数浙江温岭县的江厦潮汐试验电站为最大。它的装机容量为3000千瓦,仅次于法国朗斯潮汐电站,居世界第二位。自1980年正式发电以来,它运行正常,情况良好,表明了我国的潮汐发电技术达到了相当高的水平。我国小型潮汐发电站遍布沿海各省,如广东的甘竹滩电站、福建的筹东电站、山东的白沙口电站、浙江的沙山电站、上海的潮峰电站等,总计不下几十处。我国是世界上潮汐能源丰富的国家之一,根据1980年的估算,可供开发的潮汐能的装机容量约为2095万千瓦,相当于8个全部建成后的长江葛洲坝水电站的总装机容量;可开发的年发电量约为579亿度,相当于30个新安江水电站的年发电量。我国的潮汐能源以浙江、福建两省最为丰富,约占全国的90%以上。因为这两个省的海岸曲折、港湾众多、潮差之大居全国首位,适宜于建设潮汐电站的地方很多。

我国有不少海湾河口可以建设潮汐电站。其中最引人注目的有杭州湾潮汐电站方案,计划装机容量450万千瓦,约为长江葛洲坝水电站的1.7倍,计划年发电量180亿度以上,约为我国1982年年发电量的6%。其次是长江北口潮汐电站方案和浙江乐清湾潮汐电站方案,它们的计划装机容量都在50万千瓦级以上。总之,我国的潮汐发电具有很大的潜力,加上二十多年来的努力,已有了一支精干的、积累了一定经验的技术队伍,潮汐发电在我国将会得到稳步的发展。

此外,英国、美国、阿根廷、西班牙、澳大利亚等许多国家,都有自己的潮汐发电开发计划。根据联合国1981年的统计,全世界大约有100个站址可以建设大型潮汐电站,至于能够建设中、小型电站的地方,那就更多了。毋庸置疑,用不了多久,号称“大哥”的法国朗斯潮汐电站,以及处于“二哥”地位的中国江厦潮汐电站,都只好甘当“小弟弟”的角色了。

展望潮汐发电的未来,人们还有更大胆的设想。加拿大芬地湾所以成为世界上潮差最大的海区,是由于芬地湾的固有振动周期与半日潮波的周期接近引起共振所造成的。这样,人们自然而然地联想到,对于一些潮差较小的海区,是否可以人工造成大潮差,也就是利用某些港湾内的有利的、复杂的地形,经过必要的理论计算,有意识地加以适当改造,使它的固有振动周期与潮汐的振动周期接近,人为地形成共振而产生大潮差。谁也不能预料这个大胆的设想何时成为现实。因为要实现这个设想,不论在理论上还是在实践上都是极为复杂的问题,工程的浩大,投资的惊人也会使人望而生畏。不过倒有一个有趣的事实,可以佐证这个设想的现实性和科学性。在杭州西子湖畔的浙江搏物馆里,陈列着一付汉代的铜器喷水鱼洗,花纹异常细致,其形状和大小似一只大号钢精铝锅。当鱼洗内盛上水,用手轻轻摩擦它的双耳,即嗡嗡作声,鱼洗内的水先是产生微波,而后高射尺许。这岂不成了海湾中海水引起共振的一个小小的模拟试验?伟大的科学发现和创举,常常是由看似不可能的事情开始的。人们期等着人工潮汐这个大胆的设想付诸实现,那时潮汐能的利用将进入一个新的阶段。

波能的利用

(1)海浪的恶作剧

有时,你会在海边看到诗一般的景象。夕阳西下,微风习习,绵绵的沙滩上铺着一层夕阳的金黄;拍卷而来的排排细浪,轻轻地拍着海岸,或调皮地舔着你走在沙滩上赤裸的双足。海面蓝而清澈,就象一幅巨大的绢沙。远处,水天一色,淡淡的白云点缀着海天,为雄阔的大海凭添些许的妩媚。

然而,大海并不总是很友善的。浪花也并不是永远使人感到浪漫蒂克。海上也时常出现些恶作剧,而这些恶作剧的导演者,正是平时给你带来诗意的“浪花”。

1894年12月的一天,美国西部太平洋沿岸的哥伦比亚河入海口,发生了一件奇怪的事。

那里有一座高高的灯塔,旁边也有一座小屋,那是灯塔看守人的住所。一天,看守人忽然听见屋顶上响声如雷,他吃惊地回过头,还没来得及闹清是怎么回事时,只见一黑色怪物带着劈里叭啦的声响,穿透天花板而坠落地面。

看守人吓坏了,他战战兢兢地走到那黑色怪物的面前,简直不敢相信,这竟然是一块大石头,搬搬感觉挺重,称称足有64公斤。在这人烟稀少的地方,究竟是谁搞的恶作剧呢?

