CN107076105A - 潮汐发电和储存系统及用于该系统的蓄水池的构造方法 - Google Patents

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Abstract

一种潮汐发电和储存系统(10)，其包括泻湖(12)和将泻湖与潮汐水域的区域(16)分开的多个蓄水池(14)。每个蓄水池(14)包括包围蓄水池室(22)的海堤(20)。系统具有在潮汐水域的区域(16)和泻湖(12)之间连通的第一流动通道(30)，第一流动通道(30)引导流动通过涡轮机(32)以产生电力。系统还具有允许在两个相邻的蓄水池之间连通的第二流动通道(40)以及允许在蓄水池和第一流动通道之间连通的第三流动通道(90)。每个蓄水池(14)的海堤(20)包括重力结构，该重力结构包括沙和/或其他海底材料和水硬性粘合剂的混合物的多个层。系统可以使用来源于构造地点的材料制造，并且允许将水储存在蓄水池(14)和泻湖(12)中和泵送蓄水池(14)和泻湖(12)中的水，以最大化可以发电的时间段。

Description

潮汐发电和储存系统及用于该系统的蓄水池的构造方法
技术领域
本公开涉及一种潮汐发电和储存系统，其能够产生电力同时允许多次使用在潮汐发电系统中使用的蓄水池和泻湖(lagoon)。本公开还涉及一种构造用于这种系统的离岸蓄水池的方法，以及一种使用这种系统发电的方法。
背景
传统的潮汐发电方案能够在潮汐条件合适时的某些时间产生电力。它们不能够连续地产生电力，并且供应不能适应高峰时期的需求。
传统的潮汐发电方案可能干扰导航，并且可能成为出于其他目的使用海洋环境的屏障。
本发明的目的是克服上述的问题中的一个或多个。
概述
根据本发明的第一方面，提供了一种潮汐发电和储存系统，其包括泻湖和将泻湖与潮汐水域(tidal water)的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，
其中该系统还包括在潮汐水域的区域和泻湖之间连通的至少一个第一流动通道，该第一流动通道在其中具有第一闭合装置以选择性地防止水流动通过第一流动通道，并且第一流动通道具有第一涡轮机，该第一涡轮机适于当第一涡轮机由于水流动通过第一流动通道而旋转时产生电力，
其中该系统还包括至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，至少一个第二流动通道在多个蓄水池中的两个相邻的蓄水池之间选择性地连通，至少一个第三流动通道在多个蓄水池中的至少一个蓄水池和第一流动通道之间选择性地连通，并且
其中每个蓄水池的海堤包括重力结构，该重力结构包括沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物的多个层。
优选地，水硬性粘合剂是具有凝硬性(pozzolanic)或潜在水硬性(latenthydraulic)性质的无机材料。在一个实施方案中，水硬性粘合剂可以是石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。
第二流动通道在其中可以具有第二闭合装置，以选择性地防止水流动通过第二流动通道。
第二流动通道可以包括泵，该泵适于将水从相邻的蓄水池中的第一个泵送至相邻的蓄水池中的第二个。
第二流动通道可以具有第二涡轮机，该第二涡轮机适于当第二涡轮机由于水流动通过第二流动通道而旋转时产生电力。
第三流动通道可以在多个蓄水池中的至少一个蓄水池和泻湖之间连通，第三流动通道在其中具有第三闭合装置以选择性地防止水流动通过第三流动通道。第三流动通道可以包括第一流动通道的部分。第一涡轮机可以适于当第一涡轮机由于水流动通过第三流动通道而旋转时产生电力。
优选地，多个蓄水池在结构上连结以形成连续的潮汐屏障。
根据本发明的第二方面，提供了一种构造用于潮汐发电系统的蓄水池的方法，该潮汐发电系统包括泻湖和一个或更多个蓄水池，该方法包括以下步骤：
在潮汐水域的区域中构造环形围堰；
从围堰的内部移除水和/或海底材料以形成环形容积；
用沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物填充环形容积，
将沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物压实，
重复填充和压实步骤以形成多个层，
将沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物固化，以形成连续的环形海堤，
