潮流能發(fā)電及潮流能發(fā)電裝置匯總

1、潮流能發(fā)電及潮流能發(fā)電裝置戴慶忠摘要潮流能發(fā)電是利用潮汐動能的一種發(fā)電方式。由于潮流能發(fā)電不需要筑壩攔水，具有對環(huán)境影響小等許多優(yōu)點。因此，近年來潮流能發(fā)電引起許多國家重視，潮流能發(fā)電技術(shù)開展很快。本文從分析潮流能的特點入手，介紹了國內(nèi)外潮流能發(fā)電的近況，重點介紹目前出現(xiàn)的各種潮流能發(fā)電裝置，包括水平軸潮流能水輪機、豎井潮流能水輪機、振蕩水翼式潮流能裝置等。關(guān)鍵詞潮汐潮流能潮流能水輪機潮流能發(fā)電1 前言1.1 潮流能的特點潮流主要是指伴隨潮汐現(xiàn)象而產(chǎn)生的有規(guī)律的海水流，潮流每天兩次改變其大小和方向。而潮流能發(fā)電那么是直接利用漲落潮水的水流沖擊葉輪等機械裝置進行發(fā)電。眾所周知，潮汐是海水在月球、

2、太陽等引力作用下形成的周期性海水漲落現(xiàn)象。潮汐現(xiàn)象伴隨兩種運動形態(tài)：一是漲潮和落潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平運動，即潮流。前者(海水垂直升降)所攜帶的能量(潮汐能)為勢能；而后者所攜帶的能量(潮流能)為動能。可以說，兩者是與潮汐漲落相伴共生的孿生兄弟。對前者，可以采用類似河川水力發(fā)電的方式，筑壩蓄水發(fā)電；而對本文所介紹的潮流能，可以采用類似于海流發(fā)電方式，利用潮流的動能發(fā)電。與常規(guī)能源比擬，潮流能有以下特點：(1) 潮流能是一種可再生的清潔能源。(2) 潮流能的能量密度較低(但遠大于風(fēng)能和太陽能)，但總儲量較大。(3) 與海流能不同，潮流能是一種隨時間、空間而變化的能

3、源，但其變化有規(guī)律可循，并可提前預(yù)測預(yù)報。(4) 潮流能發(fā)電不攔海建壩，且發(fā)電機組通常浸沒在海中，對海洋生物影響較小，也不會對環(huán)境產(chǎn)生三廢污染，不存在常規(guī)水電建設(shè)中頭疼的占用農(nóng)田、移民安置等諸多問題。(5) 與陸地電力建設(shè)相比，潮流能開發(fā)環(huán)境惡劣，一次性投資大，設(shè)備費用高，安裝維護和電力輸送等都存在一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。1.2 潮流能水輪機輸出功率的計算潮流能機組輸出功率的計算公式為：P= 式中P功率，W 海水密度，1025kg/m3 A潮流水輪機轉(zhuǎn)子掃掠面積，m2 V潮流速度，m/s 效率從上述可以看出，潮流能機組的輸出功率很大程度決定于潮流速度。一般來說，潮流速度大于1m/s的海域即有開發(fā)價

4、值。1.3 世界潮流能儲量及分布潮流能主要集中在近海淺水海域，特別是海峽、水道和灣口處。根據(jù)聯(lián)合國科教文組織估計，世界可開發(fā)利用的潮流能總量約為億kW。世界上潮流能儲量豐富的地區(qū)包括中國、英國、日本、韓國、新西蘭和加拿大等地區(qū)。1.3.1 國外潮流能豐富的地區(qū)英國威爾士的Pembrokeshire海域英國威爾士與英格蘭間的賽文河(Severn)新西蘭的Cook海峽新西蘭的Kaipara港口加拿大的芬地(Fundy)灣美國的東河(East River)美國舊金山的金門海峽美國新罕布夏州的Piscataqua河英國Channel 島的Aldemey水道和Swinge水道英國蘇格蘭Islay與Jur

5、a 之間的艾拉(Islay)海峽英國蘇格蘭Caihness島與Orkney島之間的Penlland峽灣美國加州的Humboldt縣美國-墨西哥間的墨西哥灣韓國全羅南道海域日本瀨戶內(nèi)海，特別是來島海峽日本北海島與本島之間的津輕海峽1.3.2 中國潮流能儲量及其分布中國潮流能十分豐富。根據(jù)對130個水道統(tǒng)計，理論平均功率為13948.2MW。按海區(qū)分，以東海沿岸最多，有95個水道，理論平均功率為10958.15MW，占全國總量的78.6%，其次是黃海沿岸(12個水道，2308.38MW)。南海沿岸較少(23個水道，681.99MW)。按省區(qū)分，以浙江省沿岸最多(37個水道，7090.28MW)，占

