安娜波利斯潮汐試驗電站工程概況

安娜波利斯河口的大潮潮差8.7m，小潮潮差4.4m，平均潮差6.4m。潮汐試驗電站利用已有的河口防潮堤和控制閘，水庫面積為12km2，單向運行。落潮時關(guān)閉控制閘，在庫水位高于外海水位1.4~6.8m時發(fā)電。正常潮汐周期12h25min內(nèi)，約有6h的發(fā)電時間。外海漲潮水位高于庫水位0.25~4.om時，海水通過控制閘和空轉(zhuǎn)水輪機進(jìn)入水庫，每個潮汐周期中約有3h的進(jìn)水時間。其余時間機組不運行。工程于1980年5月開工，1984年8月投入運行 。

安娜波利斯潮汐試驗電站是指在芬地灣開發(fā)大型潮汐電站而建設(shè)的試驗電站。位于加拿大東海岸芬地灣新斯科舍省安娜波利斯河河口。裝有1臺全貫流式水輪發(fā)電機組，額定出力17-8 MW，年發(fā)電量5000萬kw·h。用69kV輸電線送電 。

原有防潮堤長225 m，設(shè)2孔控制閘門，各寬9. 2 m ,高7. 3 m。另設(shè)1條過魚道，無閘門控制，過流能力80mm3/s。地下式廠房布置在防潮堤下，深約30m，寬25 m，長46.5m。前設(shè)進(jìn)水口與水庫相連，后設(shè)尾水道與芬地灣相連。電站主要用來試驗全貫流式（Stratio）水輪發(fā)電機組 。

轉(zhuǎn)輪直徑7.6m，額定水頭5.5m，過流量378m3/s，轉(zhuǎn)速50r/min，飛逸轉(zhuǎn)速98r/min，滿負(fù)荷效率89.1%，額定容量17.8MW。最大水頭7.1m時的出力可達(dá)19.9 MW。水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直接裝在水輪機葉片的外緣上。水輪機轉(zhuǎn)輪有4個不銹鋼葉片，固定焊接在輪轂上，葉片外端焊上“T”形轉(zhuǎn)子外緣，發(fā)電機磁極鉚在此轉(zhuǎn)子外緣上。為了防止海水滲入發(fā)電機和主軸承，裝有可自由調(diào)整的高分子材料扇形密封塊組成的密封裝置，并采用陰極保護(hù)以防止金屬結(jié)構(gòu)受海水腐蝕 。

潮汐電站工程主要由電站建筑物和機電設(shè)備組成。電站建筑物主要有堤壩、泄水閘和發(fā)電廠房等， 有通航要求的潮汐電站還應(yīng)設(shè)置船閘。

堤壩用來將水庫與外海隔開，形成落差。多用海上圍堰法筑黏土心墻壩、堆石壩和土壩。因筑于海上，施工條件惡劣，近年國外使用預(yù)制混凝土浮運沉箱法筑壩建站。

泄水閘用來對水庫泄水和充水。閘型一般采用平原地區(qū)擋潮閘常用的胸墻孔口平底堰閘。近年，中國發(fā)展了預(yù)制浮運閘。這種閘先預(yù)制好各種閘門構(gòu)件，由船浮運到建閘地點，定點沉放安裝而成。施工時不用圍堰或在岸上開挖，施工方法簡單，工程量少，投資少，在中國沿海大量使用。

發(fā)電廠房包括水輪發(fā)電機組、輸配電設(shè)備、起重設(shè)備、中央控制室、下層水流通道和閘門等。

抽水蓄能潮汐電站，一種改進(jìn)的潮汐電站。主要由大圍堰、小圍堰、小水塔、抽水系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成。在高潮和低潮持續(xù)時間內(nèi)抽水至小水塔，再由小水塔流入小圍堰儲存。大圍堰形成圍堰內(nèi)外海水高度差，可充分利用天然內(nèi)灣形成的水域，減少圍堰工程量。小圍堰建在高處，不受漲落潮的時間限制，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和發(fā)電機組效率，降低發(fā)電成本。與普通潮汐電站相比成倍提高了潮汐能利用率。

我國浙閩沿海多島嶼、港灣，蘊藏著大量可開發(fā)的海洋能源，在眾多海洋能中，潮汐能開發(fā)歷史最長、開發(fā)技術(shù)最為成熟，且是一種可再生的綠色清潔能源，因此潮汐能的開發(fā)利用越來越受到重視。作為我國最大的試驗性潮汐電站——江廈潮汐電站備受關(guān)注，亦有多種方法對其優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行研究。汪樹玉等針對單庫雙向最優(yōu)方式問題，提出了多層次優(yōu)化模型；陳曉芬等結(jié)合江廈潮汐電站，以發(fā)電量最大為目標(biāo)函數(shù)，提出了潮汐電站發(fā)電量最大的調(diào)度運行方式；芮鈞等建立了單庫雙向運行潮汐電站的優(yōu)化模型，并應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行了求解分析；李曉英等則對潮汐電站月周期調(diào)度模型分別進(jìn)行了動態(tài)規(guī)劃法和改進(jìn)浮點遺傳算法的優(yōu)化運行，兩種方法均優(yōu)化了月發(fā)電量且優(yōu)化結(jié)果相近。在江廈潮汐電站的實際運行過程中，當(dāng)水輪機發(fā)電水頭偏離設(shè)計水頭較多、機組效率較低時，常常通過加大流量補償?shù)姆椒▉慝@得更多的發(fā)電量。但采用這種方式是否經(jīng)濟(jì)仍值得進(jìn)一步深入研究。我國潮汐能開發(fā)技術(shù)雖然相對成熟，但一直未能形成大規(guī)模開發(fā)狀態(tài)，因此對潮汐電站的研究多側(cè)重于規(guī)劃設(shè)計研究階段，對單庫單向運行潮汐電站的經(jīng)濟(jì)運行鮮有研究。為此，結(jié)合國內(nèi)正在規(guī)劃設(shè)計的某單庫單向運行潮汐電站，基于動態(tài)規(guī)劃法建立發(fā)電量計算模型，并結(jié)合Matlab軟件，運用具有較高計算精度的龍格庫塔法對水庫水位曲線進(jìn)行計算分析，研究單庫單向運行潮汐電站運行方式與發(fā)電量的內(nèi)在關(guān)系，以期為電站的優(yōu)化運行提供依據(jù)。

潮汐電站一直存在資源利用率不高的問題，在電站建設(shè)初期當(dāng)機組選型確定時，制定合理的水庫蓄、放水計劃，可在不增加投資的前提下獲得更多的發(fā)電效益。為此，以國內(nèi)某潮汐電站為例，根據(jù)各時刻機組發(fā)電流量的不同制定運行方案，基于動態(tài)規(guī)劃法建立了單庫單向運行潮汐電站發(fā)電量最大化計算模型，并利用龍格庫塔算法，結(jié)合Matlab軟件模擬了各時刻水庫水位變化過程，求解了各運行方案的發(fā)電量值。計算結(jié)果表明，受潮汐水位及機組特性的控制，電站發(fā)電量的多少取決于發(fā)電流量在各時刻的分配，流量最大運行方案發(fā)電量明顯大于效率最優(yōu)運行方案，而發(fā)電量最大運行方案流量分配介于效率最優(yōu)運行和流量最大運行之間 。