國(guó)外潮流能研究的最新進(jìn)展2009-1-13匯總

1、國(guó)內(nèi)外潮流能研究報(bào)告-17 -國(guó)內(nèi)外潮流能研究的最新進(jìn)展、海洋潮流能?chē)?guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀1海洋能的主要能量形式概述海流能是指海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量，是另一種以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風(fēng)力發(fā)電相似。全世界海流能的理論估算值約為108kW量級(jí)。利用中國(guó)沿海130個(gè)水道、航門(mén)的各種觀測(cè)及分析資料，計(jì)算統(tǒng)計(jì)獲得中國(guó)沿海海流能的年平均功率理論值約為1.4X107kWo屬于世界上功率密度最大的地區(qū)之一,其中遼寧、山東、浙江、福建和臺(tái)灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密度為1530kW/ m2,具有良

2、好的開(kāi)發(fā)值。特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門(mén)水道，平均功率密度在20kW/m2以上，開(kāi)發(fā)環(huán)境和條件很好。2、海洋能的利用現(xiàn)狀與前景展望上述不同形式的能量有的已被人類利用，有的已列入開(kāi)發(fā)利用計(jì)劃,但人們對(duì)海洋能的開(kāi)發(fā)利用程度至今仍十分低。盡管這些海洋能資源之間存在著各種差異,但是也有著一些相同的特征。每種海洋能資源都具有相當(dāng)大的能量通量：潮汐能和鹽度梯度能大約為2TV；波浪能也在此量級(jí)上；而海洋熱能至少要比此大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。但是這些能量分散在廣闊的地理區(qū)域，因此實(shí)際上它們的能流密度相當(dāng)?shù)?，而且這些資源中的大部分均蘊(yùn)藏在遠(yuǎn)離用電中心區(qū)的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開(kāi)發(fā)利用。全球

3、海洋能的可再生量很大。根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織1981年出版物的估計(jì)數(shù)字，五種海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦。其中溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦,潮汐和波浪能各為 30億千瓦，海流能為 6億千瓦。但如上所述是難以實(shí)現(xiàn)把上述全部能量取出，設(shè)想只能利用較強(qiáng)的海流、潮汐和波浪；禾U用大降雨量地域的鹽度差，而溫差利用則受熱機(jī)卡諾效率的限制。 因此,估計(jì)技術(shù)上允許利用功率為 64億千瓦，其中鹽差能30億千瓦，溫差能20億千瓦，波浪能10億千瓦，海流能3億千瓦，潮汐能1億千瓦（估計(jì)數(shù)字）。3、我國(guó)的海洋能我國(guó)海洋能開(kāi)發(fā)已有近 40年的歷史，迄今建成的潮汐電站8座，80年代以來(lái)浙江、福建等地

4、對(duì)若干個(gè)大中型潮汐電站，進(jìn)行了考察、勘測(cè)和規(guī)化設(shè)計(jì)、可行性研究等大量的前期小型潮汐發(fā)電技術(shù)基準(zhǔn)備工作?？傊?，我國(guó)的海洋發(fā)電技術(shù)已有較好的基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn),本成熟，已具備開(kāi)發(fā)中型潮汐電站的技術(shù)條件。但是現(xiàn)有潮汐電站整體規(guī)模和單位容量還很小，單位千瓦造價(jià)高于常規(guī)水電站，水工建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機(jī)組尚未定型標(biāo)準(zhǔn)化。這些均是我國(guó)潮汐能開(kāi)發(fā)現(xiàn)存的問(wèn)題。其中關(guān)鍵問(wèn)題是中型潮汐電站水輪發(fā)電機(jī)組 技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有完全解決，電站造價(jià)亟待降低。我國(guó)波力發(fā)電技術(shù)研究始于 70年代，80年代以來(lái)獲得較快發(fā)展，航標(biāo)燈浮用微型潮汐發(fā)電裝置已趨商品化， 現(xiàn)已生產(chǎn)數(shù)百臺(tái)，在沿海海域航標(biāo)和大型燈船上推廣應(yīng)用。與日本合作