6、全國一半以上，其次是臺灣、福建、山東和遼寧。中國沿海潮流能密度較高的水道有：杭州灣北部(28.99kW/m2)、舟山金塘水道(25.93 kW/m2)、舟山龜山航道(23.89 kW/m2)、舟山西侯門水道(19.08 kW/m2)、渤海海峽老鐵山北側(cè)(17.41 kW/m2)、福建三都沃三都角西北部(15.1 kW/m2)、山東北隍城北側(cè)(13.69 kW/m2)、長江口北港(10.30 kW/m2)，以及臺灣澎湖列島漁翁島西南(13.69 kW/m2)。特別是舟山群島，許多地方潮流速度到達4m/s以上，世界罕見，開發(fā)環(huán)境和條件很好，適宜建設(shè)大型潮流電站。個人收集整理 勿做商業(yè)用途2 國內(nèi)外

7、潮流能發(fā)電現(xiàn)狀2.1 國外潮流能發(fā)電的研究及開發(fā)人類對潮流現(xiàn)象的觀察、認識由來已久。但是，基于各種原因，直到1970年代，人類才開始研究潮流能的利用問題，近年來才開始重視潮流能發(fā)電的開發(fā)及規(guī)劃建設(shè)問題。美國是世界上最早開展海流發(fā)電研究的國家之一。1973年美國首先提出在佛羅里達海域采用“科里奧利斯巨型海流發(fā)電裝置發(fā)電的案，該方案為一種管道形水輪發(fā)電機，機組長110m，管道口徑170m，裝置布置在水平面以下30m處，當(dāng)海流速度為2.3m/s時，可以發(fā)電83MW；1985年，美國在佛羅里達的墨西哥灣進行了2kW海流水輪機試驗。同年美國UEK公司設(shè)計制造了一臺20kW的發(fā)電裝置，在紐約市東河吊橋上進

8、行了潮流能發(fā)電試驗。2002年，美國綠色能源(Verdant Power)公司啟動了RITE(Roosevelt Island Tidal Energy)工程，工程在紐約東河中進行。該工程分三個階段：2002年2006年為模型測試階段；20062021年為示范驗證階段；20212021年，在東河中安裝30臺水下潮流發(fā)電機組，向電網(wǎng)輸送10MW電力。該工程示范驗證階段已經(jīng)完成。目前，Verdant Power公司又啟動了CORE(Cornwall Ontario River Energy)工程，該工程位于美國-加拿大的安大概湖，方案裝機15MW。2021年4月，愛爾蘭Open Hydro公司與美

9、國華盛頓州簽署潮流能試點工程合同，將安裝3臺Open Hydro公司的空心貫流式潮流能機組，預(yù)計工程在2021年建成發(fā)電。個人收集整理 勿做商業(yè)用途挪威從2003年開始在Kvlsund建設(shè)潮流電站，2021年完成模型機組測試，投入運行。2021年將安裝投運單機1MW的潮流機組。法國2021年完成了Hydrohelix公司3m直徑潮流能水輪機的測試。法國方案建設(shè)36座潮流能發(fā)電站。新加坡對潮流能發(fā)電很重視。新加坡Atlantis Resources公司是世界上著名的潮流能裝置開發(fā)商之一。公司開發(fā)了兩種型號的潮流能機型。Nereus機型用于淺海海域(小于25m)，目前150kW和400kW機組已完

10、成測試，正為挪威開發(fā)1MW機組；Solon機型用于深海海域(大于25m),500kW機組2021年8月完成測試，正開發(fā)2MW機組。加拿大大不列顛哥倫比亞潮汐能能源(BC Tidal Energy)公司與英國MCT公司合作，方案在溫哥華Campbell河建設(shè)至少裝機3臺SeaGen型1.2MW機組的潮流能發(fā)電場；2021年4月，加拿大新斯科帝亞動力(Nova Scotis Power)公司與英國Open Hydro公司簽訂合同，在芬地灣(Fundy)建設(shè)一個1MW的潮流能發(fā)電站。韓國是一個化石能源貧乏的國家。近年來對潮汐能源的開發(fā)不遺余力。除攔壩蓄水建設(shè)大型潮汐電站外，對潮流能發(fā)電也情有獨鐘。2

