CN104632518A - 拦海蓄水海洋潮汐发电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拦海蓄水海洋潮汐发电站，包括蓄水湖和提水装置，该提水装置将海洋潮汐的高潮位水提至蓄水湖中；该蓄水湖与低潮位之间设有第一水力发电机组。本发明由于可以提升蓄水湖的水的水头，从而将潮汐发电做成像拦河大坝一样的小、中、大型发电站。24小时不停地发电，这样的电站，水源比拦河电站稳定。

Description

拦海蓄水海洋潮汐发电站

技术领域

本发明涉及发电站技术领域，尤其是一种拦海蓄水海洋潮汐发电站。

背景技术

现行的潮汐发电站都是利用海洋潮汐的潮差直接发电。由于潮差一般只在4到5米，很少达到8到9米，水头较低，所以不能搞成大型的发电站，而且不能24小时连续发电。若能像江河的拦河大坝蓄水那样，将一段海湾拦截成蓄水湖，利用潮差提高蓄水湖的水头，就可以建成像拦河大坝那样24小时连续发电的大型的潮汐发电站了。当然，投资要大。能源是现代社会的重大问题。除了矿物性的能源，像煤和石油以外，核能业已广泛使用。带来了污染和安全问题。清洁能源备受重视，河流水利发电大行其道，但大型河流不多。此外，像太阳能发电，风能发电，潮汐发电等等绿色能源在大力开发。利用海洋潮汐的势能发电，是一个很好的绿色能源，然而它的发电量不大，一些现行的潮汐发电站亏本经营。所以应该实验拦海蓄水利用潮汐提高蓄水水头大型潮汐发电站的实验，这是一个可以取代现行能源的一种绿色能源。

将高潮位的海水与低潮位的海水构成上下两个水库，利用潮差的水的势能驱动涡轮机发电。一般潮位差不大，水头不是很高，发电量不大，又不能连续发电。像预建的三门县健跳港潮汐发电站，年发电小时数有望达到2550小时，一年内只有不足三分之一的发电时间（一年为8760小时）。

但是，如果不用任何的其它能源，只利用潮差便将高潮位的水头提高10米或20米，那么，发电量至少可以提高到3倍到6倍。这虽然仍然属于低水头的发电站，但和传统潮汐发电站相比，水头就高多了。再建成像拦河大坝那样的蓄水湖，将高潮位的水提升到湖内，在一定的时间蓄水之后，就可以像拦河大坝发电站那样一天24小时不间断地发电。这就可以将潮汐发电站与燃煤等矿型发电站比肩、甚至取代了。可以建这样的潮汐发电站的海湾比建拦河水利发电站的河流要多，且水源更稳定，供水更有保证，更利于人为调剂，因为海洋潮汐是每日都有的，不像江河需要降雨供给，降雨有丰水季、枯水季、丰水年、枯水年。甚至不在海湾处的直线海岸上也可以建造拦海蓄水的大型潮汐发电站，这就更加拓宽利用拦海蓄水的大型潮汐发电站的范围。我国有1.8万公里长的陆地海岸线，加上1.4万公里长的海岛岸线，其可利用的海岸很多，开发价值非常可观。

在绿色能源中，海洋潮汐的能量是很大的。大海在月球的引力下的潮汐动能和潮汐势能的能量，以海洋之大，海水之多，这几乎是不可估量的。仅就一个海湾而言，其大量的海水涌上海湾的顶部，潮汐升高几米，再加上人为提高10米甚至20米以后，这海水的势能就非常可观了。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种拦海蓄水海洋潮汐发电站，结构巧妙，效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种拦海蓄水海洋潮汐发电站，包括蓄水湖和提水装置，该提水装置将海洋潮汐的高潮位水提至蓄水湖中；该蓄水湖与低潮位之间设有第一水力发电机组。

优选的，还包括将海洋潮汐的潮位差提高的海堤。

优选的，该提水装置由套筒、大桶、提水管、活塞、脱挂机构、滑轮和钢丝绳构成，该套筒设在海洋潮汐中的高水位中，底部设有排水管；该大桶设在套筒中，大桶底部设有放水阀；提水管垂直设在高水位中，活塞滑动紧密地设在提水管中；该活塞设有若干个，经第一钢丝绳串联连接成环，缠绕在提水管上下侧的两端的滑轮上；大桶上端经第二钢丝绳与脱挂机构连接，该脱挂机构与第一钢丝绳活动连接。

