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模拟潮汐发电

故事导入​

小恩和杰克正随着音乐尽情舞动，一名神色匆匆的人跑来，在杰克耳边低语几句。杰克立刻转头对小恩说：“你先在这儿玩，我有点急事得回去！” 话音未落，他便和那人迅速融入熙攘的人群，不见了踪影。 杰克离开后，小恩只能在街上闲逛。走着走着，他听见路人纷纷议论 —— 原来小岛遇上大麻烦了！前几日的风暴损毁了发电设备，如今电力供应告急，急需更换新设备，可大家一时也想不出解决办法 。

教学准备​

名称图示
哪吒Pro海洋套件

教学目标​

1.了解什么是潮汐发电。

2.探索能源之间的转换关系。

学习探究​

1.你知道什么是潮汐吗？与朋友分享自己知道潮汐发电知识。

2.与同学一起讨论的，生活中电是从哪里的。

搭建步骤​

硬件连接​

1号电机连接哪吒扩展板“M1”端口；

2号电机连接哪吒扩展板“M2”端口；

双路巡线传感器连接哪吒扩展板“J1”端口；

彩虹灯环连接哪吒扩展板“J4”端口。

代码编程​

进入“makecode.microbit.org”，点击新建项目。

在弹出窗口输入项目名称并点击创建。

点击代码抽屉中的扩展。

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标，在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序​

程序链接 https://makecode.microbit.org/_MFeCcz31mJct

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序​

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后，电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的，选择Connect Device。

点击。

点击。

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP，然后选择连接，至此，我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示​

长按micro:bit的按键A控制潮汐发电机向下移动，当双路巡线传感检测潮汐发电机下降到一定位置时，潮汐发电机停止向下移动，并触发潮汐发电机旋转，彩虹灯环亮起，模拟潮汐发电的场景； 长按micro:bit的按键B控制潮汐发电机向上移动，当双路巡线传感器检测没有检测到潮汐发电机，潮汐发电机停止转动，彩虹灯环关闭。

扩展知识​

潮汐发电​

潮汐发电是利用海水潮汐涨落形成的水位差（潮差）或潮流的动能，通过特定装置将其转化为电能的可再生能源利用技术。其核心是对潮汐能量的捕获与转化，具有清洁、可再生、可预测性强等特点。

一、原理：潮汐能量的来源与转化​

潮汐的形成主要源于月球和太阳对地球的引力（引潮力），其中月球的影响更为显著。地球表面的海水在引潮力作用下产生周期性涨落：白天的涨落称为 “潮”，夜晚的称为 “汐”，合称 “潮汐”。

潮汐发电的能量转化路径分为两类：

势能利用：利用涨潮与落潮时的水位差（潮差），通过堤坝形成水库，蓄水后驱动水轮机旋转，带动发电机发电（类似水电站的原理）。

动能利用：直接利用潮流（海水水平流动）的动能，通过水下涡轮机（类似风力发电机）捕获能量，驱动发电。

二、主要形式​

坝式潮汐电站（势能型）

最常见的形式。在海湾或河口修建堤坝，形成封闭水库，坝体中安装水轮机和发电机。

涨潮时：海水通过闸门进入水库，储存势能；

落潮时：水库水位高于外海，放水驱动水轮机发电；

部分电站可双向发电（涨潮和落潮时均能利用水位差）。

潮流电站（动能型）

无需建坝，直接在潮流较强的海域（如海峡、水道）放置水下涡轮机。潮流推动涡轮旋转，带动发电机发电，类似 “水下风车”。其优势是对环境影响较小，建设成本相对较低，但依赖较强的潮流速度（通常需≥2 米 / 秒）。

三、优点与局限​

优点

可再生与清洁：潮汐能量源于天体引力，取之不尽，且发电过程无燃料消耗、无温室气体排放。

可预测性强：潮汐的时间和幅度可通过天文规律精确计算（误差≤10 分钟），发电量稳定，便于电网调度（优于风能、太阳能的随机性）。

寿命长：设备（如堤坝、涡轮机）可运行数十年，维护成本较低。

局限

地理限制严格：坝式电站需潮差≥3 米的海湾 / 河口（全球仅约 200 处符合条件）；潮流电站需强潮流区域，适用范围窄。

建设成本高：坝式电站的堤坝工程规模大、投资高（如法国朗斯电站造价相当于同规模火电站的 2 倍）。

生态影响：堤坝可能阻断海水自然流动，影响水生生物洄游、产卵，改变局部海洋生态环境。

四、典型案例​

法国朗斯潮汐电站（1966 年建成）：全球首个大型潮汐电站，装机容量 24 万千瓦，采用双向发电模式，是坝式电站的标杆。

中国江厦潮汐试验电站（1980 年建成）：亚洲最大潮汐电站，位于浙江温岭，装机容量 3.9 万千瓦，为多机组试验性电站。

英国塞文潮汐项目（规划中）：拟利用塞文河大潮汐（潮差达 15 米），规划装机容量可达 320 万千瓦，是全球最大潜在潮汐电站之一。

五、发展前景​

随着技术进步（如低成本涡轮机、模块化潮流设备），潮汐发电的经济性正逐步提升。目前全球潮汐发电装机容量约 0.5 吉瓦（GW），远低于风电、太阳能，但在沿海国家（如英国、加拿大、中国）的能源转型中被视为重要补充。未来，结合海洋生态保护的 “低影响设计” 将是其发展核心方向。