11、005年，韓國就開始在全羅南道珍島郡(Jindo)的Uldolmok海峽建設(shè)第一座潮流能發(fā)電站，2021年5月，首臺1MW的Gorlov型潮流能機組投入商業(yè)運行，按照規(guī)劃，2021年底前，總共將安裝90臺1MW的Gorlov型潮流能機組，使Uldolmok潮流能發(fā)電場的總裝機容量到達90MW；另外，2021年3月，韓國Midland動力公司與英國月能(Lunar Energy)公司合作，在全羅南道莞島郡(Wando)的Hoenggan建設(shè)一座巨型潮流能發(fā)電場，方案安裝300臺1MW的潮流能發(fā)電裝置。2021年，1MW的樣機已經(jīng)通過測試，整個工程方案于2021年完工。英國是目前世界上潮流能發(fā)電技

12、術(shù)最先進的國家，也是世界上潮流能開發(fā)利用較早、較多的國家。2003年，英國在德文郡的Lynmouth外海投運首臺300kW的SeaFlow型潮流能發(fā)電機組；2021年4月，1.2MW的SeaGen型潮流能發(fā)電機組在北愛爾蘭Strangford湖投入運行，2021年12月,機組滿發(fā)、超發(fā)。該潮流能發(fā)電站將共安裝12臺1.2MW機組，總裝機容量到達12MW。目前，英國正在蘇格蘭和北威爾士建設(shè)大型潮流能發(fā)電場，將安裝1.2MW及1.5MW的SeaGen型機組及其他型式的潮流能發(fā)電機組。2.2 中國潮流能發(fā)電研究中國是世界上最早開展潮流能發(fā)電試驗的國家之一。1958年在大躍進的熱潮中，廣東順德縣水電局

13、在桂畔海水閘進行了潮流能發(fā)電試驗。試驗水輪機轉(zhuǎn)子直徑0.6m，長4.5m，兩臺裝置均可在流速1m/s及以上的潮流下發(fā)電，但發(fā)電功率較低，僅700W左右。同年冬天，山東水利科學(xué)研究所在山東榮城縣斜口灣進行了潮流能發(fā)電試驗，在兩臺相連的船上安裝兩臺水輪機(直徑0.8m，長2.78m)，帶動一臺5kW的發(fā)電機發(fā)電，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，在最大流速0.8-0.9m/s時，輸出電壓也缺乏200V，只能帶動一臺石磨用于糧食加工。1969年，江蘇有關(guān)單位在南京長江大橋下進行了水流發(fā)電試驗，試驗采用3臺5m的螺旋槳式水輪機，當(dāng)水流速度1.3m/s時，水輪機轉(zhuǎn)速為15r/min，水輪機水力效率可達50%左右，水輪

14、發(fā)電機輸出功率可達7kW。圖1 潮流發(fā)電船浙江舟山市的農(nóng)民企業(yè)家何世鈞是我國自費開展潮流能發(fā)電研究的第一人。面對舟山豐富的潮流能資源，何世鈞潛心研究潮流能發(fā)電，1978年，他將兩臺臥式螺旋槳水輪機裝在一只船的船尾，通過油壓傳動帶動發(fā)電機發(fā)電。當(dāng)潮流速度3m/s時，機組輸出功率達5.7kW。1980年代，哈爾濱、青島一些單位進行過千瓦級潮流能發(fā)電船(圖1)的試驗。潮流發(fā)電船利用潮流沖擊安裝在錨定船舶兩側(cè)的水輪機轉(zhuǎn)動發(fā)電。1980年代初，哈爾濱工程大學(xué)等采用漂浮系泊式立軸自調(diào)直葉片擺線式雙轉(zhuǎn)子水輪機方案，開始潮流能發(fā)電研究。1980年代中期完成1kW樣機裝置。接著完成了10kW潮流能實驗電站的設(shè)計

