什么是潮流发电与潮汐发电？月亮带来的“可预测电力”与五岛的示范

潮涨潮落为何发生——月亮与太阳造就的“带时刻表的水流”

要理解潮流发电，首先必须把握“潮汐”本身。海面每天大约两次的涨落，是月亮和太阳拉动海水的结果。关键在于，这一运动由天体运行而非气象决定。天气预报最多只能看到一周之后，而潮汐表可以提前数年编制。

月亮的引力与离心力把海面两侧抬起

地球与月亮围绕彼此的共同质心运转。靠近月亮一侧的海水被引力强烈拉扯而隆起，背对月亮一侧的海水则因绕共同质心运动产生的离心力占优而同样隆起。也就是说，地球的海洋会在朝向月亮和正背离月亮的两个方向上形成两处隆起，形似橄榄球。地球约一天自转一周，从某一地点看去，隆起每天大约通过两次——这就是每天两次涨潮与落潮的真相。

这种驱动海面的力被称为“引潮力”。太阳同样产生引潮力，但由于距离遥远，太阳的引潮力仅相当于月亮的约45%。这一比例仍不可忽视，正是它使潮汐的大小随月亮与太阳的位置关系而变化。

大潮与小潮约每15天交替一次

在新月与满月时，月亮、地球、太阳几乎排成一线，月亮与太阳的引潮力叠加。此时潮差最大，称为大潮。相反，在上弦月与下弦月时，两者的引潮力方向成直角而相互抵消，潮差最小，称为小潮。月相周期约29.5天，其一半即约15天，大潮与小潮交替出现。

对潮流发电而言，这一大潮小潮周期意味着发电量的大幅起伏。大潮期间水流快、出力高，小潮期间则下降。但关键在于，这些起伏何时到来，事先已经完全知晓。

事实上，日本海上保安厅每年为全国主要港口发布潮汐表，气象厅也公开潮位推算值。钓鱼者说“今天是大潮”，船只判断“等到平潮再出港”，靠的都是同一套计算。潮流发电不过是在其上叠加了发电这一新的用途。

「可以预测的可再生能源」这一决定性优势

太阳能与风电最大的弱点在于出力难以准确把握。一旦预测失准，电力公司就必须让火电待机或用储能填补，这部分成本最终转嫁到电费上。潮流发电则不同。只要清楚设备的性能曲线，就几乎可以算出一年后某一天下午三点会输出多少千瓦。

最后一点尤为重要。某条海峡处于平潮、发电为零时，相位相差数小时的另一条海峡可能正满负荷运行——这样的组合在地理上是可能成立的。像日本这样海岸线曲折的国家，完全有余地把这种“相位差”用于设计。

潮流发电与潮汐发电有何不同——两种路径

虽说都是“用潮水发电”，技术上却是完全不同的两种方式。英语明确区分为 tidal stream（潮流）与 tidal range / barrage（潮差、堤坝），而日常用语中常常混为一谈。一旦混淆，就会把规模、成本、环境影响都截然不同的两件事混着谈。

潮流发电＝用水下风车提取水流的动能

潮流发电是在海峡、濑户等潮水流速较快的地方，沉放与风力发电机十分相似的水下涡轮机。水流带动转子，经增速机与发电机转化为电能，再由海底电缆送往陆地。由于不拦截海面，地形基本保持原状。目前全球研发的主战场正是这一方式。

安装形式有若干流派：用重力式基础或桩固定于海底的坐底式、从浮体上悬吊的浮式，以及用系泊索连接、悬浮于中层水体的水下悬浮式。五岛的示范机组为坐底式，后文提到的IHI「海流号（Kairyu）」则属于水下悬浮式。

潮汐发电＝用堤坝隔断海湾，利用潮差的势能

潮汐发电用堤坝（barrage）隔断河口或海湾，涨潮时蓄水、落潮时放水，用落差驱动水轮机。从原理上说，它更接近坝式水力发电。1966年投运的法国朗斯潮汐电站（最大出力24万千瓦＝240兆瓦，年发电量约6亿千瓦时）是典型代表，这项技术已有半个多世纪的运行业绩。