从连续的环形海堤的内部移除水和/或海底材料以形成蓄水池室，以及
至少部分地用水填充蓄水池室。
该方法可以包括构造潮汐发电和储存系统，该潮汐发电和储存系统包括泻湖和多个所述蓄水池，多个所述蓄水池连接以形成潮汐屏障，潮汐屏障在使用中将泻湖与潮汐水域的区域分开，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，
其中该方法还包括提供在潮汐水域的区域和泻湖之间连通的至少一个第一流动通道，该第一流动通道在其中具有第一闭合装置以选择性地防止水流动通过第一流动通道，并且第一流动通道具有第一涡轮机，该第一涡轮机适于当第一涡轮机由于水流动通过第一流动通道而旋转时产生电力，并且
其中该方法还包括提供至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，至少一个第二流动通道在多个蓄水池中的两个相邻的蓄水池之间选择性地连通，至少一个第三流动通道在多个蓄水池中的至少一个蓄水池和第一流动通道之间选择性地连通。
优选地，水硬性粘合剂是具有凝硬性或潜在水硬性性质的无机材料。在一个实施方案中，水硬性粘合剂可以是石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。
环形围堰包括相接的桩或板桩。在将沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物固化以形成连续的堤之后，桩可以保持在原位。
环形容积可以填充至潮汐水域的区域的平均高潮水位之上至少5米、优选地至少6米的水位。这具有为堤提供足够的质量以及确保连续的堤的材料即使在大的横向载荷下仍保持压紧的优点。
在潮汐水域的区域的平均低潮水位以下的区域中的连续的堤可以具有至少5米宽、通常至少8米宽的宽度。在平均低潮水位以上的堤的宽度可以是较小的。蓄水池可以在平面图中具有大体上圆形的形状。蓄水池可以在平面图中具有大体上矩形的形状。
根据本发明的第三方面，提供了一种操作潮汐发电系统的方法，该潮汐发电系统包括泻湖和将泻湖与潮汐水域的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，其中该系统还包括至少一个第一流动通道、至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，至少一个第一流动通道在潮汐水域的区域和泻湖之间连通，至少一个第一流动通道在其中具有第一水力涡轮机，至少一个第二流动通道在多个蓄水池中的相邻的第一蓄水池和第二蓄水池之间连通，至少一个第三流动通道在相邻的第一蓄水池和第二蓄水池中的一个或两者和泻湖之间连通，该方法包括：
在潮汐水域的高潮状态之后，打开第一流动通道并从而将水从泻湖通过第一流动通道释放到潮汐水域，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第一流动通道；
在潮汐水域的低潮状态之后，打开第一流动通道并从而将水从潮汐水域通过第一流动通道释放到泻湖，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第一流动通道；
当潮汐状态允许时，打开第二流动通道和第三流动通道并从而允许将水从第一蓄水池和/或第二蓄水池通过第三流动通道释放到泻湖或潮汐水域，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第三流动通道；以及
当潮汐状态允许时，打开第二流动通道和第三流动通道并从而允许将水从泻湖或潮汐水域通过第三流动通道释放到第一蓄水池和/或第二蓄水池，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第三流动通道。
该方法可以包括另外的步骤：将水从泻湖泵送至第一蓄水池和/或第二蓄水池以将泻湖中的水位升高至比处于高潮状态的潮汐水域的水位高的水位。
该方法可以包括另外的步骤：在涨潮状态期间打开另外的输入流动通道以允许水在重力下从潮汐水域流入第一蓄水池和/或第二蓄水池。
优选地，随着潮汐水域的每个潮汐循环，重复该方法的步骤。
第二流动通道在其中可以具有第二水力涡轮机或泵或组合的涡轮机/泵。
第三通道可以部分地或完全地与第一流动通道或第二流动通道重合。可以设置一个或更多个阀以选择性地打开或关闭第一流动通道、第二流动通道和第三流动通道中的一个或更多个，或者以使流动沿着第一流动通道、第二流动通道和第三流动通道中的一个或更多个转向。
