海洋要素计算与预报小论文.doc

钦州学院潮流能发电技术应用概况学号 0911403106姓名 蓝昭 专业 海洋科学班级 海洋本091班成绩 二O —二年六月潮流能发电技术应用概况蓝昭摘 要：本文介绍了国内外潮流能发电技术的发展功程及原理技术，展示了国内外各类型潮流发电装置，对我 国在这一领域的进展的研究进行概述，发现该领域我的存在的问题并提出警示关键词：海洋能；潮流能；潮流发电技术；发电原理；发电装置潮流能介绍及利用背景海洋能(ocean energy)是海水运动过程中产生的可再生能，主要包括温差能 (temperature-difference energy)潮汐能(tidal energy)> 波浪能(wave energy)x 潮流能(tidal current energy)n 海流能(ocean current energy)n 盐差能潮流能(tidal current energy)其蕴 藏量大，是可再生资源且无污染属于清洁型能源其他海洋能均源自太阳辐射，而潮流能和 潮汐能源自月球、太阳和其他星球引力日前海洋能的利用主要应用于发电，其中潮汐能发 电发展最为迅速而且技术发展也最为成熟，我国也在这方而达到了国际先进水平，而潮流能 发电技术发展较迟，各国现在均正在此方面进行实践。

我国对潮流发电的研究将能有效地应 对区域能源短缺的状况，并可对各海域海岛的开发建设提供电力支持，若技术成熟可并入国 家电网单位实现电力供应的多元化，服务于国家各方面⑴1国外潮流发电简史从上世纪70年代开始，包括英国、美国、挪威、加拿大、澳洲、中国都陆续投入研究 如何利用潮流能量来发电美国最先进行在佛罗里达海域采用海流发电装置发等电的实验， Z后1975年口本对黑潮进行了相关研究，希望能将其巨大的能量加以利用但收效甚微截 至目前为止，以英国拥有相关的研发公司，口开发出的机组模式也最丰富2002年，英国 的一家小公司工程商业公司在英国Yell Sound投放了一种利用水流在翼片上下产牛升力差 而转化能量的设备“Stingray”，在测试过程中“Stingray”的额定功率是150 kWo其中，较著名 开发案包括英国贸易及工业局以850万英镑建设ScaGcn机组，是世界笫一个链接计算机的 海流发电计划，装置容量为1 MWc (百万瓦特)，完成后预计可供应800户使用，并在2006 年3月由厂商承包并进行零件组装测试及安装作业其次，OPENHydro公司在2008年初在 苏格兰的欧洲海洋能中心安装了涡轮发电机，预计可供应整个Eday岛上的120户居民；同 时加拿人Nova Scotia电力公司宣布要在Fundy湾进行洋流发电与电网并联示范计划，并于 2009年4月建设一个1.0x103 kW潮流能示范项目。

2我国潮流能储量和分布我国沿岸潮流能资源蕴藏量据对130个水道统计，理论平均功率为13 948.52 MW按 海区分，以东海沿岸最多，有95个水道，理论平均功率为10 95&15 MW,占全国总量的 7&6%其次，是黄海沿岸(主要在北黄海沿岸)，有12个水道，理论平均功率为2 308.38 MW, 占全国总量的16.5%南海沿岸最少，有23个水道，理论平均功率为681.99 MW,占全国 总量的4.9%按省区分，以浙江省沿岸最多，有37个水道，理论平均功率共7 090.28MW 占全国总量的一半以上其次，台湾、福建、山东和辽宁省沿岸也较多，在1 130.47—2 282.50 MW之间，共计5 871.34 MW,占全国总量的41.9%广西沿岸最少，仅有23.08 MW,其 他省区沿用均较少根据沿海能源密度，理论蕴藏量和开发利用的坏境条件等因索，舟山 海域诸水道开发前景最好,如金塘水道(25.9 kW/n?)、龟山水道(23.9 kW/m2 )>西侯门 水道(19.1 kW/m2 ),其次是渤海海峡和福建的三都澳等,如老铁山水道(17.4 kW/m2 三都澳三都角(15.1 kW/ m2 ) [21o以上海区均冇能量密度高，理论蕴藏量大，开发条件较 好的优点，应优先开发利用。