但潮汐发电存在决定性的限制：必须同时具备巨大的潮差与可供拦截的地形。朗斯一带最大潮差13.5米、平均也有8.5米，属于世界屈指可数的环境。此外，隔断海湾会减少海水交换，引起生态系统与泥沙淤积的变化，因此近年来全球新建项目已极为罕见。

与海流发电、波浪发电的定位差异

海洋能还有其他分支。为避免混淆，这里梳理主要的四种方式。判别的关键在于“提取哪一种能量，以及在哪里提取”。

为何用“水”发电更有利——密度800倍与流速三次方的物理

从照片上看，潮流发电装置比海上风电机组小得多。它仍能取得相当的出力，原因在于空气与水这两种流体的性质差异。理解了这一点，就能明白工程师为何执着于水下涡轮机。

海水的密度约为空气的800倍

从水流中可提取的能量与流体密度成正比。海水密度约1,025千克/立方米，空气约1.2千克/立方米，相差约800倍。若流速相同，水所携带的能量是空气的800倍。正因如此，直径数十米的水下涡轮机才能瞄准与直径百米级风机相当的出力。

能量与流速的三次方成正比

另一个关键是，水流的能量与流速的三次方成正比。流速增加一倍，能量变为8倍；增加两倍，则为27倍。反过来说，流速稍有不足，经济性便会瞬间崩溃。潮流发电的适宜地点之所以局限于“潮流湍急的狭窄水道”，正是因为这条三次方定律。

• 流速1.5米/秒：能够发电，但不把设备大型化就难有经济性
• 流速2.5米/秒：被视为实用化的门槛水平，海外主要项目均处于这一区间
• 流速3.0米/秒以上：世界级的优良场址，但施工与运维难度也随之陡增

作为参考，据海上保安厅的数据，日本三大急潮的最大流速为：鸣门海峡10.5节（约每小时19.4公里＝约5.4米/秒）、来岛海峡10.3节、关门海峡9.4节。这在全球范围内也属极快，但它们同时是船舶通航的要冲，因此并不能直接改建成电站。

代价是，海中对设备而言极为严酷

水的密度高，意味着作用在设备上的力也大。海中还有盐分腐蚀、生物附着、漂浮物撞击，而最关键的是检修必须同时具备船只、好天气与平潮这一限制。陆上风机用吊车几小时即可完成的作业，在海底会变成持续数日的行动。

长崎五岛的奈留濑户——日本首个商用规模潮流发电

谈日本的潮流发电，绕不开长崎县五岛市的奈留濑户。在奈留岛与久贺岛之间这条潮流湍急的水道上，九州电力集团旗下的九电未来能源（Kyuden Mirai Energy）作为环境省项目，分阶段推进了日本首台大型潮流发电机组的示范。

第一阶段（500千瓦）——2021年，日本首台大型机组开始发电

第一阶段是作为环境省“潮流发电技术实用化推进项目”实施的。2021年1月23日，日本首台大型潮流发电机组（出力500千瓦）在奈留濑户海底安装完成并开始发电。安装工程使用了自航式多用途船，以国内施工技术攻克了在急流海域就位这一难关。

这里不可忽视的是施工技术。在潮流湍急的海域，把数百吨级的结构物按预定位置与朝向安放到海底——这与陆上重型机械作业完全不是一个难度量级。可作业的只有潮流减弱的短暂平潮时段，海况一旦转坏便立即中断。日本的海洋土木完成了这道工序，本身就是示范成果的一部分。

成果也很具体。示范开始后三个多月，累计发电约8万千瓦时，相当于360户普通家庭一个月的用电量。数字看似不大，但它证明了“在日本的海域，大型潮流发电机组能够安全地持续运转并产出电力”，意义重大。