根据本发明的第四方面，提供了一种操作潮汐发电系统的方法，该潮汐发电系统包括泻湖和将泻湖与潮汐水域的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，其中该系统还包括至少一个第一流动通道、至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，至少一个第一流动通道在潮汐水域的区域和泻湖之间连通，至少一个第一流动通道在其中具有第一水力涡轮机，至少一个第二流动通道在多个蓄水池中的相邻的第一蓄水池和第二相蓄水池之间连通，第三流动通道在相邻的第一蓄水池和第二蓄水池中的一个或两个和泻湖之间连通，该方法包括：
在潮汐水域的高潮状态期间，打开第三流动通道并从而将水从第一蓄水池和/或第二蓄水池通过第三流动通道释放到泻湖，从而驱动涡轮机以产生电力，并随后关闭第三流动通道；
在潮汐水域的高潮状态之后，打开第一流动通道并从而将水从泻湖通过第一流动通道释放到潮汐水域，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第一流动通道；
在潮汐水域的高潮状态之后，将水从第二蓄水池泵送至第一蓄水池以将第一蓄水池中的水位升高至潮汐水域的平均高潮水位之上；
在潮汐水域的低潮状态期间，打开第三流动通道并从而将水从泻湖通过第三流动通道释放到第一蓄水池和/或第二蓄水池，从而驱动涡轮机以产生电力，并随后关闭第三流动通道；
在潮汐水域的低潮状态之后，打开第一流动通道并从而将水从潮汐水域通过第一流动通道释放到泻湖，从而驱动第一涡轮机以产生电力，并随后关闭第一流动通道；以及
在潮汐水域的低潮状态之后，将水从泻湖泵送至第二蓄水池以将第二蓄水池中的水位升高至潮汐水域的平均高潮水位之上。
第二流动通道在其中可以具有第二水力涡轮机或泵或组合的涡轮机/泵。
第三通道可以部分地或完全地与第一流动通道或第二流动通道重合。可以设置一个或更多个阀以选择性地打开或关闭第一流动通道、第二流动通道和第三流动通道中的一个或更多个，或者以使流动沿着第一流动通道、第二流动通道和第三流动通道中的一个或更多个转向。
高潮状态包括在高潮之前和之后的时间段，通常每侧高达2小时。低潮状态包括在低潮之前和之后的时间段，通常每侧高达2小时。
第三流动通道可以选择性地与第一流动通道和第二流动通道中的一个或两个连通。例如，在潮汐水域的高潮状态期间，当第三流动通道打开时，水可以从第一蓄水池通过第二流动通道释放到第二蓄水池，并且借助于切换阀，水可以从第二蓄水池通过第一流动通道释放到泻湖，同时第一流动通道保持对海洋关闭。水流动通过第一流动通道可以驱动第一涡轮机。
通过另外的示例，在潮汐水域的低潮状态期间，当第三流动通道打开时，水可以从泻湖通过第一流动通道释放到第一蓄水池和/或第二蓄水池，并且借助于切换阀，水可以从第一蓄水池和/或第二蓄水池通过第二通道释放到蓄水池，同时第一流动通道保持对海洋关闭。水流动通过第一流动通道可以驱动第一涡轮机。
优选地，随着潮汐水域的每个潮汐循环，重复该方法的步骤。
以上实施方案中的至少一个为背景技术的问题和缺点提供了一个或更多个解决方案。从以下描述和权利要求，本公开的其他技术优点对于本领域技术人员将是明显的。本申请的各种实施方案仅获得所阐述的优点的子集。没有一个优点对于实施方案是关键的。任何要求保护的实施方案可以在技术上与任何其他要求保护的实施方案组合。
附图简述
附图图示了本公开的示例性实施方案，并且用于通过示例解释本公开的原理。
图1是根据本公开的示例性实施方案的潮汐发电和储存系统的示意图；
图2是图1的潮汐发电和储存系统的平面图；
图3是根据本公开的示例性实施方案的另一种潮汐发电和储存系统的平面图；
图4是根据本公开的示例性实施方案的蓄水池的构造的平面的示意图；
图6至图13是根据本公开的示例性实施方案的潮汐发电和储存系统的操作的各个阶段的平面和横截面的示意图；
图14是图3的系统的两个相邻的蓄水池之间的流动通道的示意图；
图15是安装在图3的系统上的风力涡轮机装置的示意图；
图16是穿过图15的风力涡轮机装置的横截面图；
图17是根据本公开的另一个示例性实施方案的潮汐发电和储存系统的海堤的部分的局部平面图；
图18是穿过图17的海堤的横截面图；以及
图19是图17的系统的操作的一个阶段的横截面的示意图。
详细描述
参考图1和图2，示出了根据本发明的一个实施方案的潮汐发电系统10。该系统包括泻湖12和将泻湖12与潮汐水域的区域16分开的多个蓄水池14，潮汐水域的区域16可以是外海或河口。蓄水池14在结构上连结在一起以形成潮汐屏障18，潮汐屏障18可以延伸8km或更长。