优选的，该大桶设有两个，并排设置，经第三钢丝绳在上下方两侧分别固定连接，该第三钢丝绳缠绕在上下方两侧的滑轮上。

优选的，该提水装置由套筒、大桶、提水管、活塞、滑轮和钢丝绳构成，该套筒设在海洋潮汐中的高水位中，底部设有排水管；该大桶设在套筒中，大桶底部设有放水阀；提水管为唧筒结构，垂直设在高水位中；活塞滑动紧密地设在提水管中；该活塞轴心处设有伸出提水管的支杆，经第一钢丝绳与大桶上端固定连接，大桶下端经第二钢丝绳与支杆连接；大桶上下移动，经第一钢丝绳和第二钢丝绳带动活塞在提水管中移动。

优选的，该提水管和该活塞分别设有两个，两个活塞分别设在两个提水管中，两个活塞的轴心处均设有伸出各自提水管的支杆，经第一钢丝绳分别与大桶上端和下端固定连接，两个支杆分别经第二钢丝绳与大桶下端和上端固定连接。

优选的，该海堤底部设有第二水力发电机组。

优选的，该海堤设为喇叭形堤岸，该喇叭形堤岸由三条堤岸构成，两侧堤岸成喇叭形分布，中间隔堤斜向设置，分别与两侧堤岸构成喇叭口形和倒喇叭口形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：由于海堤采用喇叭口形提高了潮位差，并且提水装置可以提升蓄水湖的水的水头，从而将潮汐发电做成像拦河大坝一样的小、中、大型发电站。24小时不停地发电，这样的电站，水源比拦河电站稳定。

附图说明

图1为本发明拦海蓄水海洋潮汐发电站的第一种结构示意图；

图2为本发明拦海蓄水海洋潮汐发电站的第二种结构示意图；

图3为喇叭形堤岸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

利用上、下库水位高度差的势能可以直接发电，若利用这个势能来提高高潮水位的高度以后再发电呢？这样做会有两个好处。一，提高发电水位的水头；二，修建上下库只能一次性地利用海湾潮汐的高潮水位，用完就只有等低潮之后的下一次高潮再发电了，这使潮汐发电不能24小时连续发电，使潮汐发电只能作为燃煤等矿型主力发电的辅助发电。而拦海造蓄水湖，提高蓄水湖的水头，则可以利用蓄水24小时连续发电，只要提水与放水的总量相当就行了，这大大地提高了一个海湾潮汐发电的能力和使用价值。

必须有不再加任何其他（如矿物性）能源提升潮汐水位的方法才能实现提高潮汐势能的目的。有三种，一是利用海湾的潮位差提水到蓄水湖，以提高蓄水湖水头；二是人为地修建隔堤提升潮汐的潮位差，再提水至蓄水湖；三是在直线型的海岸线上，修建喇叭口形的海堤，提升潮位差，或直接发电，或再修建蓄水湖，用提水装置将海水提到蓄水湖内。

下面先谈第一种方法。

一、利用潮位差提高高水面一部分水高度的原理：

1、要将海水提升高度，必须做功，做功就要消耗能量，功能相等，所以用其它能源做功来提高潮汐高水面高度（提高蓄水湖水头）的方法就毫无意义。跨过滑轮的钢丝绳两端各连接两个重物，当一侧较重时，必因重力而拉动另一侧重物上升，这就是利用一侧的重力做功将另一侧的物体的势能提高。如果做功的重力是一个永远可以向下的不间断的拉力，而被抬高的物体是水的话，则可以永远不停地将水提升，这就可以抬升蓄水湖的水头了。乍一看，这几乎是痴人说梦的神话。就是这一念之差，使人们在如此发达的现代科学之下，这一方法至今未能开发出来。