第二阶段（1,100千瓦）——2025年，迈向商用规模

第二阶段将机组大型化，升级为1,100千瓦（1.1兆瓦）的商用规模机组。2025年2月安装于奈留濑户海底，经调试运行后，取得了经济产业省依据《电气事业法》签发的使用前检查合格证（日期为2025年5月23日），并于2025年5月26日开始示范运行。

与第一阶段的决定性区别在于，机组已接入九州电力输配电公司的电网，实际向五岛市送电。它不再只是沉在海中运转的试验装置，而是作为向岛上生活供电的并网电源运行。计划在2025年度内收集与分析发电数据，之后拆除并回收设备。

正因为是离岛才更有意义——地区脱碳的语境

五岛市推进潮流发电，并不只因为潮流快。离岛面临电力自给这一现实课题。远离本土的岛屿，需要用船运来燃料发电，成本高昂，燃料价格波动的冲击也直接传导。若能用本地海流发电，就能降低这一风险。

五岛市同时也是浮式海上风电的先行地区，潮流发电被定位为其补充。风弱的日子潮水依然会流动；反过来，在潮流减弱的平潮时段风机可能正在转动——这样的组合一旦成立，岛上的电力就会更加稳定。在同样的离岛脱碳语境中，电力推进渡轮与零排放船舶的探索也在并行推进。

世界前沿——MeyGen、朗斯与始华湖所抵达的高度

要评价日本的探索，就得知道世界的水平。让我们分别看看潮流发电与潮汐发电各自最前沿的项目。

MeyGen（英国苏格兰）——世界最大的潮流发电阵列

在苏格兰最北端彭特兰湾运行的MeyGen，标志着潮流发电目前所达到的高度。项目安装了4台1.5兆瓦涡轮机，合计6兆瓦，其划时代之处在于以多台机组组成的“阵列”持续商业运行。把一台试验机沉入海中，与让4台机组并排运行数年，技术难度完全不同。

2025年，4台机组全部达到满负荷运行，场址累计发电量突破50吉瓦时，成为全球潮流发电阵列的首次纪录。此后继续发电，据报道累计已超过84吉瓦时。项目方已把未来扩展至数百兆瓦规模纳入视野。

朗斯潮汐电站（法国）——运行半个多世纪的成熟技术

在潮汐发电一侧，1966年11月26日建成的法国朗斯潮汐电站已持续运行半个多世纪。它用宽数百米的堤坝隔断布列塔尼地区圣马洛近郊的朗斯河口，最大出力24万千瓦（240兆瓦），年发电量约6亿千瓦时。之所以得以实现，背景是最大13.5米、平均8.5米这一世界屈指可数的潮差。

同时，朗斯也留下了关于环境影响的教训。由于湾内海水交换频率下降，据报道曾有一段时期生态平衡被打破。“能稳定运行”与“环境负荷小”是两回事——这一事实直接促成了此后潮汐发电规划的审慎态度。

始华湖（韩国）——世界最大的潮汐电站

以装机容量计，世界最大的潮汐电站是韩国西海岸的始华湖潮汐电站。它于2011年8月开始发电，10台机组合计254兆瓦（25.4万千瓦），规模超过朗斯。该项目同时肩负让海水在原本水质恶化的人工湖中进出的目的，常被视为把发电与环境改善结合起来的案例。

值得玩味的是，始华湖与朗斯都不是单纯为发电而建的构筑物。朗斯兼作河口的交通通道，始华湖则先有改善水质这一需求。潮汐发电得以成立的地方，无一不是“本来就有别的理由要在那里筑堤”的地方。今天几乎没有人再提出从零开始拦截海湾建电站，原因由此便一目了然。

与波浪发电、海上风电相比——优势在于“质”而非“量”

评价潮流发电时容易掉入的陷阱，是“发电量比太阳能和风电少，所以没有意义”这种草率结论。电源的价值不能只用总发电量衡量。这里把它与同为海洋可再生能源的波浪发电，以及走在前面的海上风电放在一起考察。