系统10被构造在合适的位置，使得泻湖12中的水的潮汐体积被最大化，并且潮汐屏障18所需的长度被最小化。现有的海湾或自然岬角19之间的区域形成理想的位置。泻湖12可以由现有的海岸线13界定。在使用中，泻湖可以可选地采用新的海岸线15，从而在现有的海岸线13和新的海岸线15之间形成填筑土地(reclaimed land)17的区域。
每个蓄水池14包括包围蓄水池室22的海堤20。在图1和图2的其中蓄水池14在平面图中大体上是矩形的实施方案中，中间海堤24对两个相邻的蓄水池14是共用的。
系统包括在潮汐水域的区域16和泻湖12之间连通的多个第一流动通道30。通常，每个流动通道30可以是从蓄水池14的内壁26延伸到蓄水池14的外壁28的大直径的管道。第一流动通道30在其中具有通常是阀的第一闭合装置(未示出)，以选择性地防止水流动通过第一流动通道30。第一流动通道30具有位于流动通道内的第一涡轮机32，第一涡轮机32用于当第一涡轮机32由于水从海域16通过第一流动通道30流动到泻湖12(或反之亦然)而旋转时产生电力。
系统还包括在多个蓄水池中的两个相邻的蓄水池14之间连通的多个第二流动通道40。通常，每个第二流动通道40可以是延伸通过中间海堤24的大直径的管道。第二流动通道40在其中具有第二闭合装置(未示出)，以选择性地防止水流动通过第二流动通道40。第二流动通道40具有位于第二流动通道内的第二涡轮机42，第二涡轮机42用于当第二涡轮机42由于水从一个蓄水池14通过第二流动通道40流动到相邻的蓄水池而旋转时产生电力。第二涡轮机可以是可逆的并且用作泵，如后文所描述的。可替代地，可以在容纳第二涡轮机42的第二流动通道旁设置带有泵和其自身的阀的单独的第二流动通道。
图3示出了根据本发明的另一个实施方案的潮汐发电系统10。其不同于在图1和图2中所示的本发明的实施方案在于，蓄水池14在平面图中是圆形的。每个蓄水池室22被单独的连续的海堤20包围。但是，蓄水池可以是任何合适的形状，并且不限于圆形。在系统的元件与图1和图2中的相同的情况下，元件不再进一步描述。在该实施方案中，第一流动通道30设置在相邻的蓄水池之间。在每对相邻的蓄水池14之间设置短长度的连结海堤50，以便形成连续不断的潮汐屏障18。图3是示意性的，并且在实践中，海堤的该长度可以小至1或2米，而每个蓄水池的直径可以是500米或1000米。第一流动通道30延伸通过连结海堤50。第二流动通道40也可以设置在相邻的蓄水池之间，穿过连结海堤50。交替的连结海堤分别设置有第一流动通道30和第二流动通道40。
每个蓄水池的海堤20优选地构造成包括沙和/或其他海底材料和水硬性粘合剂的混合物的重力结构。水硬性粘合剂是具有凝硬性或潜在水硬性性质的无机材料，例如石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。这种粘合剂在发展中国家中已经用于道路建设，但发明人已经认识到该粘合剂可以用于构造海堤20。
参考图4和图5，描述了一种构造蓄水池14的方法。在该示例中，示出了圆形的蓄水池14，但该方法可以与任何形状的蓄水池一起使用。
首先，桩84(例如板桩或相接的混凝土桩)的两个同心环80、82通过任何合适的方法被安装并被驱动到海底17中，以在潮汐水域的区域形成环形围堰。一旦例如通过泵送任何水进入将围堰制成大体上防水的，则通过泵送和/或挖掘将水和海底材料从围堰的内部移除，以形成环形容积86。环形容积通常是8米宽并具有数百米的直径。然后，用沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物88填充环形容积。水硬性粘合剂是具有凝硬性或潜在水硬性性质的无机材料，例如石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。
沙可以是已经从环形容积86移除的沙，或其可以是从其他挖掘产生的沙。将沙和/或其他海底材料的混合物88与水硬性粘合剂压实。通常，沙和粘合剂以多层引入。每个层具有100到300毫米的厚度，并且在引入之后由合适的压实机滚压。然后水硬性粘合剂使沙和/或其他海底材料的混合物88固化，以形成混凝土状的材料。该材料在桩的同心环80、82内形成重力式堤(gravity wall)。
如果需要，在混合物已经固化之后将桩84切割至例如高于平均低潮的水位。
如果需要，堤20在桩84之上可以是连续的。在平均低潮水位以上的堤的宽度可以是减小的。