大型核电基地秦山核电站总装机容量290力kW, “但据初步 统计，舟山仅潮流能就相当于8个秦山核电站浙江人学海洋系副系主任叶瑛教授表示 中国沿岸潮流能资源⑶(MW)分布如表lo表1中国沿岸潮流能资源(MW)分布表省市辽宁山东长江口浙江福建台湾广东广西海南全国装机容 量(MW)11311178305709112812283377232821349493潮流能估算方法3」数值模式ECOMSED海洋环流数值模式是一个模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型, 该模式具有热力学方程完整、拟合水深地形较好、收敛速度快等特点，被广泛地应用于近海 动力科学研究和海洋工程⑷用该模拟方法能很好地了解各海域主要分潮潮波系统的驻波特 性，更好地计算潮流能3.2估算方法Fann方法⑸被广泛采用，其理论假定有多台相同的设备组成一个阵列，一起安装在潮流 通道上，可开发的资源总量等于各台设备开发量的总和对单台涡轮机，平均功率计算式为Edevicem Aswept * 八 total ⑴其中，PQy平均能流密度, 各自的表达式为：A亦卯为涡轮转子扫过的而积，n嗣为总效率PQ/2W (2)p为海水密度,V为潮流速度/4)D为转子直径n tolal =c p 其中，Cp为转子效率，或涡轮机效率，n酗为齿轮传动效率，n妙曲”为发电机效率, 口加“$为电力传输效率。

各种效率的数值依赖于具体设备这样，基于Farm方法的思想，总的可开发潮流能为沖Em泅e" Edevice * 5・P g (5)其中,A讼指潮流能开发海区的表面积，P伽汲为单位(水平)面积海区的涡轮机数日 潮流发电的功率则按以下式⑹求得： P=l/2riSVtkW (6)式中：n 能量变换的综介效率;S 潮流断面,n? ; V 潮流流速,m/So4发电原理技术和装置⑺⑼4.1潮流发电原理及技术潮流发电系统很大程度上借鉴了风力发电的技术原理，其由水伦机、传动装置、控制装 置和电能控制转换装置等纟R成，潮流发电水轮机直接将水的海水潮流流动能转化为机械能带 动发电机，因此潮流的速度越大理论上转换得到的电能量越大，与传统水伦机组相比，潮流 发电水轮机的效率很低，为了提鬲机组效率机组通常带冇一种辅助结构导流罩，导流罩不仅可以提高效率，还可以减少海草等海生物对设备的影响由于水能的密度远大于风能，所以 潮流发电机组的固定装置将承受更大载荷力炬才能保证整个系统的稳定，因此对固定方式冇 -•定要求，在而对复杂的海下环境状况，对防腐防蚀防污染及材料疲劳等技术要求其高4.2发电装置根据国际上现在己使用或止在研发的潮流能发电装置类型，主流的类型分类如农2。

水 平轴潮流能水轮机又被称为轴流式水轮机，类似于大型风力机，利用水流推动旋转桨叶发电 水平轴水轮机是现代应用技术中较为主流的一种竖轴潮流能水轮机又称横流叶片式水轮 机，工作原理与Darreius式竖轴风力机相似，桨叶主要分为直叶式和螺旋式叶片两种形式 竖轴潮流能水轮机最人的特点是在转子转向保持不变的同时，能适应各向来流表2潮流能发电装置类型表潮流能 获取装 置水平轴潮流能 水轮机竖轴潮流 能水轮机升力一阻力型潮流能 装置振荡式水 翼潮流能 潮流能装 置其它潮流能 获取装置风 车 式空 心贝 流 式导 流 罩 式直 叶 片 式旋 转 叶 片 式Savoniu 式 水轮机柔性叶 片水轮 机4.2.1风车式潮流能水轮机风车式水轮机的结构和工作原理与现代风力机相似，被形象地 称为“水下风车”，是目前最为成熟的一种潮流能水轮机，英国的MCT公司是当代潮流能 发电技术的领军者2003年5月，该公司研制了笫一台300 kW水平轴式水轮机“SeaFlow”，利用基桩式固足在海床上，转子氏径11 m,被安装在英国德文郡的Lynmouth 电站2008年5月，该公司研制的世界上首台商用潮流能发电装置一一1.2 MW级 "SeaGen"在北爱尔兰Strangford湖并网投入运行（如图1、2 ）。