与波浪发电的比较——变动特性正好相反

波浪发电是提取风所形成波浪能量的技术。在日本，使用东京大学生产技术研究所研发装置的岩手县久慈市“久慈波浪发电站”（出力43千瓦，2016年建成）较为知名。其原理是水下的受波板接受波浪运动并向陆上送电，预期发电量相当于约10户普通家庭。

就资源量而言波浪更大。据NEDO测算，日本沿岸的波浪功率平均为7千瓦/米，资源量为36吉瓦，未来潜力为87太瓦时，约相当于日本总用电量的一成。但波浪源自气象，何时来、来多少全看天气。于是形成了鲜明对照：论资源量看波浪，论可预测性看潮流。

与海上风电的比较——利用小时率更高

以利用小时率（实际发电量相对于装机容量的比例）来看，安装在条件良好海域的潮流发电机组据称可达40%—50%。堤坝式潮汐发电约为25%—30%，海上风电一般在30%多。潮流发电单机出力虽小，但把已安装容量用足的效率却更高。

英国的研究还指出，潮流发电周期性、可预测的性质，可能带来传统平准化度电成本（LCOE）计算中体现不出的全系统成本削减效果，例如降低供需调节（平衡）费用。也就是说，单看单价虽偏贵，从系统整体看评价可能改变。

组合起来才产生价值

结论是，潮流发电并非能单独成为主力电源的技术。但在太阳落山、风也停下、却依然需要电力的时段，能够事先承诺“这里可以出力”的电源，会随着可再生能源比例的提高而愈发珍贵。在港湾与离岛脱碳的讨论中，这类地区电源的组合正是关键。

另一个容易被忽略的点是单位占用面积的发电量。潮流涡轮机沉于海底、不占用海面，因此同一片海域有可能与渔业和航道共享（当然，这需要细致的协调）。与大面积占用海面的海上风电或太阳能相比，这种“空间使用方式”的差异，在海岸狭窄的日本意外地重要。

成本、环境影响与社会协调——实用化尚存的门槛

确认了优势之后，让我们正面审视课题。潮流发电尚未普及的原因很明确：它还很贵，而且既然要使用海洋，那里早已有人和生物在用。

成本——海上风电2—3倍的现实

目前，潮流发电的安装成本据称是海上风电的2—3倍。专用作业船、海底电缆、防腐蚀措施、有限的可作业日数——这些不断累加。英国的分析预计，以17%的技术学习率为前提，平准化度电成本可从约240英镑/兆瓦时降至150英镑/兆瓦时以下。也有报告指出，实绩学习率约为25%，下降速度快于预期。

关键在于，这种下降不会“自然而然”发生，而是随着装机量增加才会发生。因此英国在可再生能源竞价制度差价合约（CfD）中设立了潮流发电专项预算额度。在2024年的第六轮竞价（AR6）中，1,500万英镑的专项额度下有6个项目、共28兆瓦中标，行权价格为172英镑/兆瓦时，比上限价格低34%，是设立专项额度以来的最低水平。加上此前两轮的93兆瓦，到2029年待建的项目储备已累计达121兆瓦。

生物真的会撞上涡轮机吗

对叶片在水下旋转的自然担忧，是与鱼类、海洋哺乳动物、潜水海鸟的碰撞风险。潮流发电的适宜场址水流快、易浑浊，因此“难以观测”长期以来就是难题。英国的EMEC（欧洲海洋能中心）等机构已建立起把遭遇率模型与碰撞风险模型结合起来的评估方法。

近年也出现了实测数据。一项分析运行中小型潮流涡轮机109天水下摄像影像的研究（PLOS ONE，2025年）显示，在接近涡轮机的229尾鱼与5个鱼群中，观察到与转动叶片碰撞的仅有4例，未观察到海鸟或海洋哺乳动物的碰撞。也就是说，多数个体都避开涡轮机游走了。