5、研制的后彎管型浮標(biāo)發(fā)電裝置，已向國(guó)外出口，該技術(shù)屬國(guó)際領(lǐng)先水平。 在珠江口大萬(wàn)山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一臺(tái)裝機(jī)容量3kW的裝置，1990年已試發(fā)電成功?！鞍宋濉笨萍脊リP(guān)項(xiàng)目總裝機(jī)容量20kW的岸式波力試驗(yàn)電站和 8kW擺式波力試驗(yàn)電站，均已試建成功?？傊?，我國(guó)波力發(fā)電雖起步較晚，但發(fā)展很快。微型波力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，小型岸式波力發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。但我國(guó)波浪能開(kāi)發(fā)的規(guī)模遠(yuǎn)小于挪威和英國(guó)，小型 波浪發(fā)電距實(shí)用化尚有一定的距離。70年代末，首先在潮流發(fā)電研究國(guó)際上開(kāi)始于70年代中期，主要有美國(guó)、日本和英國(guó)等進(jìn)行潮流發(fā)電試驗(yàn)研究，至今尚未見(jiàn)有關(guān)發(fā)電實(shí)體裝置的報(bào)導(dǎo)。我國(guó)潮流發(fā)電研究始

6、于舟山海域進(jìn)行了 8kW潮流發(fā)電機(jī)組原理性試驗(yàn)。80年代一直進(jìn)行立軸自調(diào)直葉水輪機(jī)潮流發(fā)電裝置試驗(yàn)研究，目前正在采用此原理進(jìn)行70kW潮流試驗(yàn)電站的研究工作。在舟山海域的站址已經(jīng)選定。 我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始研建實(shí)體電站,在國(guó)際上居領(lǐng)先地位， 但尚有一系列技術(shù)問(wèn)題有待解決。二、海洋潮流能?chē)?guó)外開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀1國(guó)外海洋潮流能開(kāi)發(fā)技術(shù)化石能源沒(méi)有節(jié)制的消耗造成環(huán)境日益惡化:CO2的含量是50萬(wàn)年以來(lái)的最高值，近150年CO2含量增長(zhǎng)量超過(guò)過(guò)去 2萬(wàn)年的增長(zhǎng)量；甲烷氣體含量比1850年增加了一倍；此外煤炭、石油等化石能源的儲(chǔ)量有限，不遠(yuǎn)的將來(lái)就會(huì)枯竭。能源的嚴(yán)峻形勢(shì)和巨大壓力迫使各國(guó)紛紛將目光投向可再生能源的開(kāi)發(fā)利用

7、工作。廣闊的海洋中蘊(yùn)藏著大量未開(kāi)始利用的潮汐能、波浪能、海洋溫差能、 海洋鹽差能和海流能等海洋能，上述五種海洋可再生能源理海洋可再生能論儲(chǔ)量為766億千瓦，其開(kāi)發(fā)利用是解決未來(lái)人類能源問(wèn)題的一個(gè)重要途徑,源的開(kāi)發(fā)利用大勢(shì)所趨。其中海洋潮流能由于資源儲(chǔ)量豐富（據(jù)聯(lián)合國(guó)科教文衛(wèi)組織估計(jì)，全球蘊(yùn)藏的可開(kāi)發(fā)利用的潮流能總量達(dá) 3億千瓦）、能量更加集中（能量密度約是風(fēng)能的4倍，太陽(yáng)能的30 倍） 載荷穩(wěn)定可預(yù)測(cè)性強(qiáng)（如表 1所示），成為目前國(guó)際上最為關(guān)注的海洋可再生能源形式，英國(guó)、美國(guó)、加拿大等西方國(guó)家從政府到科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)都表現(xiàn)出極大的興趣，投入大量的財(cái) 政經(jīng)費(fèi)給予重點(diǎn)、優(yōu)先支持。SoUrCSPWJn

8、dWAVSTWfll Curr«niDevelopnwnt statusErlyCommefcialConnmefCiaFP&CvnnneP 時(shí)SourceSunUneven &ohir healingWind btowwig ovar walerGravity moon &wnAnnijal Average Power Density200300 A'Stti'nV (uuth4in & western US)40X00 wartiW (US Gredt Rams)2036 IkW'm 申US West 3比 5- 15kW/

9、m(US Ea51CM«l15-10 hVWmBay orfFundy)Il-2 kWW (Seattle. SFjimermtttencyclouds and humid旳Atmotplanc front! arxJAindi- only(E(k*I v-indil anOVH ilfrofn distanc stormslOiumtl 0r>d Hm- diufnl (wtvncing -50 mifi idif)MrnutAiHotiD0盧C«ritijr»&圖1不同可再生能源形式對(duì)比2.國(guó)外海洋潮流能應(yīng)用現(xiàn)狀在陸地礦物燃料日趨枯竭和污染已趨嚴(yán)