15、研究，最后于2000年建成70kW潮流能實驗電站。2002年4月，中國第一座70kW潮流能實驗電站在浙江舟山市岱山縣龜山水道建成發(fā)電?！笆?20012005)期間，哈爾濱工程大學(xué)在國家“863工程支持下，研制了40kW海底固定式垂直軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)，2006年在岱山縣高亭港內(nèi)試運行。此外，東北師范大學(xué)2021年研制成功1kW水下漂浮式水平軸潮流能發(fā)電裝置；中國海洋大學(xué)和機械科學(xué)研究總院2021年研制成功5kW柔性葉片水輪機潮流能發(fā)電裝置；浙江大學(xué)2021年研制成功25kW固定式水平軸潮流能發(fā)電裝置。此外，從1997年起，意大利阿基米德橋公司聯(lián)合英國愛丁堡大學(xué)和意大利那不勒斯大學(xué)，與中國國家海

16、洋局第二海洋研究所、哈工大和浙江省情報所等單位合作，開展“舟山潮流能開發(fā)技術(shù)可行性研究。合作雙方完成了舟山海域的金塘、西侯門和龜山三個強潮流能水道的潮流資源調(diào)查，并推薦龜山水道為最正確試驗水道；對歐方提出的“KOBOLD豎軸可調(diào)葉片水輪機進行了適應(yīng)舟山潮流能特性的選型研究。目前我國潮流能發(fā)電研究已進入實海況的應(yīng)用示范研究階段?！?50kW潮流能電站關(guān)鍵技術(shù)研究與示范作為我國六大海洋能開發(fā)利用重點工程之一，已納入?國家中長期科學(xué)技術(shù)開展規(guī)劃綱要?(20062021)，正組織實施中3 潮流能利用技術(shù)潮流能發(fā)電技術(shù)是近年來開展迅速的新技術(shù)。潮流能發(fā)電裝置的關(guān)鍵技術(shù)是潮流能獲取裝置。近一、二十年來，人

17、們提出了五花八門的潮流能獲取系統(tǒng)，但大局部為旋轉(zhuǎn)類水輪機。又由于潮流能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電都是利用流體的動能發(fā)電，故許多潮流能獲取裝置的靈感都來源于各種風(fēng)力機，采用了許多類似風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)。目前，潮流能獲取裝置的種類繁多，可以按圖2大致歸類。風(fēng)車式水平軸潮流能水輪機空心貫流式導(dǎo)流罩式直葉片式豎軸潮流能水輪機 螺旋葉片式潮流能獲取裝置導(dǎo)流罩式升力-阻力型潮流能裝置 Savonius式水輪機柔性葉片式水輪機振蕩式水翼潮流能裝置其他形式潮流能裝置圖2 潮流能獲取裝置的分類在圖2所示的各型潮流能獲取裝置中，以水平軸潮流能水輪機應(yīng)用最多，豎軸潮流能水輪機次之。因此，下面重點介紹水平軸和豎軸式潮流能水輪機。3.1

18、 水平軸潮流能水輪機水平軸潮流能水輪機又稱軸流葉輪水輪機，這種水輪機類似于常見大型風(fēng)力機，其水流方向與旋轉(zhuǎn)軸平行，利用水流推動葉輪旋轉(zhuǎn)槳葉發(fā)電。水平軸潮流能水輪機又可按結(jié)構(gòu)分為風(fēng)車式、空心貫流式和導(dǎo)流罩式。3.1.1 風(fēng)車式潮流能水輪機(水下風(fēng)車)風(fēng)車式潮流能水輪機是目前技術(shù)比擬成熟、開展最快的機型。風(fēng)車式潮流能水輪機的工作原理和結(jié)構(gòu)都與現(xiàn)代風(fēng)力機類似，其水輪機翼型葉片可以是固定的，也可以是可調(diào)的。風(fēng)車式潮流能水輪機結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性較好，獲能系數(shù)較高。目前，風(fēng)車式潮流能水輪機已為許多公司所推崇采用，其主要代表有英國洋流水輪機公司(Marine Current Turbines,Ltd.,MCT

19、)、英國SMD公司和美國綠色能源公司(Verdant Power Co.)公司等。英國MCT公司是當(dāng)代潮流能發(fā)電技術(shù)的領(lǐng)航者。該公司于2000年由英國IT動力(IT Power)公司、Seacore公司、Bendalls公司和Corus英國公司共同出資組建而成。而IT動力公司是一家著名英國咨詢公司，該公司從1990年代中期開始研究潮流能發(fā)電。MCT公司成立后，規(guī)劃分三階段開發(fā)風(fēng)車式潮流能水輪機。第一階段代號為“SeaFlow，在英國德文郡的Lynmouth研制一臺300kW潮流能發(fā)電裝置(圖3)，該裝置水輪機轉(zhuǎn)子直徑11m，于2003年5月建成發(fā)電；第二階段的代號為“SeaGen，研制了一臺1