要想不用消耗其他能源的方法做功提升海水的高度，看似无解，其实是一个很简单的道理：利用潮汐潮位差这个有高度差的两个水面的势能做功：设有高低不同的两个水面（下面分别称之为高水面和低水面），用钢丝绳中间通过一个滑轮，两端连接两个水桶，一个桶稍微小一点，一个桶稍微大一点，两个桶都位于高水位的水面上，并且都能从高水位处装满水。由于大桶较重，则大桶下行，拉动小桶上行，也就提高了小桶内的水的高度（势能）。大桶运行到低水面的时候，小桶上升到最高处，将小桶内的水引入蓄水湖，一次性的提升便告完成。这就是利用高低的水位差，从高水位上引部分水下行做功，此功便是抬高水面高度所需要的功，但这是一次性的动作，要想再次提升，必须使两桶恢复到原位，这种恢复原位又要做功，我们仍然得不到多余的能量。这就是未能开发出连续提升的思想障碍。实际上，此时若将大桶内的水倒入低水位中之后，再恢复原位，则就不需要再做功了（暂且认为桶重不计）。在大桶水倒光，小桶水还有少许剩余的情况下，小桶便重于大桶，两桶作反向运行，各到达原位后，重复上述过程，则每次都得到抬升了的水的势能，而大桶复位又未用外力做功。或者说，以浪费大桶内的水的势能换取了小桶内的水提高的势能，从而得到了剩余的势能。这样，就没有用任何其它矿物性能源便提升了潮汐发电的水头。而做功的是所取的两个有高度差的水面的部分水的势能。而这个有高度差的两个水面必须是来自自然力量的水面，取水后水面能保持不变。潮汐差完全满足这一条件。这两个有高度差的水面，正是海洋潮汐的高潮和低潮的水面。

设重水桶的行程为l₂，重水桶做的功W为

W=Mgl₂

这个功必须等于抬升的水的势能E=mgh，W=E， Mgl₂=mgh，即

M/m=h/ l₂

M为大水桶水的质量，m小水桶水的质量，h为小水桶水提高的高度。质量之比与行程成反比。

2、拦海蓄水建蓄水湖并提高蓄水湖水头高度的方法设计

利用海水潮差的势能做功就可以提升海水，上述用水桶的办法只是原理的描述，在需要大量提升海水时，需要设计。我们设计了两种提升的装置，此处叫做提水装置。

如图1所示，将一根提水管4（为空心水管），一端插入水中，管内一串活塞41用钢丝绳相串连，钢丝绳滑过管顶端的滑轮。如果用力不停地向下拉动钢丝绳，则水将不停地被拉到水管的顶端而将水提升，这是古时候就用的提水方法。提水用的是人力。问题是，在不用任何其它能源和人力的前提下，这个不停地向下拉力从何而来？

海洋潮汐是一个每日有高潮和低潮的海水运动。分别称之为高水面1和低水面2。这两个水面的高度差，即潮差，可以达到数米的量级。如前面所述，高潮时在高水面1将海水注入一个重水桶6内，重力便是拉动的力。将其与钢丝绳的一端连接，这个力就可以使重水桶6下行而拉动活塞41上行而使提水管4内的水抬升（当然用水桶代替水管也是一样的）。当重水桶6落到高水面1的底部（即与低水面上部等高的地方）时，要想再用这个重水桶下拉做功，必须再提升重水桶到原来的高度（水面1的高水位处）。这个再提升所需要做的功正好等于其下行时做的功。如果用其他的能量抬升，我们没有得到一点多余的功。这样做毫无意义，不可能用这个重水桶6反复（不停地）拉动钢丝绳。这也就阻碍了人们进一步的思考。但若在重水桶6运行到达高水面1的底部时，将重水桶内的水放出去，这个重水桶再上升时便不再消耗能量（暂且不计重水桶的重量）。这就可以在不做功的情况下将空的重水桶抬升。这使人看到了希望。如何使重水桶6下行到达高水面1的底部时放出重水桶6内的水呢？其实，如果重水桶的取水与放水都在一个水体中（比如高水面1中，即不加套筒，直接将两个大桶放入水面1中）进行，这是不可能的。本设计就是利用了高低潮的两个水面的潮差，使这个设计得以成功。如果在高水面1上构建一个套筒5，套筒5是一个封闭体，套筒5四周的墙壁高于高水面1，套筒5底部与地表固定。套筒5内安装两个重水桶6和3，套筒5的高度远大于重水桶6和3的高度，当套筒5内是空的（无水）的时候，则重水桶6和3可以自由上下运动。那么，如果在高水面1的上方给重水桶6加满了水，重水桶6就在水的重力下下行做功，直至重水桶6下行到达底部。这个套筒底部必须和整个高水面1脱离，套筒底部有一个管子通向低水面2，低水面2低于高水面1。这个管子在低水面2的上方贴进低水面2。这样就可以将重水桶内的水放到低水面2的水中了。在重水桶6下行到套筒5底部时，将重水桶6内的水排放到低潮位的低水面2之后，再将这个重水桶提升到下行前的高水面1的高水位处，就可以认为不需要做功了，于是我们得到了重水桶下行和抬升这个使重水桶往复运行中下行作的功，也就是得到了滑轮另一侧的重物（水）抬升的势能，即剩余的能量。这个势能积聚起来，就可以发电了。这正是以浪费重水桶内的水的势能来换取其做功得到水管中的抬高了的水的势能。

