许雪峰 (中国浙江省杭州市西湖区保俶北路36号, Zhejiang 2, 310012, CN)
国家海洋局第二海洋研究所 (中国浙江省杭州市西湖区保俶北路36号, Zhejiang 2, 310012, CN)
XU, Xuefeng (No. 36, Baochu Bei Road Xihu Distric, Hangzhou Zhejiang 2, 310012, CN)
| 权 利 要 求 1、 一种发电方法， 应用于潮汐发电， 其特征在于， 设置连接海湾底部和 海湾外水体的流道， 并在所述流道内设置发电装置， 以及在所述流道两端设置 潮位计， 包括： 采用所述潮位计实时监测海湾底部和海湾外的动态水位差； 判断所述监测到的动态水位差是否大于能够驱动所述发电装置的最小动 态水位差； 当大于所述最小动态水位差时，利用所述监测到的动态水位差驱动所述发 电装置进行发电。 2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述采用潮位计实时监测 海湾底部和海湾外的动态水位差包括： 采用潮位计监测到海湾底部的潮位高于海湾外的潮位，确定所述海湾底部 的潮位和海湾外的潮位之间存在正水位差。 3、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述采用潮位计实时监测 海湾底部和海湾外的动态水位差包括： 采用潮位计监测到海湾外的潮位高于海湾底部的潮位，确定所述海湾外的 潮位和海湾底部的潮位之间存在负水位差。 4、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述发电装置包括双向潮 汐发电灯泡贯流式水轮发电机组。 5、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 所述利用监测到的动态水 位差驱动所述发电装置进行发电具体为：通过所述动态水位差驱动所述双向潮 汐发电灯泡贯流式水轮发电机组进行双向发电。 6、 一种发电系统， 应用于潮汐发电， 其特征在于， 包括： 流道、 发电装 置和潮位计， 其中， 所述流道， 用于连接海湾底部和海湾外的水体； 所述潮位计，设置在所述流道两端， 用于实时监测海湾底部和海湾外的动 态水位差，并判断所述监测到的动态水位差是否大于能够驱动所述发电装置的 最小动态水位差； 所述发电装置，设置在所述流道内， 用于当所述潮位计判断所述监测到的 动态水位差大于所述最小动态水位差时，利用所述监测到的动态水位差驱动所 述发电装置进行发电。 7、 根据权利要求 6所述的系统， 其特征在于， 所述潮位计， 具体用于监 测到海湾底部的潮位高于海湾外的潮位，确定所述海湾底部的潮位和海湾外的 潮位之间存在正水位差。 8、 根据权利要求 6所述的系统， 其特征在于， 所所述潮位计， 具体用于 监测到海湾外的潮位高于海湾底部的潮位，确定所述海湾外的潮位和海湾底部 的潮位之间存在负水位差。 9、 根据权利要求 6所述的系统， 其特征在于， 所述发电装置包括双向潮 汐发电灯泡贯流式水轮发电机组。 10、 根据权利要求 9所述的系统， 其特征在于， 所述发电装置具体用于： 通过所述动态水位差驱动所述双向潮汐发电灯泡贯流式水轮发电机组进行双 向发电。 |
本申请要求于 2010 年 5 月 10 日提交中国专利局、 申请号为 201010174497.0、 发明名称为"一种发电方法及发电系统"的中国 利申请的优 先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及潮汐发电技术领域，尤其涉及一种 利用潮汐能的发电方法及发 电系统。
背景技术
潮汐电站（ tidal power station )是将海洋潮汐的能量转换成电能的电站， 是唯一实际应用的海洋能电站。 在海湾或有潮汐的河口筑起水坝， 形成水库， 涨潮时水库蓄水，落潮时海洋水位降低，水库 放水，以驱动水轮发电机组发电。 潮汐电站一般有 3种类型， 即单库单向型 （一个水库， 落潮时放水发电）、 单 库双向型（一个水库， 涨潮和落潮时都能发电）和双库单向型（利用 两个始终 保持不同水位的水库发电）。
