潮流能發(fā)電及潮流能發(fā)電裝置講訴

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(dòng)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(diǎn)。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)發(fā)展很快。本文從分析潮流能的特點(diǎn)入手，介紹了國內(nèi)外潮 流能發(fā)電的近況，重點(diǎn)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(jī)、豎井潮流能水輪機(jī)、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(jī)潮流能發(fā)電1前言1.1潮流能的特點(diǎn)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)電則是直接利用漲落潮水的水流沖擊葉輪等機(jī)械裝置進(jìn)行發(fā)電。眾所周知，潮汐是海水在

2、月球、 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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(dòng)能?？梢哉f，兩者是與潮汐漲落相伴共生的攣生兄弟。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(dòng)能發(fā)電。與常規(guī)能源比較，潮流能有以下特點(diǎn)：(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(yuǎn)大于風(fēng)能和太陽能)，但總儲(chǔ)量較大。(3)與海流能不同，潮流能是一種隨時(shí)間、空間而變

3、化的能源，但其變化有規(guī)律可循， 并可提前預(yù)測預(yù)報(bào)。(4)潮流能發(fā)電不攔海建壩， 且發(fā)電機(jī)組通常浸沒在海中，對海洋生物影響較小， 也不會(huì)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(fèi)用高，安裝維護(hù)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(jī)輸出功率的計(jì)算潮流能機(jī)組輸出功率的計(jì)算公式為： :：AV3P=2式中 P功率，Wp 海水密度，1025kg/m3A 潮流水輪機(jī)轉(zhuǎn)子掃掠面積，mfV 潮流速度，m/sY 效率從上述可以看出，潮流能機(jī)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

4、大于1m/s的海域即有開發(fā)價(jià)值。1.3 世界潮流能儲(chǔ)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(jì)，世界可開發(fā)利用的潮流能總量約為3億kW世界上潮流能儲(chǔ)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 Aldem

5、ey 水道和 Swinge 水道英國蘇格蘭Islay 與 Jura 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(chǔ)量及其分布中國潮流能十分豐富。 根據(jù)對 130 個(gè)水道統(tǒng)計(jì)， 理論平均功率為13948.2MW。 按海區(qū)分，以東海沿岸最多，有95個(gè)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(gè)水道，2308.38MW)o南海沿岸較少(23個(gè)水道

6、，681.99MW)。按省區(qū)分，以 浙江省沿岸最多(37個(gè)水道，7090.28MW),占全國一半以上，其次是臺(tái)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/m 2) 、舟山金塘水道(25.93kW/m2) 、舟山龜山航道(23.89 kW/m 2) 、舟山西侯門水道(19.08 kW/m 2)、渤海海峽老鐵山北側(cè)(17.41 kW/m 2) 、福建三都沃三都角西北部(15.1 kW/m 2)、山東北隍城北側(cè) (13.69 kW/m 2)、22長江口北港(10.30 kW/m2) ，以及臺(tái)灣澎湖列島漁翁島西南(13.69 kW/m2) 。特別是舟山群島，許多

7、地方潮流速度達(dá)到 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。2 國內(nèi)外潮流能發(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(rèn)識(shí)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(dá)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(jī)， 機(jī)組 長110m,管道口徑170ml裝置布置在水平面以下30m處，當(dāng)海流速度為2.3m/s時(shí)，可以發(fā)電83MW 1985年，美國在佛

8、羅里達(dá)的墨西哥灣進(jìn)行了2kW海流水輪機(jī)試驗(yàn)。同年美國UEK公司設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)20kW 的發(fā)電裝置，在紐約市東河吊橋上進(jìn)行了潮流能發(fā)電試驗(yàn)。2002年，美國綠色能源(Verdant Power) 公司啟動(dòng)了 RITE(Roosevelt Island Tidal Energy) 工程，工程在紐約東河中進(jìn)行。該項(xiàng)目分三個(gè)階段：2002年2006年為模型測試階段；20062008年為示范驗(yàn)證階段；20092012年，在東河中安裝30臺(tái)水下潮流發(fā)電機(jī)組，向電網(wǎng)輸送10MW電力。該項(xiàng)目示范驗(yàn)證階段已經(jīng)完成。目前，Verdant Power 公司又啟動(dòng)了CORE(Cornwall Ontario Rive