一旦堤20已经完成，可以将水和/或其他海底材料从连续的堤20的内部移除以形成蓄水池室22。海底材料可以再利用，用于邻近泻湖12的土地填筑，或用于构造另外的海堤20。然后可以通过泵送或通过允许潮汐水通过合适的流动通道40进入，用水填充蓄水池室22。
通常，用沙和粘合剂的混合物88将环形容积86填充至周围海域16的平均高潮水位之上至少5米，优选地至少6米的水位。
通常，在周围海域16的平均低潮水位之下的区域中的连续的堤20至少5米宽，优选地至少8米宽。
现在参考图6至图13描述根据本发明的实施方案的潮汐发电系统的操作方法，图6至图13示出了相邻的第一蓄水池14A和第二蓄水池14B，第一蓄水池14A和第二蓄水池14B类似于图3至图5所示的蓄水池。
系统包括在海域16和泻湖12之间连通的第一流动通道30、在相邻的第一蓄水池和第二蓄水池14A、14B之间连通的第二流动通道40和在相邻的第一蓄水池和第二蓄水池中的一个或两者和泻湖之间连通的至少一个第三流动通道，第一流动通道30在其中具有第一涡轮机32，第二流动通道40在其中具有第二涡轮机42。在该示例中，在图6中所见但在图14中更详细图示的第三流动通道90，包括通向第一流动通道30的区段92以及第一流动通道30本身的部分。在该示例中，假定高潮在01:00，低潮在07:00，并且高潮在13:00。
该操作方法包括以下步骤：
1.在01:00时，海域处于如图6和图7中所示的高潮状态。蓄水池14A、14B中的水位在高潮水位之上约6米。在高潮或大约高潮时，通过打开阀(未示出)使第三流动通道打开，并且水沿着箭头200的方向从第一蓄水池14A和/或第二蓄水池14B通过第三流动通道90释放到泻湖，从而驱动涡轮机32以产生电力。然后关闭阀(未示出)以在系统达到图8和图9中所示的状态之后关闭第三流动通道。因此，当潮汐减弱时，系统能够甚至在高潮时产生电力。
2.在大约02:00时，海域处于图8和图9中所示的低于高潮的潮汐状态。蓄水池14A和14B和泻湖12中的水位相同。在潮汐水域的高潮状态之后的某一时间打开阀(未示出)以打开第一流动通道30，并从而将水沿着箭头202的方向从泻湖通过第一流动通道30释放到海域16，从而驱动第一涡轮机32以产生电力。
3.在水从泻湖12流动到海域16以产生电力的同时，一些电力用于将水沿着箭头204的方向从第二蓄水池14B泵送至第一蓄水池14A以将第一蓄水池中的水位升高至潮汐水域的平均高潮水位之上。泵可以是单独的泵(未示出)，或其可以是设置在第二流动通道40中的可逆的泵/涡轮机42。如果需要，可以将另外的管道92连接到第二流动通道40(见图11)。然后关闭阀(未示出)以在系统达到图10和图11中所示的状态之后关闭第一流动通道30。同时，通过第二流动通道40的泵送已经停止。
4.在07:00时，海域处于如图10和图11中所示的低潮状态。在低潮或大约低潮时，通过打开阀(未示出)使第三流动通道打开，并且水沿着箭头206的方向从泻湖通过第三流动通道90释放到第一蓄水池14A和/或第二蓄水池14B，从而驱动涡轮机32以产生电力。然后关闭阀(未示出)以在系统达到图12和图13中所示的状态之后关闭第三流动通道。因此，当潮汐减弱时，系统能够甚至在低潮时产生电力。
5.在大约08:00时，海域处于如图12和图13中所示的高于低潮的潮汐状态。蓄水池14B和泻湖12中的水位相同。在潮汐水域的低潮状态之后的某一时间打开阀(未示出)以打开第一流动通道30，并从而将水沿着箭头210的方向从海域16通过第一流动通道30释放到泻湖12，从而驱动第一涡轮机32以产生电力。
6.在水从海域16流动到泻湖12以产生电力的同时，一些电力用于将水沿着箭头212的方向从泻湖12泵送至第二蓄水池14B以将第二蓄水池14B中的水位升高至与第一蓄水池14A相同的水位。泵可以是单独的泵(未示出)。然后关闭阀(未示出)以在系统再次达到图6和图7中所示的状态之后关闭第一流动通道30。同时，从泻湖12到第二蓄水池14B的泵送已经停止。
然后，随着潮汐循环重复以上步骤1到6。
图14更详细地示出第一流动通道30和第三流动通道90。当水从海域16流动到泻湖12(或反之亦然)并驱动涡轮机32时，阀102打开并且阀104和106关闭，使得第三流动通道90关闭。当水从蓄水池14A、14B流动到泻湖12(或反之亦然)并驱动涡轮机32时，阀102关闭并且阀104和106打开，使得第一流动通道30关闭。第一流动通道30的包括涡轮机32的部分保持打开，但现在形成了第三流动通道90的部分。
除了发电之外，潮汐发电系统具有许多其他功能。多个蓄水池中的每个蓄水池可以用于农业，例如鱼类养殖。蓄水池特别适合鱼类养殖，因为其中的水被设置有水循环的装置。