参见图 1A和图 1B , 分别为现有技术中潮汐发电站在高潮时段开闸 蓄水 的工作示意图， 以及在低潮时段闭闸发电的工作示意图。现有 的潮汐电站由截 流大坝、 水闸和电站三部分组成， 图 1A中为高潮时段， 则打开水闸纳水， 对 库区进行蓄水， 当库区水位达到最高时关闭水闸； 图 1B中为低潮位时段， 水 闸保持关闭状态，库区内与库区外达到一定水 位差时，打开电站机组进行发电。
发明人在对现有技术的研究和实践过程中发现 ，现有潮汐发电系统需要在 海湾底部建设大坝， 因此投资巨大； 由于受到库容的限制， 因此电站的装机总 量有限， 世界最大的潮汐电站装机总量仅为 24万 kW, 而我国最大的潮汐电 站装机总量仅为 3900kW; 建坝对海湾进行截流， 会对海湾和库区内造成较大 淤积， 影响电站使用寿命以及增加维护成本； 并且， 海湾截流会对鱼类洄游、 海湾水交换造成影响， 破坏海湾的生态环境。 由于以上缺陷的存在， 导致目前 潮汐能电站的发展遭遇了瓶颈， 浪费了蕴藏丰富的潮汐能资源。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种发电方法及发 电系统，利用海湾底部和海 湾外的潮波差异导致的动态水位差进行发电， 以解决现有技术中潮汐发电系统 需要建设大坝， 导致投资巨大且难以充分利用潮汐资源的问题 。
为解决上述技术问题， 本申请实施例提供如下技术方案：
一种发电方法，应用于潮汐发电，设置连接海 湾底部和海湾外水体的流道， 并在所述流道内设置发电装置， 以及在所述流道两端设置潮位计， 包括：
采用所述潮位计实时监测海湾底部和海湾外的 动态水位差；
判断所述监测到的动态水位差是否大于能够驱 动所述发电装置的最小动 态水位差；
当大于所述最小动态水位差时，利用所述监测 到的动态水位差驱动所述发 电装置进行发电。
所述采用潮位计实时监测海湾底部和海湾外的 动态水位差包括：
采用潮位计监测到海湾底部的潮位高于海湾外 的潮位，确定所述海湾底部 的潮位和海湾外的潮位之间存在正水位差。
所述采用潮位计实时监测海湾底部和海湾外的 动态水位差包括：
采用潮位计监测到海湾外的潮位高于海湾底部 的潮位，确定所述海湾外的 潮位和海湾底部的潮位之间存在负水位差。
所述发电装置包括双向潮汐发电灯泡贯流式水 轮发电机组。
所述利用监测到的动态水位差驱动所述发电装 置进行发电具体为：通过所 述动态水位差驱动所述双向潮汐发电灯泡贯流 式水轮发电机组进行双向发电。
一种发电系统，应用于潮汐发电， 包括： 流道、发电装置和潮位计， 其中， 所述流道， 用于连接海湾底部和海湾外的水体；
所述潮位计，设置在所述流道两端， 用于实时监测海湾底部和海湾外的动 态水位差，并判断所述监测到的动态水位差是 否大于能够驱动所述发电装置的 最小动态水位差；
所述发电装置，设置在所述流道内， 用于当所述潮位计判断所述监测到的 动态水位差大于所述最小动态水位差时，利用 所述监测到的动态水位差驱动所 述发电装置进行发电。
所述潮位计， 具体用于监测到海湾底部的潮位高于海湾外的 潮位，确定所 述海湾底部的潮位和海湾外的潮位之间存在正 水位差。
所所述潮位计， 具体用于监测到海湾外的潮位高于海湾底部的 潮位，确定 所述海湾外的潮位和海湾底部的潮位之间存在 负水位差。
所述发电装置包括双向潮汐发电灯泡贯流式水 轮发电机组。
所述发电装置具体用于：通过所述动态水位差 驱动所述双向潮汐发电灯泡 贯流式水轮发电机组进行双向发电。
可见，本申请实施例采用海湾底部与海湾外的 潮波差异导致的动态水位差 进行发电， 实例中设置连海湾底部内和海湾外水体的流道 ， 并在流道内设置发 电装置， 流道两端设置潮位计， 当监测到海湾底部内和海湾外的水体之间存在 动态水位差，且该动态水位差大于能够驱动发 电装置的最小动态水位差时， 利 用监测到的动态水位差驱动发电装置进行发电 。