9、r Energy) 項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于美國 - 加拿大的安大略湖，計(jì)劃裝 機(jī) 15MW。 2009 年 4月，愛爾蘭Open Hydro 公司與美國華盛頓州簽署潮流能試點(diǎn)項(xiàng)目合同，將安裝 3 臺(tái) Open Hydro 公司的空心貫流式潮流能機(jī)組，預(yù)計(jì)工程在 2011 年建成發(fā)電。挪威從 2003 年開始在 Kvlsund 建設(shè)潮流電站， 2009 年完成模型機(jī)組測試，投入運(yùn)行。2010年將安裝投運(yùn)單機(jī)1MW勺潮流機(jī)組。法國2008年完成了 Hydrohelix公司3m直徑潮流能水輪機(jī)的測試。法國計(jì)劃建設(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

10、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(hào)的潮流能機(jī)型。 Nereus 機(jī)型用于淺海海域(小于 25m)，目前150kWW 400kW機(jī)組已完成測試，正為挪威開發(fā)1MWL組；Solon機(jī)型用于深海海域(大 于25m),500kW機(jī)組2008年8月完成測試，正開發(fā) 2MWJL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MC隹司合作，計(jì)劃在溫哥華 Campbell河建設(shè)至少裝機(jī) 3臺(tái)SeaGen型1.2MW機(jī)組的潮流能發(fā)電場；2009年4 月，加拿大新斯科帝亞動(dòng)力 (Nova Scotis Power) 公司與英國 Open Hydro 公司簽

11、訂合同，在 芬地灣(Fundy)建設(shè)一個(gè)1MW勺潮流能發(fā)電站。韓國是一個(gè)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(dú)鐘。 2005 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，2009年5月，首臺(tái)1MW勺Gorlov型潮流能機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，按照規(guī)劃，2013年底前，總共將安裝 90臺(tái)1MW勺Gorlov型潮流能機(jī)組，使 Uldolmok 潮流能發(fā)電場的總裝機(jī)容量達(dá)到90MW； 另外，2008 年 3 月， 韓國 Midland 動(dòng)力公司與英國月能(Lunar Energy)公司合作

12、，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，計(jì)劃安裝300臺(tái)1MW勺潮流能發(fā)電裝置。2009年，1MW勺樣機(jī)已經(jīng)通過測試，整個(gè)工程計(jì)劃于2015 年完工。英國是目前世界上潮流能發(fā)電技術(shù)最先進(jìn)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(yùn)首臺(tái)300kW的SeaFlow型潮流能發(fā) 電機(jī)組；2008年4月，1.2MW勺SeaGen型潮流能發(fā)電機(jī)組在北愛爾蘭Strangford 湖投入運(yùn)行，2008年12月，機(jī)組滿發(fā)、超發(fā)。該潮流能發(fā)電站將共安裝12臺(tái)1.2MW機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)到12MW/目前，英國正在蘇

13、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勺SeaGen型機(jī)組及其他型式的潮流能發(fā)電機(jī)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(yàn)的國家之一。 1958 年在大躍進(jìn)的熱潮中，廣東順德縣水電局在桂畔海水閘進(jìn)行了潮流能發(fā)電試驗(yàn)。試驗(yàn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑0.6m ，長4.5m ，兩臺(tái)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(jìn)行了潮流能發(fā)電試驗(yàn)， 在兩臺(tái)相連的船上安裝兩臺(tái)水輪機(jī)(直彳至0.8m,長2.78m),帶動(dòng)一臺(tái)5kW的發(fā)電機(jī)發(fā)電，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，在最 大流速0.8-

14、0.9m/s時(shí)，輸出電壓也不足 200V,只能帶動(dòng)一臺(tái)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(jìn)行了水流發(fā)電試驗(yàn)，試驗(yàn)采用3臺(tái)5m的螺旋槳式水輪機(jī)， 當(dāng)水流速度1.3m/s 時(shí)， 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速為 15r/min ， 水輪機(jī)水力效率可達(dá)50%左右，水輪發(fā)電機(jī)輸出功率可達(dá)7kW。發(fā)業(yè)同花水輪機(jī)葉片水檢機(jī)潮流發(fā)電船圖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(fèi)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(tái)臥式螺旋槳水輪機(jī)裝在一只船的船尾，通過油壓傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)潮流速度3m/s時(shí)，機(jī)組輸出功率達(dá)5.7kW。1980年代

