能源-细节设计
一、潮汐能
1.基础数据与分析：
潮汐电站位于浙江温岭县乐清湾尾部,水库呈狭长型，坝址处潮型
属半日潮,平均潮差5.08m，最大潮差8.39m。[1]
2.发电方式：
江厦电站采用单库双向发电、双向泄水的运行方式，涨潮时开闸充水
，库外落潮放水发电。坝址以上集水面积29.1km,其中港湾内水面积5.3
km，库水位1.2m时、库容为514万㎡，库水位1.6m时,库容为569万 m ^3。[2]
电站枢纽由坝、泄水闸和发电厂房等建筑物组成。挡水坝为粘土心墙
堆石坝,位于右侧,全长670m,最大坝高15.5m，坝顶宽5.5m，泄水闸为五孔
平底泄水闸，每孔净宽3m，发电厂房位于泄水闸左侧,全长56.9m、宽25m、
高25.2m。在此基础上，对内库采用大小库以调节间断性发电，帮助储能。[3]
3.发电量:
现实情况：设计装6台贯流灯泡式机组,总容量3900kW,机组以双向发电
、双向泄水4种工况运行，年平均发电量1070万 kWh ，其中涨潮(反向)发
电457万 kW /h ，落潮(正向)发电613万 kW /h 。
理论优化：江厦电站6台电机中有旧式电机五台，新式6号电机一台，其
出力效率在相同水头下在约高出1～5号10%，若将全部电机进行更新，理论
发电量可增至1200kw/h
4.后备措施:
（1）泥沙淤积问题[4]：
江厦港的泥沙主要来自外海,实测最大含沙量为0.83kg/ m^3 ，最小含沙
量为0.025kg/ m ^3。涨潮平均含沙量为0.064kg/ m ^3,含沙量在断面各实测
垂线间的变化不大。悬沙的平均粒径0.02mm,较为均匀。含沙量不大(平均含
沙量≤0.1kg/ m^3 )，兴建潮汐电站后、其基本流态并没有大的改变。因此
水库充水时带进库的泥沙，在落潮泄水发电时仍将大部分带出库外,泥沙淤积
不会对电站运行带来大的威，可能保持一个极限容积供长期使用。
鉴于理论计算与江厦电站40年的正常工作，泥沙淤积在百年尺度上可能不
构成问题，并应辅以错沙峰运行，搅动排沙，挖泥等手段，以保持库容。
（2）电站设备的防腐防污[5]:
涂料 对于机组大面积的过流部件,主要采用涂料保护的方法。具体涂层
方案为:以ES301无溶剂环氧涂料为底漆，TE06环氧煤焦油为中间漆，AF21自抛
光防污漆为面漆的三层保护的防腐防污方法。ES301附着力强,可以在潮湿带锈
的金属表面涂刷，TE06具有耐盐水性能及密封性能,AF21可以防止海生物生长。
（3）不锈钢材料:
对于转轮室等容易受到桨叶的刮擦以及水流的冲刷的部件无法使用涂料,
采用的是1Cr18Ni9T材料的结构件。对于桨叶等一些受到水流及混合在其中的
泥沙和一些杂物冲刷比较严重的并且有较高的机械强度要求的部件,采用的是
0Cr13Ni4Mo的铸件。对于桨叶压板、导叶短轴、导叶座密封配件等一些在转动
联接部位又直接接触海水的部件,采用不锈钢镶套或者性能更好的1Cr18Ni9Ti
锻件。
（4）阴极保护
针对不锈钢材料以及复合钢板材料存在晶间防腐的特殊性要求,采用了外加
电流阴极保护方案。
（5）环氧树脂修补:
对侵蚀最重部分先涂环氧树脂再涂涂料。
二、太阳能
1.基础数据与分析：
浙江温岭江厦一带GHI指数为1335.1kWh/㎡，PVOUT指数为1151.2kWh/
(kWp·年)[6]，作为次要能量的来源，其时间分布问题对城市能源供应的影
响并不大，符合设施建设初期所提出的300万kWh/年的设想。
2.发电方式：
使用碟式斯特林发电机，实现太阳能-热能-机械能-电能的能量转换，右图
详细解释了整个发电过程。碟式斯特林发电机系统由聚光器，跟踪控制系统组
成的双轴跟踪聚光器与热电转换装置（斯特林发电机）组成。双轴跟踪聚光器
通过PID控制器，可以做到尽可能实时与太阳运动同步，从而将太阳能的收集最