本申请实施例采用海湾底部与 海湾外的潮波差异导致的动态水位差进行发电 ，无需海湾底部内建设截流大坝 和水库， 因此发电投资更小， 也不会对海湾和库区内造成淤积， 使得电站使用 寿命更长， 维护成本更低； 由海湾底部内外的所有水体均可作为发电水体 ， 因 此发电量不受库容限制， 装机容量可以更大， 并且采海湾底部内外持续的动态 水位差发电， 因此发电时间更长； 另外， 由于无需对海湾进行截流， 因此对海 湾生态和环境影响更小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中 的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单 地介绍，显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1 A为现有技术中潮汐发电站在高潮时段开闸蓄 的工作示意图； 图 1B为现有技术中潮汐发电站在低潮时段闭闸发 的工作示意图； 图 2为本申请发电方法的实施例流程图；
图 3A至图 3D为本申请利海湾底部内外的动态水位差进行 汐能发电的 工作示意图；
图 4为本申请发电系统的实施例结构图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种利用潮汐能的发电方法 及发电系统。其中，设置连 接海湾底部和海湾外水体的流道， 流道两端设置潮位计， 实时监测海湾底部和 海湾外的潮波差异导致的动态水位差， 并在流道内设置发电装置，通过监测到 的动态水位差驱动发电装置进行发电。本申请 由于无需在海湾底部建设截流大 坝， 无需建设纳潮水库， 因此发电成本更小， 使用寿命更长， 维护成本更低； 并且不受库容限制， 装机容量可以更大。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实 施例中的技术方案，并使本 申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加 明显易懂， 下面结合附图对本申 请实施例中技术方案作进一步详细的说明。
本申请实施例充分利用潮汐能量， 潮波具有长周期波的特性， 因此潮波到 达海湾时将发生潮波变形， 此时海湾底部和海湾外潮波性质和潮时均不一 致， 导致海湾底部和海湾外存在动态水位差， 包括正水位差和负水位差。 基于此， 本申请实施例可以在海湾底部开挖流道， 连通湾内与湾外的水体， 并在流道内 安装发电装置， 以及用于监测动态水位差的潮位计， 就可以利用湾内和湾外的 动态水位差进行双向发电。 参见图 2, 为本申请应用潮汐能的发电方法的实施例流程 图：
步骤 201 : 采用潮位计实时监测海湾底部和海湾外的动态 水位差。
两个潮位计可以分别设置在流道的两端，一个 潮位计监测海湾底部的潮位 变化， 另一个潮位计监测海湾外的潮位变化。
根据潮位计的实时监测结果， 判断海湾底部和海湾外的动态水位差， 动态 水位差包括以下几种情况： 监测到海湾底部的潮位， 高于海湾外的潮位， 则海 湾底部和海湾外的潮位之间是正水位差；监测 到海湾外的潮位， 高于海湾底部 的潮位， 则海湾底部和海湾外的潮位之间是负水位差。
步骤 202: 判断监测到的动态水位差是否大于能够驱动发 电装置的最小动 态水位差。
步骤 203: 当监测到的动态水位差大于最小动态水位差时 ， 利用监测到的 动态水位差驱动发电装置进行发电， 结束当前流程。
其中， 当动态水位差为正水位差， 且大于所述发电装置的发电水头（发电 水头即为发电装置能够发电的最小动态水位差 ）， 则驱动发电装置正向发电； 当动态水位差为负水位差，且大于所述发电装 置的发电水头， 则驱动发电装置 逆向发电； 当动态水位差小于所述发电装置的发电水头， 则关闭发电装置停止 发电。
发电装置包括双向潮汐发电灯泡贯流式水轮发 电机组，通过海湾底部和海 湾外的潮波差异导致的动态水位差驱动双向潮 汐发电灯泡贯流式水轮发电机 组进行双向发电。 参见图 3A至图 3D, 为本申请利用海湾底部和海湾外部的动态水位 差进 行潮汐能发电的工作示意图：
图 3A中， 外海潮波向海岸和海湾底部传播， 当潮波进入海湾到达海湾底 部时， 潮波将发生变形和延时， 使得海湾底部和海湾外存在动态水位差， 电站 内双向潮汐发电灯泡贯流式水轮发电机组可进 行发电；