如果再加一个重水桶3，两个重水桶连成一个一上一下的配合的整体运动，则一个向下运动时（装满水），另一个向上运动（水已放空），另一个向下运动时（内装满水），一个向上运动（水已放空）。两个自动地配合起来，就可以不停地将钢丝绳一直不停地向下拉，从而使水管内的水一直被抬升，直至水从水管的顶端流出，而后不断地流出，送到蓄水湖，也就达到了将高水面1的水提升到蓄水湖内了。这就达到了将水抬升用以发电的目的了。这两个重水桶的配合运动以及每个重水桶降落到底部便将水放出去，这就是本专利的要点。这虽然没有什么大理论，但千百年来，无人想到这一点；而能如此的关键是要有自然形成的两个水面差，水面1和水面2的水位差。海洋潮汐正好满足了本专利的要求。所以本专利是成功的。提水管的高度以及重水桶的大小，决定了水提升的高度。实际可以用四个重水桶以提高提水的速度。

图1中钢丝绳一端分别与重水桶6和3连接，另一端都与脱挂机构42连接，两个重水桶6和3的相互运动如下：当一个重水桶在高水面1的高潮位上装满水拉动活塞运动（与其连接的钢丝绳由脱挂机构与钢丝绳1连接），到达底部后，打开底部的放水阀61，该重水桶的水就放到了下库的低水位中了，于是重水桶6便成了空桶，与其连接的钢丝绳由脱挂机构与钢丝绳1脱离。由于钢丝绳经两个滑轮组分别与两个重水桶相连，两个重水桶的运动方向是相反的，运动距离是相等的。一个重水桶6下降时，同时拉动另一重水桶3上升，一个重水桶6下降到底部时，另一重水桶3已经在高潮的高水面1上方了，打开重水桶3的进水阀，装满了水，与其连接的钢丝绳由脱挂机构与钢丝绳1连接起来，水的重力拉动活塞上升，抬升了提水管内的水上升；同时拉动另外的重水桶6上升，直至这个重水桶3到达底部。重复上述过程，两个重水桶的交替上下的运动，在将放水与排水自动化的运作下，便使提水管内的水不断地在提水管抬升了，直至从上部流出来，引导到蓄水湖中。由于进水和放水都需要时间，为了加快提升速度，还可以再加上两个重水桶，或多个提水装置。不再细述。

这样，在蓄水湖的大坝前，可以建设多个提水装置，在高潮时不停地将坝外的水提升到坝内，并且可以提升很高的高度，高度由上库的供水能力和下库排水的能力决定。实际上，上库是不需要建设的，它就是代表潮汐的高水面，而且在高潮位持续期间内一直向蓄水湖提水以提高发电的能力。而下库这里是需要的，但当修筑隔堤时也可不用（见下文）。

每个水桶下行时脱挂机构42连接起来以拉动钢丝绳，水桶下行到底部后，脱挂机构42就要脱开，以便再降低去挂住拉动。在图1中，脱挂机构42在重水桶上升时，因重量下降，以便在较低的地方去挂住再次拉动钢丝绳。只要在重水桶落到底部之后触及一个机关传到上部，就可将脱挂机构42挂住或脱开了。这种机构容易设计，也不在本专利之内。这种提水装置可以任意提高提升水的高度，只需将提水管加长，将重水桶加大就可以了。这里只要掌握重水桶下行做的功等于提升的水的势能就行了。

要想不用脱挂机构，必须舍弃活塞在提水管内循环的方法，改用将提水管抽真空的方法。根据大气压力的测试，用一端密封一端敞开的玻璃管放倒在水银槽内使水银充满玻璃管，倒立玻璃管，则密封端的上段成为真空，而水银柱的高度（76cm）即为大气压力。由于水银的比重为13.6，水为1，则如果将水银换成水，水柱的高度为13.6×0.76米=10.3米。就是说，只要将水管的上段抽成真空，则大气压力便可以将水管内的水抬升到10米以上，这就很容易地利用了大气压力做功。如果源源不断地抽真空，水就源源不断地抽到10米的高度了。