每个蓄水池可以包括风力发电装置。例如可以将风力涡轮机构造在海堤20的顶部上。图15和图16示出风力涡轮机的可能的布置。可以将收集器围屏(screen)300安装在蓄水池14的海堤20的顶部上。围屏300包括面向前和面向后的凹形围屏302、304，其中间隔开的孔306设置在中心处，通常每隔30至100米，在两个凹形围屏之间延伸。围屏300通常5至10米高。风力涡轮机308可以定位在每个孔中。沿着箭头309的方向的风被凹形围屏引导至中心，在那里风穿过孔306，使从涡轮机308获得的电力最大化。
可替代地或另外地，可以将传统的独立式风力涡轮机310安装在海堤20的顶部上。
整个系统可以用作海岸线防护，其可以保护海岸线免受侵蚀或洪水。
整个系统可以用作从海域填筑土地的方法。在该土地上可以建造生态旅游和教育系统。
整个系统可以用作净化水的装置。
图17至图19示出了本公开的潮汐发电系统110的另外的实施方案。图17示出了潮汐屏障18的仅四分之一圆周和泻湖12，潮汐屏障18的仅四分之一圆周在使用中与其他三个相等的四分之一圆周连结，以形成平面中的圆形的潮汐屏障18，潮汐屏障18围绕圆形泻湖12。通常泻湖12可以具有1500米的直径，并且组成海堤的每个蓄水池14可以具有高达100米的宽度。包括中间壁24、内壁26和外壁28的海堤可以由上述方法形成在具有合适潮汐变化范围的海洋位置中，中间壁24、内壁26和外壁28包围每个蓄水池室22以形成蓄水池14。该系统可以在海上建造，并且不需要使用现有的海岸线。
在该示例中，可以在建造潮汐屏障18之后挖掘泻湖12，使得泻湖12具有低于相邻的海床17(通常高达5米)的底面高度，从而增加泻湖12的容量。涡轮机32、42设置在围绕海堤定位的四个动力和泵房120中。
在涨潮时，海水从海域16进入水箱14，并且水从海域16通过第一流动通道30、通过动力和泵房120进入泻湖12，从而为涡轮机32、42提供动力。在该实施方案中，设置了从海域16到每个水箱或蓄水池14的另外的输入流动通道，以使每个水箱能够被快速填充。
在高潮时，由于涡轮机的流动限制，水箱14被充满至高潮水位，而泻湖不完全填充。
如果需要，输入流动通道130可以关闭，并且动力和泵房120中的泵140可以使用一些通过水流入泻湖12内产生的电力，以将水从泻湖12泵送到水箱14内到比高潮水位更高(通常更高多达5米)的水位。
一旦潮汐转向，水箱14中的水可以借助涡轮机通过第二流动通道150和/或第三流动通道160被引导通过涡轮机到海域和/或泻湖，以发电。可选地，涡轮机和/或泵(未示出)可以设置在联接水箱14和泻湖12的通道160中。
可选地，一旦海域水位下降到泻湖12的水位之下，通过涡轮机，水可以通过涡轮机32、42从泻湖12被引导到海域16，以发电，直到达到低潮。然后重复该过程。
应当理解，设置合适的控制系统和阀(未示出)以控制水通过涡轮机和泵的流动。
蓄水池连同泻湖的提供允许在单个潮汐循环内比简单的单个泻湖系统更长时间地发电。在高潮汐流期间，一些产生的电力可以用于将水泵送到蓄水池中，使得在低潮汐流期间，来自蓄水池的水可以替代地用于发电。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何所包括的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求界定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果该其它示例不具有与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则该其它示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种潮汐发电和储存系统，包括泻湖和将所述泻湖与潮汐水域的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，
其中所述系统还包括在所述潮汐水域的区域和所述泻湖之间连通的至少一个第一流动通道，所述第一流动通道在其中具有第一闭合装置以选择性地防止水流动通过所述第一流动通道，并且所述第一流动通道具有第一涡轮机，所述第一涡轮机适于当所述第一涡轮机由于水流动通过所述第一流动通道而旋转时产生电力，
其中所述系统还包括至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，所述第二流动通道在所述多个蓄水池中的两个相邻的蓄水池之间选择性地连通，所述第三流动通道在所述多个蓄水池中的至少一个蓄水池和所述第一流动通道之间选择性地连通，并且