20、.2MW潮流能發(fā)電裝置(圖4、圖5)。2021年5月，世界上首臺商用潮流能發(fā)電裝置1.2MW“SeaGen在北愛爾蘭Strangford湖并網(wǎng)投入運行；第三階段從2021年開始，實現(xiàn)1.2MW“SeaGen水輪機的小批量生產(chǎn)。目前,MCT公司正為北威爾士和加拿大批量生產(chǎn)1.2MW SeaGen的潮流能發(fā)電機；為威爾士Anglesey島潮流電場制造7臺15MW風(fēng)車式潮流發(fā)電機組，首臺機組預(yù)計2021年投運發(fā)電。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí) 圖3 SeaFlow型300kW潮流能發(fā)電裝置 圖4 SeaGen型1.2MW潮流能發(fā)電裝置(水輪機浸沒于海水中)1.2MW“SeaGen機組是目前世界上投

21、入商業(yè)運行的最大潮流能發(fā)電機組。該機組額定功率1.2MW(現(xiàn)已超發(fā))。水輪機轉(zhuǎn)子直徑16m，額定流速2.25m/s，最低工作流速為0.7m/s，設(shè)計獲能系數(shù)0.45，裝置傳動比為69.9，水輪機轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為14.3r/min。潮流發(fā)電裝置的樁柱高40.7m，直徑3.025m，橫梁長29m。整個裝置包括2臺可調(diào)雙葉片式水輪機，分別固定在橫梁的兩端?！癝eaGen水輪機的葉片可180º變距，因此機組在退潮和漲潮時均可發(fā)電。英國潮流(Tidal Stream)公司開發(fā)了一種稱為“Triton的潮流能發(fā)電裝置?！癟riton機組與“SeaGen機組異曲同工。英國潮流能公司已在法國沿海對3m

22、高的原型裝置進行了測試(圖6),預(yù)計全尺寸60m高的“Triton機組可以發(fā)電10MW。圖5SeaGen型1.2MW潮流能發(fā)電裝置(水輪機提升到海面以上) 圖6 正在海下進行測試的“Triton型潮流能發(fā)電裝置德國Voith公司研制的1MW水平軸潮流發(fā)電機組見圖7。此前，該公司曾為韓國研制同型號的300kW機組。圖7 德國Voith公司研制的300kW水平軸潮流能發(fā)電裝置英國SMD Hydrovision設(shè)計的“TidEL風(fēng)車式潮流能水輪機見圖8。單個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)直徑為18.5m，在流速2.3m/s下可以發(fā)電1MW。英國洋流能源公司(Ocean Flow Energy, OFE)在北愛爾蘭Str

23、angford測試了一種稱為Evopod的半潛式潮流能發(fā)電裝置樣機(圖9)。圖8 英國SMD公司的TidEL型1MW水平軸潮流能水輪機 圖9 英國OFE公司的Evopod型潮流能發(fā)電裝置美國綠色能源(Verdant Power)公司在Roosevelt島潮汐工程(RITE)中采用固定式傾角式三葉式風(fēng)車式水輪機(圖10)。水輪機轉(zhuǎn)子直徑5m，額定流速2.2m/s，額定功率35.9kW。機組于2007年投入運行。但因設(shè)計不當(dāng)，運行中葉片斷裂，后采取加強措施，于2021年9月重新投入運行。圖10 美國綠色能源公司的三葉片水平軸潮汐能水輪機挪威Hammerfest Storm公司研制了底座式三葉片水平

24、軸潮汐能水輪機(圖11)。模型機于2003年在挪威Kvalsund安裝，經(jīng)四年運行測試，已正式并網(wǎng)發(fā)電。現(xiàn)正在研制1MW全尺寸樣機HS1000。圖11 挪威Hammerfest Storm公司的水平軸潮流能發(fā)電機 法國Hydrohelix公司于2021年完成了轉(zhuǎn)子直徑3m的水平軸水輪機的測試(圖12)。圖12 法國Hydrohelix公司的水平軸潮流能水輪機3.1.2 空心貫流式潮流能水輪機空心貫流式潮流能水輪機的代表是愛爾蘭Open Hydro公司和加拿大Cleaner Current公司。愛爾蘭Open Hydro公司開發(fā)的空心貫流式(該公司命名為Open-Centre)水輪機如圖13所示