图 3B中， 涨潮阶段， 涨潮潮波在海湾内延时， 因此海湾底部的潮位上升 要晚于海湾外， 使得海湾外潮位高于海湾底部， 存在负水位差， 采用潮位计实 时判断两侧的负水位差，当所述负水位差大于 发电装置的可发电最小动态水位 差时， 开启发电装置逆向发电；
图 3C中， 采用潮位计实时判断两侧的水位差， 当所述水位差小于发电装 置的可发电最小动态水位差时， 关闭发电装置；
图 3D中， 落潮阶段， 落潮潮波在海湾内延时， 因此海湾底部的潮位下降 要晚于海湾外， 使得海湾底部潮位高于海湾外， 存在正水位差， 采用潮位计实 时判断两侧的正水位差，当所述正水位差大于 发电装置的可发电最小动态水位 差时， 开启发电装置正向发电。
本申请实施例根据潮汐的涨落特点，重复循环 上述图 3B至图 3D的过程， 由此实现利用海湾底部外的动态水位差进行潮 汐能发电。 与本申请发电方法的实施例相对应， 本申请还提供了发电系统的实施例。 参见图 4, 为本申请发电系统的实施例结构图， 该系统包括： 潮位计 410、 流道 420和发电装置 430。
其中， 所述潮位计 410, 设置在所述流道 420两端， 用于实时监测海湾底 部和海湾外的动态水位差，并判断所述监测到 的动态水位差是否大于能够驱动 所述发电装置 430的最小动态水位差；
所述流道 420, 用于连接海湾底部和海湾外的水体；
所述发电装置 430, 设置在所述流道 420内， 用于当所述潮位计 410判断 所述监测到的动态水位差大于所述最小动态水 位差时，利用所述监测到的动态 水位差驱动所述发电装置 430进行发电。
动态水位差是由海湾内外的潮波差异引起的， 潮波是长周期波的特性， 因 此潮波到达海湾将发生潮波变形和延时，使得 海湾底部和海湾外潮波性质和潮 时均不一致， 导致的海湾底部和海湾外存在动态水位差。 其中， 所述潮位计， 具体用于监测到海湾底部的潮位高于海湾外的 潮位，确定所述海湾底部的潮位 和海湾外的潮位之间存在正水位差； 所所述潮位计， 具体用于监测到海湾外的 潮位高于海湾底部的潮位，确定所述海湾外的 潮位和海湾底部的潮位之间存在 负水位差。
具体的，所述发电装置 430可以包括双向潮汐发电灯泡贯流式水轮发电 机 组，具体用于通过所述动态水位差驱动所述双 向潮汐发电灯泡贯流式水轮发电 机组进行双向发电。 发电装置 430优选的， 位于流道中部， 可同时安装多组发 电装置 430同时发电。 通过以上的实施方式的描述可知，本申请实施 例采用海湾底部与海湾外的 潮波差异导致的动态水位差进行发电，实例中 设置连海湾底部内和海湾外水体 的流道， 并在流道内设置发电装置， 流道两端设置潮位计， 当监测到海湾底部 内和海湾外的水体之间存在动态水位差，且该 动态水位差大于能够驱动发电装 置的最小动态水位差时， 利用监测到的动态水位差驱动发电装置进行发 电。本 申请实施例采用海湾底部与海湾外的潮波差异 导致的动态水位差进行发电，无 需海湾底部内建设截流大坝和水库， 因此发电投资更小，也不会对海湾和库区 内造成淤积， 使得电站使用寿命更长， 维护成本更低； 由海湾底部内外的所有 水体均可作为发电水体， 因此发电量不受库容限制， 装机容量可以更大， 并且 采海湾底部内外持续的动态水位差发电， 因此发电时间更长； 另外， 由于无需 对海湾进行截流， 因此对海湾生态和环境影响更小。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描 述，各个实施例之间相同相 似的部分互相参见即可， 每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不 同之 处。 尤其， 对于系统实施例而言， 由于其基本相似于方法实施例， 所以描述的 比较筒单， 相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
虽然通过实施例描绘了本申请， 本领域普通技术人员知道， 本申请有许多 变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附 的权利要求包括这些变形和变化 而不脱离本申请的精神。