10、重，世界上一些主要的海洋國(guó)家紛紛把目光轉(zhuǎn)向海洋，加大投入，促進(jìn)和加快了人類開(kāi)發(fā)利用海洋的步伐，摸清資源狀況，制定發(fā)展計(jì)劃， 組織科技項(xiàng)目到實(shí)用技術(shù)的試驗(yàn)，均投入了大量的人力物力。國(guó)際上潮流發(fā)電源于 1976-1984年蘇丹尼羅河上灌溉用河流渦輪機(jī)。經(jīng)過(guò)80年代的低迷期后，在90年代中期，隨著全球變暖現(xiàn)象日趨明顯，人們開(kāi)始大范圍開(kāi)發(fā)潮流能。目前 歐美等西方國(guó)家雖然沒(méi)有用于商業(yè)化發(fā)電的潮流能開(kāi)發(fā)利用裝置，基于全面對(duì)海洋潮流能開(kāi)發(fā)利用前景、開(kāi)發(fā)選址、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和環(huán)境評(píng)估基礎(chǔ)上，已經(jīng)提出了各種形式的海洋潮流能開(kāi)發(fā)利用裝置，進(jìn)行比例模型試驗(yàn)或?qū)嵆吣Ｐ驮囼?yàn)。如英國(guó)從70年代以來(lái)，制定了強(qiáng)調(diào)能源多元化的能

11、源政策，鼓勵(lì)發(fā)展包括海洋能在內(nèi) 的多種可再生能源。1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)發(fā)大會(huì)后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)資源和環(huán)境的保護(hù)，又進(jìn)一步加 強(qiáng)了對(duì)海洋能源的開(kāi)發(fā)利用，把波浪發(fā)電研究放在新能源開(kāi)發(fā)的首位，曾因投資多，技術(shù)領(lǐng)2萬(wàn)kW的固定式波力電站。在潮汐能開(kāi)先而著稱。決定在蘇格蘭西海岸興建一座裝機(jī)容量發(fā)利用方面也進(jìn)行了大規(guī)模的可行性研究和前期開(kāi)發(fā)研究，并計(jì)劃在1997年在塞汶河口建造一座裝機(jī)容量為 8.640MW年發(fā)電量約為170億kWh的潮汐電站，英國(guó)已具有建造各種規(guī) 模的潮汐電站的技術(shù)力量，并認(rèn)為是極有潛力的世界市場(chǎng)。日本在海洋能開(kāi)發(fā)利用方面十分活躍，成立了海洋能轉(zhuǎn)移委員會(huì)， 僅從事波浪能技術(shù)研究的科技單位就有日本

12、海洋科學(xué)技術(shù)中心等10多個(gè)，還成立了海洋溫差發(fā)電研究所，并在海洋熱能發(fā)電系統(tǒng)和換熱器技術(shù)上領(lǐng)先于美國(guó)，取得了舉世矚目的成就。美國(guó)把促進(jìn)可再生能源的發(fā)展作為國(guó)家能源政策的基石，由政府加大投入，制定各種優(yōu)惠政策，經(jīng)長(zhǎng)期發(fā)展，成為世界上開(kāi)發(fā)利用可再生能源最多的國(guó)家，其中尤為重視海洋發(fā)電技術(shù)的研究，1979年在夏威夷島西部沿岸海域建成一座稱為MINIOTCE溫差發(fā)電裝置,其額定功率50kW凈出力18.5kW，這是世界上首次從海洋溫差能獲得具有實(shí)用意義的電力。法國(guó)早在60年代就投入巨資建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐發(fā)電站，裝機(jī)容量 24萬(wàn)kW年發(fā)電量5億kWH的朗斯潮汐電站。1994年還計(jì)劃用5印度

13、面對(duì)能源供應(yīng)不足，電力短缺的困境，在海洋能等可再生能源開(kāi)發(fā)利用上加大投入, 從減免所得稅和關(guān)稅，建立專門(mén)貸款機(jī)構(gòu)，吸引外資以及加快折舊等多方面實(shí)施優(yōu)惠政策， 使它在短短的二三年內(nèi)一躍跨入世界可再生能源開(kāi)發(fā)利用的先進(jìn)行列， 億美元在泰米爾納德邦近海引入美國(guó)技術(shù)，建立一座10萬(wàn)kW的海洋溫差發(fā)電裝置。印尼在挪威的幫助下， 從1988年開(kāi)始在巴厘島建造一座 1500kW的波力電站，并制定建 造數(shù)百座波力電站，實(shí)現(xiàn)聯(lián)站并網(wǎng)的發(fā)電計(jì)劃。以下是各個(gè)國(guó)家海洋潮流能開(kāi)發(fā)裝置1、英國(guó)的MCT Ltd，開(kāi)發(fā)的裝置名稱是 Seaflow/Seagen,其基本特征是水平軸、單立柱水輪機(jī)、Seaflow 300kW 單