除碰撞之外的影响途径也需关注。设备发出的水下噪声，对依靠声音交流与觅食的海洋哺乳动物不可忽视（海洋声音问题在海洋噪声污染一文中有详细讨论）。海底电缆产生的电磁场是否会影响依靠地磁洄游的物种，也是一个议题。此外，涡轮机从水流中提取能量这一行为本身，也被指出可能轻微改变下游的流速与混合结构。

与渔业、航道共存这一最棘手的问题

比技术更难的是社会协调。潮流湍急的海峡，往往既是优良渔场，同时又是船舶通道。鸣门海峡与来岛海峡就是典型：仅看流速堪称世界级场址，但要在那里放置构筑物，事情并不简单。

• 与渔业权的协调：安装海域的作业将如何变化，需要事先细致地形成共识
• 航行安全：明确水面下构筑物的位置与富余水深，并反映到海图与航行警告中
• 海底电缆路由：需要避免与渔具、锚具冲突的敷设方案
• 回馈地方：若没有让电力或收益回流地方的机制，接受度就难以提升

五岛的示范之所以在“构建地区脱碳模式”这一框架下推进，正是出于对这一点的自觉。技术示范与地方共识只能成套向前推进。

日本的海洋能利用到什么程度——潜力与现实路径

最后，梳理一下日本海域的潜力以及今后可能发生的事。结论是，潮流发电与其说会成为“支撑日本电力的支柱”，不如说更可能成长为“可靠支撑特定地区的电源”。

潮流资源有限，但黑潮是另一张牌

据NEDO评估，日本的波浪与潮流潜力小于欧美，但拥有一项独特优势：作为世界主要海流之一的黑潮，流经距陆地相对较近之处。海流能的规模据测算约为205吉瓦，与潮流是数量级完全不同的资源。

瞄准黑潮的尝试，是NEDO与IHI合作的水下悬浮式海流发电系统「海流号（Kairyu）」。100千瓦级示范机于2017年8月安装在鹿儿岛县十岛村口之岛近海的黑潮海域，验证发电性能与姿态控制系统，最大出力约30千瓦，并确认了在水下稳定姿态的自主控制以及安装与拆除工法。此后，又以改进自主控制程序、加装整流板等改造后的机体，开展了为期一年以上的长期示范。

不是从“主力”，而是从“离岛与地区”扩展开来

不过，利用黑潮比潮流发电更为艰难。安装海域水深大、离陆地远，而且黑潮流路随季节与年份大幅蜿蜒。在无法断言“那里一定有水流”的地方，把设备系泊于深海，再用长长的海底电缆送电上岸——无论技术还是成本，都应理解为仍处于研究阶段。

潮流发电最先体现价值的，是燃料成本高、电力自给性成为经营课题的离岛与沿岸小型电网。在本土大型电网中或许赢不了价格竞争，但若比较对象是柴油发电的燃料费，情况就不同了。五岛的示范正是在这一语境下推进，绝非偶然。

1. 示范阶段（当前）：将1台至数台设备接入实际电网长期运行并采集数据
2. 小规模阵列阶段：把数台至10台左右组合起来，通过反复施工与运维降低单位成本
3. 地区电源阶段：稳定承担离岛与沿岸自治体一部分电力供应
4. 扩展阶段：成本充分下降后，向条件较为宽松的海域推广

我们应当关注的指标

在新闻中遇到潮流发电的话题时，看什么才能把握实情？与其只看装机容量（千瓦），不如关注以下三点，就能判断一个项目是否货真价实。

使用海洋的能量，也意味着分享海洋的恩惠。远在人类需要电力之前，潮涨潮落就在滋润滩涂、输送养分、哺育鱼类。若要把这种节律转化为电力，就必须选择不破坏节律本身的方式。在五岛海域持续转动的涡轮机，此刻正在实地检验二者能否兼得。