25、。該潮流發(fā)電裝置無軸，由固定的外部環(huán)和內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)盤組成，兩局部上分別布置線圈和永磁鐵，組成一臺永磁發(fā)電機。Open Hydro公司研制的250kW示范樣機已在Orkney島成功并網(wǎng)發(fā)電，目前該公司正研制1520kW雙轉(zhuǎn)子空心貫流式潮流能水輪機，其轉(zhuǎn)子直徑達15m，額定流速2.57m/s。 圖13 愛爾蘭Open Hydro公司250kW“Open Centre型空心貫流式潮流能水輪機加拿大Cleaner Current Power(CCP)公司研制了一臺雙向帶聚流罩的空心貫流式水輪機，如圖14所示。與“Open Centre類似，該水輪機本身構(gòu)成一臺永磁發(fā)電機。水輪機轉(zhuǎn)子直徑3.5m，額定功率

26、65kW。另外，該公司還設(shè)計了一臺1MW空心貫流式水輪饑，其轉(zhuǎn)子直徑17m，額定流速為2.65m/s。圖14 加拿大CCP公司的空心貫流式潮流能水輪機3.1.3 導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機這種水輪機是在水平軸水輪機轉(zhuǎn)子葉輪外面增加一個導(dǎo)流罩。導(dǎo)流罩具有導(dǎo)流、聚能的作用，可以使通過水輪機的水流能量更加集中，獲能效果更高。目前采用導(dǎo)流罩式潮流能水輪機技術(shù)的主要公司有：英國月能(Lunar Energy)公司、美國水下風(fēng)箏(Underwater Electric Kite,UEK)公司和新加坡Atlantis Resources公司等。英國Lunar Energy公司潮流能發(fā)電裝置技術(shù)來源于英國Ro

27、tch公司的RTT(Rotech Tidal Turbine)技術(shù)。該公司設(shè)計的1MW導(dǎo)流罩式潮流能水輪機2007年完成了全尺寸裝置試驗，該裝置如圖15、16所示。導(dǎo)流罩的直徑為15m，長度為19.2m；水輪機轉(zhuǎn)子直徑11.5m。另外，該公司與EON合作，方案在2021年建設(shè)一座8MW的潮流能商業(yè)電站。另外，公司正在開發(fā)2MW導(dǎo)流罩式水輪機，其導(dǎo)流罩的直徑為25m，水輪機轉(zhuǎn)子直徑為19.5m。2021年，Lunar Energy公司與韓國Midland動力公司簽訂協(xié)議，將為韓國全羅南道莞島郡 Hoenggan水道潮流能電場提供300臺1MW(水輪機直徑11.5m)潮流能發(fā)電裝置，工程預(yù)計在20

28、21年完工。圖15英國月能公司的導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機 圖16 英國月能公司的1MW導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機美國UEK公司開發(fā)的導(dǎo)流罩式水輪機，采用葉片固定的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該公司研制了一臺400kW導(dǎo)流罩式水平軸水輪機，其導(dǎo)流罩最大直徑5.18m，水輪機轉(zhuǎn)子直徑4m見圖17。圖17 美國UEK公司的400kW導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機新加坡Atlantis Resources公司開發(fā)了一種深海海域的Solon型潮流能機組(圖18)。它是一種帶導(dǎo)流罩的臥式水平軸潮流能發(fā)電機組，500kW Solon型機已于2021年通過運行測試，現(xiàn)在開發(fā)2MW機組。圖18 新加坡Atlantis Resou

29、rces公司的Solon型導(dǎo)流罩式潮汐能水輪機3.2 豎軸潮流能水輪機豎軸潮流能水輪機又稱橫流葉片式水輪機，其工作原理與達里厄(Darreius)式豎軸風(fēng)力機相似，水流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)軸垂直(橫流)，槳葉有直葉片(與旋轉(zhuǎn)軸平行)和螺旋形葉片兩種。直葉片豎軸潮流能水輪機技術(shù)的代表是加拿大藍能(Blue Energy)公司。圖19為藍能公司的豎軸潮流能發(fā)電裝置的示意圖。從圖中可以看出，位于下部的水輪機的葉片呈圓周分布，與轉(zhuǎn)軸平行，水輪機通過齒輪增速箱與上部發(fā)電機相連。水輪機轉(zhuǎn)子置于一導(dǎo)流罩中。目前，藍能公司豎軸潮流能水輪機的最大單機功率為250kW(圖20)。圖19加拿大藍能公司直葉片豎軸潮流能水輪