如图2所示，只用一个重水桶3，滑轮组分左右两边基本对称的两组。重水桶3下行和上行，每组滑轮组都与重水桶3左右两边的活塞唧筒4组成一个完整的一体运行机构。比如左侧的机构，当重水桶在高水面1的位置上装满水，重力使其下行时，打开密封罩42，关闭密封罩43，钢丝绳拉动活塞41使左侧的唧筒4成真空，则水被抽到10米的高度，左侧的唧筒4也充满了水，关闭密封罩42，可以将上部的水放出引到蓄水湖以为下冲发电之用。当重水桶3下行到底部的时候，打开放水阀31，打开放水阀51，重水桶3内的水排到了下库的低水面2。关闭放水阀31，关闭放水阀51，在高水面1上，在重水桶3和套筒5之间放水，则此时重水桶内无水，其所受浮力使重水桶上行。关闭密封罩42，打开密封罩43，此时右侧的唧筒4机构运行，当重水桶3上行时，钢丝绳拉动活塞使右侧的唧筒4成真空，则右侧的提水管内的水被抽到10米的高度。右侧的唧筒也充满了水，关闭密封罩43，可以将上部的水放出引到蓄水湖，以为下冲发电之用。重水桶上行时，左侧的滑轮系统使左侧的活塞41回到唧筒的底部，以备左侧再抽真空提水之用。当重水桶上行到顶部的时候，打开放水阀51，套筒5内的水排到了下库的低水位区。放水阀31是关闭的，在高水面1上给重水桶内放水（注意，此时重水桶会下沉，要设计一个挡头阻止其下沉。装满水撤掉挡头。这些不细述。），则此时重水桶内的水使重水桶下行，拉动左侧的活塞41使唧筒4成真空，而右侧的活塞回到唧筒的底部，以备右侧再抽真空提水之用。重水桶下行，打开密封罩42，便重复以上过程。

这一设计的优点在于，不必再用脱挂机构，钢丝绳与活塞固定连接。但提水高度最大为一次10米。再高则要二次提水。每次提高10米。

提水管顶端连接唧筒及活塞，唧筒要拐90度的弯，拐过弯后的长度，就决定了重水桶行程的长度l₂，l₂要与潮差减去重水桶的高度相一致。（可以将其做长一点，以取得重水桶行程长度调整的方便），而且满足重水桶下行做的功等于提升的水的势能。

3、上述两种结构的能量的估算与电站的大小

关于能量的数值估算，只做水的势能与电能的等价估算。暂且以抬升水面高度10米计算。尽管实际要比10米高得多（还有潮差，加了隔堤后潮差更大）。

设质量为m的水在10米的高处，其势能E为

E=mgh

将其下冲发电，取每秒下冲一吨水，相当于

E=105焦耳/秒=102千瓦(不考虑效率)

这里取1千瓦=103焦耳/秒。能够每秒将一吨水自10米的高度下冲（当然也要每秒将1吨的海水抬升10米才可以持续），就可不间断地得到100千瓦的发电能力。就是说，如果将图2的一套提水装置运转起来，可以得到100千瓦的发电能力。这可以用作无电孤岛的发电之用。如果以1万千瓦的小型发电站为目标。需要100个上述的装备同时启动。每个装备都是容易做到的，在一个海湾内装100个也不难，这些也可作为本专利之一。但我们的目标还不在这里。我们的目标在于建立小、中、大型的发电站，建一个像拦河大坝一样的蓄水湖，不停地蓄水，不停地下冲，就可以不停地连续发电了。那么，提水就要用更大的截面积的提水管和更大直径的重水桶了。

假设有了这样的蓄水湖，要建一个1万千瓦的小型电站，在水头高10米的情况下，需要每秒下冲100吨的水，也就需要每秒提升100吨的水到10米的高处。每天有86400秒即8.6×104秒。这就要求每天有8.6×106吨的水下冲和提升。这是一个不小的数字。对于海湾潮汐的供水能力，应该对这样的供水需求有一个估计。以高潮期潮汐的流速为1米/秒来估计，每秒流过100立方米，以水深10米来看，只要有10米的宽度的海湾可以每秒流过 100立方米。以1/3的时间为上述流速的值（其他低潮位不能用做提水的时间），那么加宽3倍的海湾宽度（30米）也就足够了。而要建一个10万千瓦的中型电站，300米宽的海湾也够了。要建一个100万千瓦的大型电站，3000米宽的海湾也够了。海水不可斗量，这样的海湾容易找到。建电站抬升的水的供给能力是足够的。