大化，为发动机提供热源。斯特林发电机通过让加热冷却内部气体，通过气体
的热胀冷缩来推动发动机产生动力最后产生电力。系统面积为87.9㎡，高度为
11.8m，即体积为1037.22m³。
3.发电量：
在稳态性能仿真中可以保持大约26%的发电效率，则可以得到总功率为347.126
万kWh/年，符合预期。[7]
4.后备措施：
如果跟踪控制系统故障，可以使用热力型向日葵随动式设计来进行聚光。该
设计主要由热力膨胀管运作，膨胀管即时用太阳光的热量来加热管内密封的氟利
昂液体，受热的氟利昂液体部分汽化，压力升高，升高的气体压力通过连接软管
传递至膨胀活塞内，温度越高，压力越大，推动活塞伸得越长，相应地，当太阳
光的热力降低时，活塞也会缩短。[8]
但是由于该设计与太阳本身运动相比有滞后，会不可避免地遇上效率的降低，
但是依旧可以使得能量得以进行更长时间的供应。
三、风能
1.基础数据与分析：
温岭市年平均风速7.3m/s[9]，有相对较大的年均风速，位于滨海地区；但有台风等自然
灾害。
2.发电方式——invelox系统：
该系统是一个风力发电利用和输送系统，风流被一个全方位的进气口捕获，在系统的文丘
里效应下聚集并加速，然后被漏斗输送到通往文图里通道，这条高速流驱动地面发电机将风
力发电转化为电力。
（1）.采取管道式，可收集全方位气；
（2）.静音和振动非常微弱，噪音干扰小；
（3）.可以收集从1m/s到55m/s风速的风，可以利用传统风机无法利用的3.5m/s以下的风
（4）.能效转化效率高，相较于传统风机的30%到40%，可达60%到70%；
（5）.封闭式电机，避免对人类和鸟类的伤害;
3.发电量 ：
（1）理论计算[10]：
首先，在低风速（2m/s）够将文图里段的流速加速到 4.3 m/s；在实践中，风速主要
在2至5m/s,系统可将风速加速到11.13m/s；特性使风力输送系统能够在更大范围的环境风速
（到55米/小时）上运行。该模型已在55米/s的环境风速下进行了测试，可提供25m/s的最佳
风速。[11]
下记：文丘里管平均风速V=10 m/s，ŋ=40%，s=5 m^2，系统的年等效发电时间h=6000h3，
共计有8入风口3涡轮机。规模扩大较上图扩大30%的系统理论年发电量达212万千瓦时。
（2）实例：中国河北已建成的invelox系统，高45m，叶片长度5m，河北平均风速7m/s年发电
量超过1000万度[12] ；
4.后备措施：
（1）vortex系统一种已经商业应用的无叶片式振动风机，完全静音，可设计为硅制透明发光
景观，因数据缺乏产生能量不计入使用。
（2）invelox风机系统抗风能力强，理论上可承受13级飓风。出于对顶部结构稳定性考虑，于
台风季节关闭入风口保证安全。
四、储能方案
1.基础条件与分析：
采用双向发电潮汐电站，拥有库容569万立方米大小库。
2.储能方式：
海水抽蓄电站。参考我国的南麂岛储能系统。据估计到 2015 年，南麂岛负荷需求将达到 2 MW。
假设该地区新建风机和储能，以满足该海岛日益增长的负荷需求。假定增加装机容量后海水抽蓄
电站最大瞬时功率 1.2 MW，储能8M度。海水抽蓄电站包含 2 台水泵水轮机，单台最大功率 550
kW，最小功率 450 kW。[13]
参考我世界状态，负荷需求达到0.03MW，暂按照上述计算对海水抽蓄电站进行等比例缩小，则海
水抽蓄电站储能容量为0.12M度。装机位置为潮汐电站坝体。
3.后备储能方式：
综合考虑电网效率与可靠性，由结论电池储能系统允许的最小容量为Qmin=0.1 Qmax[14]，备有
容量为0.05M度的锂蓄电池。
五、电网系统[15]
1.主体部分：
采用海岛微网多能互补联合运行系统。包括潮汐发电机组、风光电场、抽水蓄能电站。其中潮