灯塔看守人请来了专家。经过鉴定,断定大石头是被海浪卷到40米的上空,再砸到看守人的房顶上的。恶作剧的导演不是别人,正是与他日夜相伴的海浪。

这位生活在海边的灯塔看守人似信非信的点点头,接着又摇摇头。他虽然看到过不少的惊涛骇浪,也见识过浪尖抛石的场面,可是他怎能相信,海浪竟有如此巨大的力量,会把一百来斤的石块抛到比10层楼房还要高的上空,在他住的房顶上来个飞石霹雳呢?

其实专家们的鉴定是对的。喧嚣不息的海上波浪,确实具有千钧之力。根据观测,海浪拍岸时的冲击力每平方米会达到20~30吨,有时甚至达到60吨。如此巨大的冲击力,可以毫不费力地把十三吨重的巨石抛到20米高的空中。

1952年12月16日,一艘美国轮船在意大利西部海面上遭到了巨浪的袭击。虽然,巨大的轮船离岸边不远,船员们仍然十分谨慎小心。突然,在波浪的轰鸣声中,船上发出了一声巨响,震耳欲聋,船员们十分惊慌,不知船体出了什么毛病。正想看个究竟的时候,却看到船体已经成了前后两截,一半已经抛上了海岸,在沙滩上搁着呢;另一半还在大海里,不管上面的十四个船员怎样绝望地叫喊,它还足带着他们随风浪漂去。

这一起重大海难事故,引起了各界的注意。为了查清原因,他们投入了大量的力量,最后的结论是:事故的罪魁祸首是海浪。

法国的契波格海湾,曾经有一个浪头打来,居然把一块三吨半重的东西,象掷铅球似的从墙外掷到了墙内。墙有多高呢?整六米。不知你试过没,假如让你把一个三公斤半的东西抛过六米高的墙,行吗?如果行,那也是相当费力的,何况那重物三吨半呢!

还有,荷兰首都阿姆斯特丹防波堤上,曾经发现过二十吨重的混凝土块。一检查,才知道是波浪把它从海里举到七米多高,再放到防波堤上去的。

还有,苏格兰威克地方,1872年时一个巨浪竟然把重约一千三百七十吨的混凝土庞然大物搬了个家,移动了十五米之远。

还有,西班牙巴里布市附近的海边上曾经有一块很大的岩石,有人估计起码有一千七百吨重。1894年的一次狂风巨浪之后,人们发现这块岩石翻了个身,已经不在原来的位置上了。

还有,巨浪冲击海岸所激起的浪花也很厉害,常常高达六七十米,而且具有较强的破坏力,斯里兰卡海岸上一个六十米高处的灯塔就曾被海浪打碎过。甚至,位于海面上一百米处的欧洲设德兰岛北岸灯塔窗户,都被海浪举起的石头打碎过。

1931年1月19日,在黑海沿岸附近,一个大浪袭来,把一块名为“和尚”的千年巨石一下子打碎成三块。

其实,非但突然袭来的风浪,具有如此巨大的威力,即使一般的波浪,长期冲击海岸而造成的破坏作用,也是相当严重的。例如,英国某地有一块峭壁悬崖,在波浪的冲击下,以每年剥蚀5~10米的速度破坏着,很快就冲毁了。又有一处,过去曾是高逾25米的峭壁,也是由于波浪的袭击,如今竟成了7米深的海面。

(2)风与波浪

“有风浪三丈”,风与浪有着不可分割的密切关系,风是引起水面波动的外界因素。风越大,浪就越大。如果我们说得更确切些,海面上风区小,产生的风浪就小,风区越大,风浪越大;而且,风吹的时间越长,风浪也就越大。一句话,风速、风时、风区是决定风浪大小的三个要素。如果这三个要素中的任何一个受到限制,那么其它两个即使很强大,仍然不能产生很大的风浪。以我国的黄海和渤海为例,在冬季时,盛行寒潮和大风,风力虽然很强,风吹的时间也可能很久,但因为这种风是由大陆吹向海洋的,风区不大,所以这两个海域在冬季就较难有大浪产生。而在夏季,信风多中海洋吹向大陆,风区就要大得多,只要风力很强,尤其遇有台风的情况下,就可能会出现相当大的风浪。

风力达到十级以上时,波浪的高度起码达到十二米,相当于四层楼高,甚至常常到十五米以上呢。一般海上常见的六七级风,它掀起了波浪也足有三至六米高,比人的高度大多了。这些起伏不定的波涛对人类可是个严重的威胁啊!上面的例子就是明证。

(3)波力发电的尝试

那么,能否把巨大的海浪变成有用的力量呢?让它为人类造福一直是人们的一个心愿。

我国浙江的新安江水电站,安装着66万千瓦的发电机组,利用水的力量,每年平均发电18亿度的电力,供给华东地区广大城乡使用,相当于每年为人类节省了90万吨煤炭。源源不断的江水,还大大降低了电力的成本,使每度电的成本连一分钱都用不了。可见水力发电的优点有多大!

因此,科学家就设想,如果把无畏的大海上的波浪全部转换成电能该多好啊!那时,波浪每年所发出的电力将比全人类目前的耗电量不知要大多少倍呢!

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