搞懂“天下第一潮”，下一个“弄潮儿”就是你！
中科院物理所2021-09-28 21:45
八月十八潮，壮观天下无。
前两天农历八月十八，也是钱塘江大潮的最佳观潮日。
图源：CCTV
图源：Dong的视界
除了大潮，大家也许还能看到冲浪高手们大展身手。
图源：CCTV
虽说潮水越大，观赏性越好，但危险性也越大，观潮一定要选择安全区域和地段。
图源：都市快报
01
潮汐现象是如何产生的？
这个汹涌澎湃的大潮学名叫做潮汐现象，是由引潮力引起的。引潮力是月球和太阳对地球上单位质量的物体的引力，以及地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力，这两种力组成的合力。
假如地球不受其他天体引力的影响，那么地表海平面就是一个等高的球形。但在月球的影响下，地球靠近月球的那一面，引力大于惯性离心力，引潮力使海水朝月球的方向隆起；而地球的另一面，引力小于惯性离心力，引潮力背向月球，海水就朝远离月球的方向隆起。最终，地表海平面变成了椭圆球体。
图源：地理学社
地球表面各点的引潮力大小方向分布图
图源：大学物理学
图源：YOUKU
太阳对地球也有相同的影响，太阳和月球对地球引潮力作用叠加在一起，凸出的部分就是高潮，凹下去的部分就是低潮。由于地球的自转，海中任意一点都会出现一天两次的高低潮。
除此之外，地球的公转和月球的公转也影响潮汐现象。当太阳和月球在地球的同侧或两侧时，两者引力相加，会引起较高的潮差（称为“大潮”）；当太阳与月亮相对地球的位置处于垂直状态，太阳引力在垂直方向吸引海水，就会削弱月亮引力引起的潮汐，使潮差减至最小（称为“小潮”）。因此，每个月会出现两次大潮和两次小潮。
图源：地理学社
图源：作者整理
02
潮汐现象有哪些利用价值？
潮汐现象不仅看起来壮观，还能产生巨大的能量。因为涨潮退潮的过程，伴随着能量的转换。涨潮时，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，海水的动能转化成了位能；退潮时，海水奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能又转化成了位能。
海水在涨潮、退潮的运动中，所包含的大量位能，称为潮汐能；所包含的大量动能，称为潮流能。潮汐能和潮流能都属于海洋能，目前被广泛用于发电。潮汐发电需要有合适的位置和地势落差，并且需要修建大坝。而潮流发电则不需要考虑这些因素，所以潮流能的开发与利用更加方便。
潮汐能推动发动机运转
图源：作者绘制
相比于风能、太阳能等其他可再生能源，潮流能周期性变化的规律更容易捕捉。
潮汐能推动发动机运转
图源：作者整理
我国可利用的潮流能储量非常丰富，约比欧洲总量多12%。其中，浙江、福建、山东和台湾海峡都是世界上潮流能资源非常丰富的地区。
在浅海、海峡、海湾和河口一带，可以直接利用潮流发电机发电。潮流发电机种类非常多，原理和风力发电机比较类似，有水平轴式、垂直轴式、坐底式、悬浮式等等。
桩柱式水平轴潮流发电机
坐底式水平轴潮流发电机
漂浮式水平轴潮流发电机
漂浮式垂直轴发电机升出水面
摆动尾翼式潮流发电机
图源：https://www.pengky.cn/haiyangneng/10-cankaoTP/chaoliu-fd-tp.html
03
舟山秀山岛旁的“小提琴”是什么？
浙江的舟山群岛地处长江和钱塘江的入海口，拥有大小岛屿1339个，是我国潮流能拥有量最大的海域片区。舟山秀山岛旁有一把“小提琴”，静卧在两座小岛之间。
图源：https://user.guancha.cn/main/content?id=220433
它是世界首台3.4兆瓦LHD模块化大型海洋潮流能发电机组（3.4兆瓦相当于燃烧1吨煤的发电容量），是国际能源署认定的世界上唯一的一座海洋潮流能发电站。
以往的潮流发电装置，大都采用一体化的方式，也就是一台一台的发电机统一安装排布好，然后整体下水。而LHD模块化潮流发电装置是先在海底造一个大架子，然后把一个一个的机器卡到预制好的框架里，这样方便检修和更换元器件。
2016年7月27日，机组的首批发电模块顺利下海，同年8月26日成功并入国家电网，实现了大功率发电、稳定发电、并入电网三大跨越。自2017年5月25日开始，发电机组实现全天候连续发电并网运行。
图源：西瓜视频
我国LHD模块化潮流能电站建成投产发电以来，已经吸引了众多来自联合国环境署、加拿大、新西兰等组织和国家的国际海洋专家的光顾，不少国家也提出了要引进该技术和设备。
在众多清洁绿色能源中，潮流能似乎并不被人们所熟知，但它的自身优势和我国得天独厚的地理位置值得我们关注。
作者：王雅彬
编辑：小叮当
科学审核：孙亚飞，清华大学化学系博士毕业，从事高分子材料、生物质新能源相关领域研究；刘程程，上海天文馆。
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来源：上海科技馆
编辑：zhenni
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