14、轉(zhuǎn)子模型于 2003年5月進(jìn)行了試驗(yàn)，1.2MW雙轉(zhuǎn)子的SeaGen,已于2008年3月31日開(kāi)始海上安裝施工。 MCT Ltd是世界領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)潮流能大型發(fā)電設(shè)備的公司，該設(shè)備很像被水淹沒(méi)的風(fēng)車(chē)，“ SeaGen的雙軸流式轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度為 15米至20米，可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件來(lái)設(shè)定，這是世界上第一個(gè)用于商業(yè)操作的潮汐渦輪機(jī)，如下圖所示:HP -二 " - A r - :-一匸衛(wèi)2、英國(guó)的Rotech/Lunar Energy公司，開(kāi)發(fā)的裝置名稱是 Rotech Tidal Turbine，其基本特征是水平軸水輪機(jī)，兩端加聚流裝置;40米，利08年在奧克尼郡安裝1MW水輪機(jī)；將參與預(yù)計(jì)投資 5億英

15、鎊的韓國(guó)潮流能項(xiàng)目。該設(shè)備利用三條腿將自身固定在水底，深度可以超過(guò)用洋流進(jìn)入內(nèi)河碼頭將其能量轉(zhuǎn)換成電能,設(shè)計(jì)獨(dú)特，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊化，高效率。如下圖:rIThe mmvatile cas-idtcTt gr日dv tHisa-RTT UMITDuct1ft FTKitroa DLPCt Length 19.2 iTidIptrft Tyrbhn DhrriQtvr 11 .fi MetresThcTUfbIn*Th# dticTE-T品-:.- r.p P J L. !_' I 3、美國(guó)的 UEK System 公司，設(shè)備名稱是 Underwater Electric Kite，其特點(diǎn)是

16、：兩個(gè)水平軸帶聚流裝置轉(zhuǎn)子，120kW，固定于錨泊的筏子上，為河流中的單向流動(dòng)設(shè)計(jì)（不適合于雙向往復(fù)流動(dòng)）.早期原型在切薩皮克灣進(jìn)行測(cè)試，如下圖:f- V4、新加坡 Atlantis Resources Co.公司，設(shè)備名稱是 Nereus? & Solon?，其特點(diǎn)是 Nereus?水平軸，適用于淺水（25m）、并網(wǎng)型，08年5月在澳大利亞 San Remo Voictoria進(jìn)行了 150kW Nereus? I水輪機(jī)的安裝、并網(wǎng)運(yùn)行，400kW Nereus? II拖曳試驗(yàn)于 08年7月完成；Solon?聚流管水平軸，適用深水（25m），500kW機(jī)型拖曳試驗(yàn)于08年8月完成；A

17、tlantis計(jì)劃09年試驗(yàn)1MW和2MW水輪機(jī)，2012開(kāi)始安裝商業(yè)化陣列式機(jī)群。Nereus? & Solon? 具有可擴(kuò)展性，模塊化，適合于安裝在各種不同的環(huán)境下。Nereus? & Solo n? 可以安裝在深水并且水流速度較快的地方，與近海風(fēng)能發(fā)電一樣，可直2008年5月在澳大利亞圣雷莫,接與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)相連，其功率完全可以滿足工業(yè)負(fù)荷的要求,150kW的Nereus?渦輪機(jī)完成調(diào)試與安裝，并成功并入電網(wǎng)。2008年8月Solon?號(hào)成為世界上最大的進(jìn)行拖曳測(cè)試的水平軸渦輪機(jī)。5、美國(guó)的Verdant Power公司，開(kāi)發(fā)設(shè)備名稱是Various，其特點(diǎn)是已在一個(gè)錨泊筏上