汐发电的规律性较强, 因此海岛所使用的电能主要来自潮汐发电。但潮汐发电的出力以太阴日为
周期, 与太阳日负荷不是十分匹配, 此外, 风电的出力稳定性较差。因此, 让潮汐发电及风力、
太阳能发电与抽水蓄能电站相配合使出力趋于平稳。（由于专业知识缺乏，且能源结构相近，完全
照搬文中电力调度方法。）
2.其他调配：
潮汐电站采用大小库设计，故对潮汐电站间歇性发电进行处理。涨潮开始后,上库下库分别与库
外
潮位形成水位差, 当下库与库外水位差达到最小发电水头时,下电站开始涨潮入流发电,上电站仍
旧闭闸继续增大内外水位差, 当外潮位由涨转落, 使下库内外水位差 降低至最小发电水头时,下
电站停止发电, 此时上库内外仍存在着较大水位差, 便开机发电，以维持对电力系统的连续供电
, 直至下库内外水位差又增至最小发电水头开始落潮泄流电为止。下电站如此继续发电到落平潮
停止发电时，此时小水库比大水库水位高，形成了足够发电水位差, 中电站便开机发电, 又填补
了下电站因停机而对系统停供的电。[16]
[1] 王达邦 潮汐发电的泥沙问题——江厦潮汐电站的一些经验 《华东水电技术》1999第2期 TM612【电气工程——电力系统及自动化】TV143.4
[2] 郑娇娥 温岭江厦潮汐试验电站6号水轮发电机组的建设 中国可再生能源学会海洋能专业委员会第一届学术讨论会文集
[3] [1]郭成涛.采用新的大小库开发方式解决潮汐电站间断发电问题的探讨[J].海洋工程,1983(04):44-50.
[4] 王达邦 潮汐发电的泥沙问题——江厦潮汐电站的一些经验 《华东水电技术》1999第2期 TM612【电气工程——电力系统及自动化】TV143.4
[5] 陈峰，王浩平，陈昌坤 江厦潮汐电站设备的防腐防污方案介绍
[6] https://apps.solargis.com/prospect/map?show-registration=1&s=28.293556,121.198452&c=28.318667,121.281193,12&m=solargis-cdd&l=true
[7] 韩晨霞.碟式斯特林太阳能发电系统研究[J].工业加热,2021,50(08):18-21.
[8] 韩晨,李明杰.热力型向日葵太阳能随动系统设计[J].科技与创新,2021(18):63-64.
[9] 北极星风力发电网 浙江省所属各市风能资源分布 https://news.bjx.com.cn/html/20160310/714791.shtml
[10] ShahinSiahpouraFardad N.Khakianib Morphing Omni-directional Panel Mechanism: A novel active roof design for improving the performance of the wind delivery system 2020
[11] 张中宝. 基于CFD的INVELOX风力发电系统分析与优化[D].广东工业大学,2019.
[12] 北极星风力发电网 全球最大Invelox风电机组在华动工 20160603/739298.shtml
[13] 范刘洋,汪可友,李国杰,石文辉,刘晓娟.含有海水抽蓄电站的海岛微网优化调度[J].电网技术,2016,40(02):382-386.
[14] 刘明君,李文沅,王财胜.孤岛模式运行下含潮汐发电和电池储能的微电网可靠性评估[J].电力自动化设备,2016,36(11):33-39
[15] 黄景光,陈波,林湘宁,于楠,吴巍,叶元.含潮汐电站的海岛微网多目标优化调度[J].电网与清洁能源,2018,34(06):47-52.
[16] 郭成涛.采用新的大小库开发方式解决潮汐电站间断发电问题的探讨[J].海洋工程,1983(04):44-50.