15、，哈爾濱、青島一些單位進(jìn)行過千瓦級潮流能發(fā)電船(圖1)的試驗(yàn)。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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī) 方案，開始潮流能發(fā)電研究。1980年代中期完成1kW樣機(jī)裝置。接著完成了 10kW潮流能實(shí)驗(yàn)電站的設(shè)計(jì)研究，最后于2000年建成70kW潮流能實(shí)3電站。2002年4月，中國第一座70kW潮流能實(shí)驗(yàn)電站在浙江舟山市岱山縣龜山水道建成發(fā)電。“十五”(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(yùn)行。此外，

16、東北師范大學(xué) 2008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(jī)械科學(xué)研究總院 2008年研制成功5kW柔性葉片水輪機(jī)潮流能發(fā)電裝置；浙江大 學(xué)2009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)，與中國國家海洋局第二海洋研究所、哈工大和浙江省情報(bào)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(gè)強(qiáng)潮流能 水道的潮流資源調(diào)查，并推薦龜山水道為最佳試驗(yàn)水道；對歐方提出的“KOBOLD豎軸可調(diào)葉片水輪機(jī)進(jìn)行了適應(yīng)舟山潮流能特性的選型研究。目前

17、我國潮流能發(fā)電研究已進(jìn)入實(shí)海況的應(yīng)用示范研究階段。“ 150kW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(diǎn)項(xiàng)目之一，已納入國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(20062020),正組織實(shí)施中3 潮流能利用技術(shù)潮流能發(fā)電技術(shù)是近年來發(fā)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，人們提出了五花八門的潮流能獲取系統(tǒng)，但大部分為旋轉(zhuǎn)類水輪機(jī)。又由于潮流能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電都是利用流體的動(dòng)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(jī)，采用了許多類似風(fēng)力機(jī)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。潮流能獲取裝置水平軸潮流能水輪機(jī)豎軸潮流能水

18、輪機(jī)升力 - 阻力型潮流能裝置風(fēng)車式空心貫流式導(dǎo)流罩式直葉片式螺旋葉片式導(dǎo)流罩式Savonius 式水輪機(jī) 柔性葉片式水輪機(jī)振蕩式水翼潮流能裝置 其他形式潮流能裝置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(jī)應(yīng)用最多， 豎軸潮流能水 輪機(jī)次之。因此，下面重點(diǎn)介紹水平軸和豎軸式潮流能水輪機(jī)。 3.1 水平軸潮流能水輪機(jī)水平軸潮流能水輪機(jī)又稱軸流葉輪水輪機(jī)， 這種水輪機(jī)類似于常見大型風(fēng)力機(jī)， 其水流方向與旋轉(zhuǎn)軸平行， 利用水流推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)槳葉發(fā)電。 水平軸潮流能水輪機(jī)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(jī)（水下風(fēng)車 ）

19、風(fēng)車式潮流能水輪機(jī)是目前技術(shù)比較成熟、 發(fā)展最快的機(jī)型。 風(fēng)車式潮流能水輪機(jī)的工 作原理和結(jié)構(gòu)都與現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)類似，其水輪機(jī)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(jī)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(jī)已為許多公司所推崇采用， 其主要代表有英國洋流水輪機(jī)公 司（Marine Current Turbines,Ltd.,MCT）、英國 SMD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(dòng)力（ITPower） 公司、 Seacore 公司、 Bendalls 公司和

20、 Corus 英國公司共同出資組建而成。而IT 動(dòng)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(jī)。第一階段代號(hào)為“ SeaFlow ”，在英國德 文郡的Lynmouth研制一臺(tái)300kW潮流能發(fā)電裝置（圖3）,該裝置水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑11nl于2003年5月建成發(fā)電；第二階段的代號(hào)為“SeaGen',研制了一臺(tái)1.2MW朝流能發(fā)電裝置（圖 4、圖5）。2008年5月，世界上首臺(tái)商用潮流能發(fā)電裝置一一1.2MW“SeaGen'在北愛爾蘭Strangford 湖并網(wǎng)投入運(yùn)行；第三階段從2009年開始，實(shí)現(xiàn)1