其额定流速2.25 m/s,最 低丄作流速为0.7 m/s,设计获能系数0.45,装置传动比为69.9,水轮机转子额定转速为14.3 r/mino英国潮流（TidalStream）公司开发了一种全尺寸60 m称为“Triton”的潮流能发电装置 并己在法国对3 m高的原型装置进行了测试，预计机组可以发电10 MW （如图3）挪威 Hammerfest Strom公司于2003年底在挪威北部的Kvalsund安装了 1台300 kW并网型潮流 能发电原型样机，进行了为期4年的试验运转（如图4）o图I Flow 300 kW发电装置图2 ScaGcn 1.2 MW发电装置图3正在海下测试的Triton型图4 Hammcrfcsl Strom的发电装置422卞心贯流式潮流能水轮机 女尔兰Open Hydro公口］和加旱大Cleaner Current Power (CCP)公4在这领域最成熟oOpen Hydro公4研制的250 kW示范样机(如图5)已在Orkllcy 岛成功并网发电，1=1前该公司正研制1520 kW双转子空心贯流式潮流能水轮机，其转子直 径达15m,额定流速2.57 m/so图6为CCP公司双向带聚流罩的空心贯流式水轮机。

图5 Open Hydro公司250 kW样机图6CCP公司水轮机4.2.3导流罩式潮流能水轮机这种水轮机是在水平轴水轮机转子叶轮外而增加一个导流 罩导流罩具有导流、聚能的作用，可以使通过水轮机的水流能量更加集中，获能效果更高 英国月能(Lunar Energy)公司、美国水卜风筝(Underwater ElectricKite, UEK)公司(其水轮机 功率可达400 kW)和新加坡Atlantis Resources公』在该技术领域都比较先进英国Lunar Energy公司设计的1 MW导流罩式潮流能水轮机2007年完成了全尺寸装置试验，该装置如 图7所示导流罩的直径为15 m,长度为19.2 m;水轮机转子直径11.5 mc2008年Lunar Energy 公司与韩国Midland动力公司签订协议，将为韩国全罗南道莞岛郡Hoenggan水道潮流能电 场提供300台1 MW(水轮机直径11.5 m)潮流能发电装置1HW RTTUNIT Duct DionwterDuct Length ftwbet Turtle OiamtMr 11J Mfdtei图7 Lunar Energy的RTT潮流发电装置4.2.4竖轴潮流能水轮机竖轴潮流能水轮机乂称横流叶片式水轮机，桨叶主要分为直川•式 和螺旋式叶片两种形式，最大的特点是在转子转向保持不变的同时，能适应各向來流。

加拿 大Blue Energy公司是国外较早开展垂直轴潮流能发电装置研究的单位，有其中著名的Davis四叶片垂直轴涡轮机如图8所示美国Gorlov螺旋水伦机（Gorlov Helical Turbine, GHT）公 司设计的螺旋叶片潮流能水轮机（图9）单机容量可达lMWo 2009年5刀，该式潮流能发电 装置在韩国全罗南道珍岛郡的Uldolimoke潮流能发电场投人运行图8 Davis四叶片垂直轴涡轮机图9 Gorlov螺旋水轮机4.2.5 Savoniu式水。