如此看来，在我国漫长的海岸线上，寻找几公里宽的海湾应该是不少的，建立百万千瓦的大型电站，从供水的能力来看，可以建很多，至少比能建百万千瓦的大型电站的河流多得多。而在直线型的海岸线上建海堤，就更容易了。如此，则我国发电的能源问题就广阔而轻松了，污染问题也轻松了。何况我们上述的估计都未加上潮汐的高度。

4、排水渠道与排提比

不管是用上面哪一个提水装置来提水，设整个提水管的长度为l（从水面算起），截面积为S，总水管内的水的体积为lS。要拉动这么大的体积的水，必须有等量（或稍大于）的水，即重水桶内的水的体积V应该为

V≧lS。

如果重水桶的行程为l₂，重水桶长度取为l₃米，则l₂ 为潮差l₁（高水面1与低水面2之差）减去l₃，即。

l₂= l₁ - l₃

若取l₃ 为1m（米），l₁ 为4m，即l₂ =3m。设图2中唧筒半径与S同。l₂ S即重水桶由上向下运动一次可以将水提升到高处的体积量（立方米），乘以1也就是重量（吨）。取l =10m，S=1m²，则重水桶要能够将提水管内的水拉动，重水桶内的水应该大于10吨。就是说，重水桶载水10吨由上向下运动一次行程为 3m，可以将提水管上部顶层3米的水，即3m×1m²=3m³的水从管顶排出，即3吨的水提升到10m的高度。可见，这这样的设计下，要提升3吨的水必须将10吨的水排到低水位处。这是由于重水桶的行程（3米）小于提升的水的行程（10米），这些都是在低潮差（4米）下的估计。

定义需要排到低水位的水的量m₂与提升到蓄水湖的水的量m₁的比值为排提比z。

z= m_2/m₁

按照上面的数据，重水桶运行3米，提升水位10米，z=10/3，就是需要排到低水位的水与提升到蓄水湖的水的10/3倍。可见，排水的量大大地多于提升的水的量。如果潮位差再大些，则重水桶的行程就可以再大些，比如重水桶能够运行4米或5米，即潮高达到5到6米，则可望z减少到10/4=2.5或10/5=2，那样可以大大减小排水的压力。由于功能相等的原理，设提升的高度为h，有

l₂m₂=hm₁

z=h/l₂

z也与提升水的高度h和重水桶行程l₂之比成正比。z的降低，有利于改善排水能力。而z 的降低，在于l₂的加大，l₂的加大，全在于潮差的加大。潮差的加大，使重水桶的行程加大，排水的量就可以减少。还要估算排水的能力。

比如说，要建一个10万千瓦的中型水电站，要保证提水的供应，如上述，有300米宽的海湾就够了。若以z=10/3为例，排水（仍以低潮期潮汐的流速为1米/秒）需要有（10/3）×300=1000米宽的海湾才够。而要建一个100万千瓦的大型水电站，要保证提水的供应，有3000米宽的海湾也够了。若以z=10/3为例，排水需要有（10/3）×3000=10000米宽的海湾才够。这就要尽量找潮差大点的海湾；还一个就是人为地提高潮差以降低排水与提水的量的比值z。