其中每个蓄水池的海堤包括重力结构，所述重力结构包括沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物的多个层。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述水硬性粘合剂是具有凝硬性或潜在水硬性性质的无机材料。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述水硬性粘合剂是石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第二流动通道在其中具有第二闭合装置，以选择性地防止水流动通过所述第二流动通道。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第二流动通道具有泵，所述泵适于将水从所述相邻的蓄水池中的第一个蓄水池泵送至所述相邻的蓄水池中的第二个蓄水池。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第二流动通道具有第二涡轮机，所述第二涡轮机适于当所述第二涡轮机由于水流动通过所述第二流动通道而旋转时产生电力。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述第三流动通道在所述多个蓄水池中的至少一个蓄水池和所述泻湖之间连通，所述第三流动通道在其中具有第三闭合装置以选择性地防止水流动通过所述第三流动通道。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述多个蓄水池在结构上连结以形成连续的潮汐屏障。
9.一种构造用于潮汐发电系统的蓄水池的方法，所述潮汐发电系统包括泻湖和一个或更多个蓄水池，所述方法包括以下步骤：
在潮汐水域的区域中构造环形围堰；
从所述围堰的内部移除水和/或海底材料以形成环形容积；
用沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物填充所述环形容积，
将沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物压实，
重复填充和压实步骤以形成多个层，
将沙和/或其他海底材料与水硬性粘合剂的混合物固化，以形成连续的环形海堤，
从所述连续的环形海堤的内部移除水和/或海底材料以形成蓄水池室，以及
至少部分地用水填充所述蓄水池室。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
构造潮汐发电和储存系统，所述潮汐发电和储存系统包括泻湖和多个所述蓄水池，多个所述蓄水池连接以形成潮汐屏障，所述潮汐屏障在使用中将所述泻湖与潮汐水域的区域分开，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，
其中所述方法还包括提供在所述潮汐水域的区域和所述泻湖之间连通的至少一个第一流动通道，所述第一流动通道在其中具有第一闭合装置以选择性地防止水流动通过所述第一流动通道，并且所述第一流动通道具有第一涡轮机，所述第一涡轮机适于当所述第一涡轮机由于水流动通过所述第一流动通道而旋转时产生电力，并且
其中所述方法还包括提供至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，所述第二流动通道在所述多个蓄水池中的两个相邻的蓄水池之间选择性地连通，所述第三流动通道在所述多个蓄水池中的至少一个蓄水池和所述第一流动通道之间选择性地连通。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述水硬性粘合剂是具有凝硬性或潜在水硬性性质的无机材料，优选地是石灰石、高炉矿渣、硅质飞灰、钙质飞灰、磨碎的粒状高炉矿渣(GGBFS或GGBS)、硅粉或其混合物。
12.根据权利要求9或11中的任一项所述的方法，其中所述环形围堰包括相接的桩或板桩。
13.一种操作潮汐发电系统的方法，所述潮汐发电系统包括泻湖和将所述泻湖与潮汐水域的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，其中所述系统还包括至少一个第一流动通道、至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，所述第一流动通道在所述潮汐水域的区域和所述泻湖之间连通，所述第一流动通道在其中具有第一水力涡轮机，所述第二流动通道在所述多个蓄水池中的相邻的第一蓄水池和第二蓄水池之间连通，所述第三流动通道在所述相邻的第一蓄水池和第二蓄水池中的一个或两个和所述泻湖之间连通，所述方法包括：