21、.2MW“SeaGen'水輪機(jī)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(jī)；為威爾士 Anglesey島潮流電場制造7臺(tái)15MWI車式潮流發(fā)電機(jī)組，首臺(tái)機(jī)組預(yù)計(jì)2011年投運(yùn)發(fā)電。圖3 SeaFlow型300kW朝流能發(fā)電裝置圖4 SeaGen型1.2MW朝流能發(fā)電裝置（水輪機(jī)浸沒于海水中）1.2MW“SeaGerf機(jī)組是目前世界上投入商業(yè)運(yùn)行的最大潮流能發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組額定功率1.2MW覬已超發(fā)）。水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑16nl額定流速2.25m/s ,最低工作流速為 0.7m/s , 設(shè)計(jì)獲能系數(shù) 0.45 ,裝置傳動(dòng)比為 69.9 ,水

22、輪機(jī)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29nl整個(gè)裝置包括 2臺(tái)可調(diào)雙葉片式水輪機(jī)，分 別固定在橫梁的兩端?！癝eaGerf水輪機(jī)白葉片可180。變距，因此機(jī)組在退潮和漲潮時(shí)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。“Triton ” 機(jī)組與“ SeaGen,機(jī)組異曲同工。英國潮流能公司已在法國沿海對3m高的原型裝置進(jìn)行了測試（圖6）,預(yù)計(jì)全尺寸60m高的“Triton ”機(jī)組可以發(fā)電10MW圖5 SeaGen型1.2MW朝流能發(fā)電裝置（水輪機(jī)提升到海面以上）圖6正在海下進(jìn)行測

23、試的“ Triton ”型潮流能發(fā)電裝置德國Voith公司研制的1MWK平軸潮流發(fā)電機(jī)組見圖 7。此前，該公司曾為韓國研制同 型號(hào)的300kW機(jī)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(jì)的“ TidEL”風(fēng)車式潮流能水輪機(jī)見圖8。單個(gè)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 Strangford 測試了一種稱為Evopod的半潛式潮流能發(fā)電裝置樣機(jī)（圖9）。圖8英國SM必司的TidEL型1MVWK平軸潮流能水輪機(jī)圖9英國OFE公司的Evop

24、od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(jī)（圖10）。水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑 5m,額定流速2.2m/s ,額定功率35.9kW。 機(jī)組于2007年投入運(yùn)行。但因設(shè)計(jì)不當(dāng)，運(yùn)行中葉片斷裂，后采取加強(qiáng)措施，于 2008年9 月重新投入運(yùn)行。圖10美國綠色能源公司的三葉片水平軸潮汐能水輪機(jī)挪威Hammerfest Storm公司研制了底座式三葉片水平軸潮汐能水輪機(jī)（圖11）。模型機(jī)于2003年在挪威Kvalsund安裝，經(jīng)四年運(yùn)行測試，已正式并網(wǎng)發(fā)電?，F(xiàn)正在研制1Mm尺 寸樣機(jī)HS100Q圖11挪威Ha

25、mmerfest Storm 公司的水平軸潮流能發(fā)電機(jī)法國Hydrohelix 公司于2008年完成了轉(zhuǎn)子直徑 3m的水平軸水輪機(jī)的測試（圖12）。圖12法國Hydrohelix 公司的水平軸潮流能水輪機(jī)1.1.2 空心貫流式潮流能水輪機(jī)空心貫流式潮流能水輪機(jī)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(jī)如圖13 所示。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，兩部分上分別布置線圈和永磁鐵，組成一臺(tái)永磁發(fā)電機(jī)。Open Hydro公司研制的250kW示范樣

26、機(jī)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(jī)，其轉(zhuǎn)子直徑達(dá)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(jī)加拿大 Cleaner Current Power（CCP）公司研制了一臺(tái)雙向帶聚流罩的空心貫流式水輪機(jī)，如圖14所示。與“ Open Centre”類似，該水輪機(jī)本身構(gòu)成一臺(tái)永磁發(fā)電機(jī)。水輪機(jī)轉(zhuǎn) 子直徑3.5m,額定功率65kW另外，該公司還設(shè)計(jì)了一臺(tái)1MW強(qiáng)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

27、能水輪機(jī)1.1.3 導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機(jī)這種水輪機(jī)是在水平軸水輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪外面增加一個(gè)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(jī)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(jī)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 Rotch公司的 RTT(Rotech Tidal Turbine) 技術(shù)。該公司設(shè)計(jì)的1MV#流罩式潮流能水輪機(jī) 2007年完成了全尺