二、在喇叭口型的海湾内，修隔堤提升潮汐的潮位差，再提水的方法。

前面提到，不再加任何其他能源提升潮汐水位的方法有三种，现在讲第二种方法，人造喇叭口的方法。

有一个办法可以人为地提升潮汐的潮位差。既然潮差的产生是由于海湾具有喇叭口的形状，何不改变喇叭口的形状以改变潮位差呢？一般地，喇叭口可简单地分成大口（海湾外侧）和小口（海湾内侧或称顶侧）两个部分。在大口处潮位差不变的情况下，喇叭口的大口处越大，小口处越小，小口处的潮差越大。这是因为月亮引力使潮汐波涌由大口处涌向小口处，越走越窄，而水量若以海湾外处的水量不减的话，则潮差变大（此处还未考虑海水的深浅）；反之，如果喇叭口倒了过来成倒喇叭口的形状，则小口在海湾外侧，大口在海湾内侧了。潮汐波涌由小口处涌向大口处，越走越宽，在小口处潮位差不变的情况下，即水量以湾外处的水量不增加的话，则大口处潮差变小，比海湾外侧的潮差还小。那么，用一条深至海底的大堤，见图3，称为隔堤63。隔堤63不是从中央走过，而是斜着走过。隔堤63将两侧的堤岸61和62构成的喇叭口一分为二，分为两个喇叭口。一个为正喇叭口（右侧），一个为倒喇叭口（左侧）。这使右侧的喇叭口外侧相对更大，内侧相对更小，潮差将更大（图3右侧），用作取水。左侧的倒喇叭口外侧相对更小，内侧相对更大，使潮差变小（图3左侧），比海湾外侧的潮差还小，用作排水。在高潮时，倒喇叭口大口处的高潮水位低于正喇叭口小口处的高潮水位。这两个“高潮”水面的差别，如果足够大的话，这正好作为高水面1和低水面2来用，这就正好可以将正喇叭口的小口处取为上库的高水位来用作提水；可以将倒喇叭口的大口处取为下库的低水位来用作排水，就不再需要修建上库和下库了。这就可以用隔堤代替修上下库的海堤了。当然，这就要修建蓄水湖。

如果单一地认为，潮差只与喇叭口的大小口比例有直线关系，则设喇叭口大口长度为D₁，小口为D₂,潮差H＝k(D₁/D₂)。在已知D₁与D₂的潮差H的情况下，可得出k的值，那么在改变了D₂的时候，就可以测出潮差值。比如设已知D₁/D₂的值为4。此时潮差H＝4m，由此算出k＝1m。在其他不变时将D₂缩小一半，得H＝8m。潮高渴望提升一倍或更高。那么，蓄水湖的水头就可以大大地提高。

在修了隔堤提高了高潮水位之后，再用一节中的提水装置将已经提高了的高潮水位提高到蓄水湖内，就可以得更高的蓄水湖的水头。

图3中倒喇叭口的小口远小于正喇叭口的大口。这是为了提高潮差的视觉效果的需要，但也使排水能力降低。这是一个矛盾。如果在海湾的供水能力很紧迫的情况下，应该仔细地考虑倒喇叭口的小口的大小（排水多少还与倒喇叭口处外排的流速有关）。如果海湾很大，就不必要如此仔细地考虑了。这需要视具体海湾地形而定。

关于隔堤的建造，可以像建防波堤那样用大块石头堆填，也可以像建海洋大桥那样浇筑桥墩，再两个桥墩之间加隔板，并加固隔板。造价肯定是高的，但工程不难。为保护环境，找到这种无污染的能源付点代价是值得的。

三、在直线型的海岸线上，修建喇叭口形的海堤，提升了潮位差之后，或直接发电，或如一所述，再修建蓄水湖，用提水装置将海水提到蓄水湖内。

在直线形的海岸线上，潮位差是不大的。如上所述，既然改变喇叭口的形状可以提升潮汐的潮差，那么在非喇叭口的直线型的海岸上，人为地制造一个喇叭口，不是也可以提高潮汐的潮差吗？那么，利用海洋的潮汐能发电就不限于海湾处了，在任一个海岸上都可以建立潮汐发电站了，只要能修建海堤就行。仍如图3所示，需建三条海堤，两条外堤61和62和一条隔堤63（如果两个电站放到一起，就可以4个海堤构成两个电站）。这三条人造的海堤就可以根据需要任意设计从而提高正喇叭口大小口的比例，从而提高潮位差了（甚至考虑月球引力的方向，即潮流方向）。这样就可以在潮差不大的直线性的海岸线上提高潮位差，利用提高了的潮位差直接发电也可以大大提高发电量，再用提水的办法提高蓄水湖内水的水头，也可以建成较大型的发电站了。这在沙岸型的海滩上建潮汐发电站更有利。

由于上述是在潮差为4米的预设值下的计算，如果建有隔堤，潮水达到10米，则z接近1，排水压力就不大了。加上潮差，水头也可以提到中水头的量级（20米）。

比如说，要建一个10万千瓦的中型水电站，要保证提水的供应及排水，如上述，有300米宽的海湾就够了。而要建一个100万千瓦的大型水电站，要保证提水的供应及排水，有3000米宽的海湾也够了。

四、多处提水的设计

上述的设计都是指一个海湾一个发电站的设计。实际上，既然在任何的海岸线上都可以做成喇叭口型的提高潮汐差的海湾，那么可建多个相邻的提水海湾，将被提高了水头的海水合并引导到一个蓄水湖内，这就加大了蓄水湖的容量，或者二次提水，加高水头，提高发电能力。