在所述潮汐水域的高潮状态之后，打开所述第一流动通道并从而将水从所述泻湖通过所述第一流动通道释放到所述潮汐水域，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第一流动通道；
在所述潮汐水域的低潮状态之后，打开所述第一流动通道并从而将水从所述潮汐水域通过所述第一流动通道释放到所述泻湖，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第一流动通道；
当潮汐状态允许时，打开所述第二流动通道和所述第三流动通道并从而将水从所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池通过所述第三流动通道释放到所述泻湖或所述潮汐水域，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第三流动通道；以及
当潮汐状态允许时，打开所述第二流动通道和所述第三流动通道并从而将水从所述泻湖或所述潮汐水域通过所述第三流动通道释放到所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第三流动通道。
14.根据权利要求13所述的方法，包括以下的另外的步骤：将水从所述泻湖泵送至所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池以将所述泻湖中的水位升高至比高潮状态时所述潮汐水域的水位高的水位。
15.根据权利要求13或14所述的方法，包括以下另外的步骤：在涨潮状态期间打开另外的输入流动通道以允许水在重力下从所述潮汐水域流入所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池内。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其中随着所述潮汐水域的每个潮汐循环，重复所述步骤。
17.一种操作潮汐发电系统的方法，所述潮汐发电系统包括泻湖和将所述泻湖与潮汐水域的区域分开的多个蓄水池，其中每个蓄水池包括包围蓄水池室的海堤，其中所述系统还包括至少一个第一流动通道、至少一个第二流动通道和至少一个第三流动通道，所述第一流动通道在所述潮汐水域的区域和所述泻湖之间连通，所述第一流动通道在其中具有第一水力涡轮机，所述第二流动通道在所述多个蓄水池中的相邻的第一蓄水池和第二蓄水池之间连通，所述第三流动通道在所述相邻的第一蓄水池和第二蓄水池中的一个或两个和所述泻湖之间连通，所述方法包括：
在所述潮汐水域的高潮状态期间，打开所述第三流动通道并从而将水从所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池通过所述第三流动通道释放到所述泻湖，从而驱动涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第三流动通道；
在所述潮汐水域的所述高潮状态之后，打开所述第一流动通道并从而将水从所述泻湖通过所述第一流动通道释放到所述潮汐水域，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第一流动通道；
在所述潮汐水域的所述高潮状态之后，将水从所述第二蓄水池泵送至所述第一蓄水池以将所述第一蓄水池中的水位升高至所述潮汐水域的平均高潮水位之上；
在所述潮汐水域的低潮状态期间，打开所述第三流动通道并从而将水从所述泻湖通过所述第三流动通道释放到所述第一蓄水池和/或所述第二蓄水池，从而驱动涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第三流动通道；
在所述潮汐水域的所述低潮状态之后，打开所述第一流动通道并从而将水从所述潮汐水域通过所述第一流动通道释放到所述泻湖，从而驱动所述第一涡轮机以产生电力，并随后关闭所述第一流动通道；以及
在所述潮汐水域的所述低潮状态之后，将水从所述泻湖泵送至所述第二蓄水池以将所述第二蓄水池中的水位升高至所述潮汐水域的所述平均高潮水位之上。
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