30、機示意圖 圖20加拿大藍能公司2×250kW豎軸潮流能水輪機螺旋形葉片豎軸潮流能水輪機的另一個典型機型是美國Gorlov螺旋水輪機(Gorlov Helical Turbine)設(shè)計的螺旋葉片潮流能水輪機(圖21)。Gorlov式透平機是美國波士頓西北大學(xué)開發(fā)的一種機型，它是達里厄(Darreius)式的一種變型。2021年5月，1MW Gorlov式潮流能發(fā)電裝置在韓國全羅南道珍島郡的Uldolmoke潮流能發(fā)電場(圖22) 投入運行。這是世界上投入商業(yè)運行的首臺豎軸潮流能水電機組。按照規(guī)劃，該潮流能發(fā)電場將在2021年前共投產(chǎn)90臺機組，使電站總裝機容量到達90MW。圖21美國G

31、HT公司的Gorlov型螺旋葉片式豎軸潮流能水輪機 圖22韓國全羅南島珍島郡 Uldolmok潮流能發(fā)電站場將裝90臺1MW豎軸式水輪機)英國海王星再生能源(Neptune Resources)公司也是一家著名豎軸潮流能水輪機開發(fā)公司。圖23和圖24為該公司的Proteus型豎軸潮流能水輪機。該裝置主要由轉(zhuǎn)子和導(dǎo)流罩組成。導(dǎo)流罩帶有導(dǎo)葉，可以改變流向，減小反向力矩，提高獲能效率。圖23 英國海王星再生能源公司的Proteus型潮流能裝置 圖24英國海王星再生能源公司Proteus型潮流能裝置的示意圖同水平軸潮流能水輪機一樣，為了提高聚流能力，有的豎軸潮流能水輪機也裝有導(dǎo)流罩，如圖19,23,2

32、4,25所示。圖25 裝有導(dǎo)流罩的豎軸式潮流能水輪機意大利阿基米德橋(Ponte di Archimed, PDA)公司從1996年起開展墨西哥海峽潮流能發(fā)電研究，設(shè)計的KOBOLT也是一種直葉式豎軸潮流能水輪機(圖26,27)。2003年P(guān)DA公司在墨西哥灣投運了世界上首臺120kW的KOBOLT型豎軸式潮流能水輪機，其水輪機直徑6m，高5m。意大利與中國合作開發(fā)的舟山潮流能發(fā)電機組也推薦采用KOBOLT機型。圖26 意大利PDA公司KOBOLT型潮流能水輪機示意圖 圖 27 意大利PDA公司KOBOLT型豎軸潮流能水輪機3.3 其他型式潮流能獲取裝置除上述目前應(yīng)用較多的水平軸潮流能水輪機和

33、豎軸潮流能水輪機外，國內(nèi)外還提出了許多其他型式的潮流能獲取裝置，下面擇其局部簡介如下。3.3.1 振蕩式水翼潮流能裝置圖28為英國工程事務(wù)公司(Engineering Business, EB)設(shè)計的一種振蕩式水翼潮流能裝置“Stingray。翼型水翼通過擺臂連接，當(dāng)水流流過時，升力和阻力使水翼上升，使擺臂上下擺動，驅(qū)動液壓馬達發(fā)電。2003年,一臺150kW振蕩式水翼潮流發(fā)電裝置在蘇格蘭海域進行了測試。圖28 英國EB公司的振蕩式水翼潮流能裝置 圖29為英國脈動發(fā)電(Pulse Generation)公司設(shè)計的振蕩式水翼潮流能裝置。100kW裝置已完成了測試，目前正開發(fā)1MW商用裝置，預(yù)計2021年投產(chǎn)發(fā)電。圖30為澳大利亞生物動力(Bio Power)公司的振蕩式水翼潮流能裝置。圖29 英國脈動發(fā)電公司的振蕩式水翼潮流能裝置 圖30澳大利亞生物動力公司的振蕩式水翼潮流能裝置3.3.2 Savonius型潮流能裝置瑞典海力(Seapower)公司在Savonius風(fēng)力機根底上設(shè)計了一種阻力型潮流能水輪機“EXIM(圖31)。圖32為Savonius葉片