18、進(jìn)行16kW模型試驗(yàn)。其商業(yè)化項(xiàng)目為08年底開(kāi)始將目前紐約East River的6臺(tái)水輪機(jī)（計(jì)200kW）拓展為300臺(tái)。該項(xiàng)目從2002年開(kāi)始經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段，2006年12月，VerdantPower開(kāi)發(fā)的Various成為世界上第一個(gè)與電力網(wǎng)相連的潮汐渦輪發(fā)電機(jī)，其相對(duì)優(yōu)勢(shì)為：總功率為50MW，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于 7000小時(shí)，充分利用雙向潮流，這些都是世界領(lǐng)先的技術(shù)。在 2008年9月，新一代的雙轉(zhuǎn)子渦輪來(lái)代替單轉(zhuǎn)子，完成了設(shè)備的更新?lián)Q代。F -6、英國(guó)的IHC En gi neeri ng Bus in ess Ltd公司，設(shè)備名稱是Sti ngray,其特點(diǎn)是裝機(jī)容量150kW的實(shí)尺原

19、型在Shetland進(jìn)行過(guò)兩次短期試驗(yàn)。與以往的發(fā)電原理不同，該設(shè)備不是將潮流能轉(zhuǎn)換成渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能，而是將一個(gè)類似飛機(jī)機(jī)翼的手臂把潮流能通過(guò)液壓缸的壓縮與釋放使之產(chǎn)生高壓沒(méi)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。 7、法國(guó)的Hydrohelix Energies公司，設(shè)備名稱是 HXE，其特點(diǎn)是：海底排成一排直徑為3米的小型聚流水平軸水輪機(jī)，5個(gè)200kW水輪機(jī)組成一個(gè)1MW系統(tǒng)。該項(xiàng)目已于2005年12月啟動(dòng)，但由于一直沒(méi)有相應(yīng)的資金，2008年初進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久的測(cè)試活動(dòng)。如下圖:a8、加拿大潮流發(fā)電研究機(jī)構(gòu)：Blue Energy正在商業(yè)化運(yùn)作能夠?qū)⒊绷髂苻D(zhuǎn)換成電能的Davis水輪機(jī)。憑借其在宇航領(lǐng)域先進(jìn)

20、的技術(shù)能力，Blue Energy正在引領(lǐng)世界范圍內(nèi)無(wú)數(shù)濱海城市或組織的無(wú)污染、 可更新電能供給潮流。Blue Engergy水輪機(jī)是一個(gè)高效率的垂直軸水下風(fēng)車(chē)。由于海洋能量密度是空氣密度的Blue Engergy ,832倍，并且是一種非壓縮的介質(zhì)，而8海里/小時(shí)的海流能相當(dāng)于390km/hr的風(fēng)能。經(jīng)過(guò)加拿大2 0多年的研究，設(shè)計(jì)出了一種由4個(gè)剛性葉片組成的垂直軸水輪機(jī)如下圖:其原理圖如下gear kxr» CFloss SECTIONwater flow1 hydrofoil bbdes I-/ r9.HO PVIEW討Irotofshaftwater flowstmxture

21、.support arms'hydrofoil * tlades IsupportA arcnsduestructure/Jv#3ief flowt water flowrotor >haft為了能夠大規(guī)模發(fā)電需要，將多個(gè)水輪機(jī)串連起來(lái)放置在海流速度大或者河道入口處,效果圖如下:宀Pm9、英國(guó)的 Ocean Flow Energy Limited，設(shè)備名稱是 道進(jìn)行了第一次試驗(yàn)，采用、-C >Evopod , 2008 年 6 月，在 Strangford 水1/10比例模型。該設(shè)備是英國(guó)于2007年海洋能研究機(jī)構(gòu)提出建立，下圖是按1:10比例進(jìn)行試驗(yàn)晶.<7豈一CF

22、D計(jì)算，2008開(kāi)始制作、布置；Stage V:計(jì)劃從2009 安裝十臺(tái)并網(wǎng)Neptune Proteus裝置，年發(fā)電量可達(dá) 1/10,1/40,1/100不同比例進(jìn)行了測(cè)試，這些數(shù)據(jù)顯示4-實(shí)物模型£應(yīng)+護(hù)"S簡(jiǎn)單的CFD模擬工作原理圖而對(duì)Evopod的測(cè)試則是在紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的組合式波浪水流槽進(jìn)行的，不同的是采用1:40的比例對(duì)水輪機(jī)的工作效率及浮體平臺(tái)的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。10、英國(guó)的 Neptune Ren ewable En ergy，設(shè)備名稱是：Nep tu ne P roteus Mark，設(shè)備特點(diǎn)為：豎軸、聚流裝置，設(shè)計(jì)為 6miX6m轉(zhuǎn)子安裝于對(duì)稱聚流裝置內(nèi)。Stage I: 2006年9月在赫爾大學(xué)水槽內(nèi)進(jìn)行了 1