五、本发明的优点：

1，有两个高低不同的水面，就可以利用高位的水面的部分水运行到低位水面时做工而将高位水提升，以浪费这部分的水的势能获得提升水的势能。海洋潮汐正是这一原理的最佳利用。利用海洋潮汐的潮位差，将一个在高潮位上水面的重水桶装满水，利用其下行的重力做功，下行到底部时将重水桶内的水排出，放到低潮位的下水面中。以浪费这部分重水桶内的水为代价，获得了其下行做功所得到的提水管内的水的势能。而无水的重水桶上升便可以认为无需再做功（不计）。两个重水桶的配合，如图1所示的提水装置，可以源源不断地将海水提升到蓄水湖。或用图2所示的提水装置，利用大气压力，在重水桶下行时将左侧的唧筒抽真空而将提水管内的水提高到蓄水湖（注意，必须有密封罩），在重水桶下行到底部时将将重水桶内的水放到低潮位下水面之中。以浪费一部分重水桶内的水为代价，获得了其下行做功所得到的提水管内的水的势能。再利用空的重水桶的浮力，在重水桶上行时将右侧的唧筒抽真空而用大气压力将右侧提水管内的水提高到蓄水湖，在重水桶上行到顶部时将重水桶与外套之间的水放到低潮位低水面之中。以浪费一部分重水桶与外套之间的水为代价，获得了其上行浮力做功所得到的右侧提水管内的水的势能。这两者都可以使用，各有优缺点。

2，由于可以提升蓄水湖的水的水头，从而将潮汐发电做成像拦河大坝一样的小、中、大型发电站。24小时不停地发电。这样的电站，水源稳定。

3，在海湾内用人造隔堤造成正、倒喇叭口的形状而加大潮差；以及在直线型的海岸线上人为地建立正喇叭口和倒喇叭口的三个海堤，就可以提升潮位差。就是用这提高了的潮位差直接发电也可以大大提高潮汐发电的发电量，还可以再用提升蓄水湖内海水的水头的方法建立大型潮汐发电站。

4，用提水装置作小型的发电设备，可以解决孤岛等小范围的用电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：包括蓄水湖和提水装置，该提水装置将海洋潮汐的高潮位水提至蓄水湖中；该蓄水湖与低潮位之间设有第一水力发电机组。

2.如权利要求1所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：还包括将海洋潮汐的潮位差提高的海堤。

3.如权利要求1或2所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该提水装置由套筒、大桶、提水管、活塞、脱挂机构、滑轮和钢丝绳构成，该套筒设在海洋潮汐中的高水位中，底部设有排水管；该大桶设在套筒中，大桶底部设有放水阀；提水管垂直设在高水位中，活塞滑动紧密地设在提水管中；该活塞设有若干个，经第一钢丝绳串联连接成环，缠绕在提水管上下侧的两端的滑轮上；大桶上端经第二钢丝绳与脱挂机构连接，该脱挂机构与第一钢丝绳活动连接。

4.如权利要求3所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该大桶设有两个，并排设置，经第三钢丝绳在上下方两侧分别固定连接，该第三钢丝绳缠绕在上下方两侧的滑轮上。

5.如权利要求1或2所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该提水装置由套筒、大桶、提水管、活塞、滑轮和钢丝绳构成，该套筒设在海洋潮汐中的高水位中，底部设有排水管；该大桶设在套筒中，大桶底部设有放水阀；提水管为唧筒结构，垂直设在高水位中；活塞滑动紧密地设在提水管中；该活塞轴心处设有伸出提水管的支杆，经第一钢丝绳与大桶上端固定连接，大桶下端经第二钢丝绳与支杆连接；大桶上下移动，经第一钢丝绳和第二钢丝绳带动活塞在提水管中移动。

6.如权利要求5所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该提水管和该活塞分别设有两个，两个活塞分别设在两个提水管中，两个活塞的轴心处均设有伸出各自提水管的支杆，经第一钢丝绳分别与大桶上端和下端固定连接，两个支杆分别经第二钢丝绳与大桶下端和上端固定连接。

7.如权利要求2所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该海堤底部设有第二水力发电机组。

8.如权利要求2或7所述拦海蓄水海洋潮汐发电站，其特征在于：该海堤设为喇叭形堤岸，该喇叭形堤岸由三条堤岸构成，两侧堤岸成喇叭形分布，中间隔堤斜向设置，分别与两侧堤岸构成喇叭口形和倒喇叭口形。