28、寸裝置試驗(yàn)，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(jī)轉(zhuǎn)子直徑11.5m。 另外，該公司與 EON作，1t劃在2010年建設(shè)一座8MW勺潮流能商業(yè)電站。另外，公司正 在開發(fā)2MV#流罩式水輪機(jī)，其導(dǎo)流罩的直徑為25nl水輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為 19.5m。2008年，Lunar Energy公司與韓國 Midland動(dòng)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(tái)1MW(K輪機(jī)直徑11.5m)潮流能發(fā)電裝置，工程預(yù)計(jì)在2015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(jī)圖16英國月能公司的1MW導(dǎo)流罩式水平軸潮流能水輪機(jī)美國

29、UEM司開發(fā)的導(dǎo)流罩式水輪機(jī)，采用葉片固定的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該公司研制了一臺(tái)400kW導(dǎo)流罩式水平軸水輪機(jī)，其導(dǎo)流罩最大直徑5.18m,水輪機(jī)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(jī)新加坡Atlantis Resources 公司開發(fā)了一種深海海域的 Solon型潮流能機(jī)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(jī)組，500kW Solon型機(jī)已于2008年通過運(yùn)行測試，現(xiàn)在開發(fā) 2MWL組。圖 18 新加坡 Atlantis Resources公司的Solon型導(dǎo)流罩式潮汐能水輪機(jī)3.2 豎軸潮流能水輪機(jī)豎軸潮流能水輪機(jī)又稱橫流葉片式水

30、輪機(jī)，其工作原理與達(dá)里厄（Darreius）式豎軸風(fēng)力機(jī)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(jī)技術(shù)的代表是加拿大藍(lán)能 司的豎軸潮流能發(fā)電裝置的示意圖。 從圖中可以看出, 與轉(zhuǎn)軸平行，水輪機(jī)通過齒輪增速箱與上部發(fā)電機(jī)相連。（Blue Energy）公司。圖19為藍(lán)能公位于下部的水輪機(jī)的葉片呈圓周分布，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子置于一導(dǎo)流罩中。目前,藍(lán)能公司豎軸潮流能水輪機(jī)的最大單機(jī)功率為250kW（圖20）。圖19加拿大藍(lán)能公司直葉片豎軸潮流能水輪機(jī)示意圖圖20 加拿大藍(lán)能公司2 X 250kW豎軸潮流能水輪機(jī)螺旋形葉片豎軸潮流能水輪機(jī)的

31、另一個(gè)典型機(jī)型是美國Gorlov螺旋水輪機(jī)（GorlovHelical Turbine）設(shè)計(jì)的螺旋葉片潮流能水輪機(jī)（圖21）。Gorlov式透平機(jī)是美國波士頓西北大學(xué)開發(fā)的一種機(jī)型，它是達(dá)里厄（Darreius）式的一種變型。2009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(yùn)行。這2013是世界上投入商業(yè)運(yùn)行的首臺(tái)豎軸潮流能水電機(jī)組。按照規(guī)劃，該潮流能發(fā)電場將在年前共投產(chǎn)90臺(tái)機(jī)組，使電站總裝機(jī)容量達(dá)到90MW圖21美國GHT公司的Gorlov型螺旋葉片式豎軸潮流能水輪機(jī)圖22 韓國全羅南島珍島郡 Uldolmok潮流能發(fā)電

32、站場將裝 90臺(tái)1MW/軸式水輪機(jī)） 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(jī)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(jī)。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(jī)一樣，為了提高聚流能力，有的豎軸潮流能水輪機(jī)也裝有導(dǎo)流罩, 如圖19,23,24,25 所示。圖25裝有導(dǎo)流罩的豎軸式潮流能水輪機(jī)意大利阿基米德橋(Ponte di Archim

33、ed, 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(jì)的 KOBOLT&是一種直葉式豎軸潮流能水輪機(jī)(圖26,27)。2003年P(guān)DA公司在墨西哥灣投運(yùn)了世界上首臺(tái)120kW的KOBOLT1豎軸式潮流能水輪機(jī)，其水輪機(jī)直徑6m，KOBOLTL型。高5ml意大利與中國合作開發(fā)的舟山潮流能發(fā)電機(jī)組也推薦采用圖26意大利PDA公司KOBOLT1潮流能水輪機(jī)示意圖圖27意大利PDA公司KOBOLT1豎軸潮流能水輪機(jī)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(jī)和豎軸潮流能水輪機(jī)外，國內(nèi)外還提出了許多其他型式的潮流能獲取裝置，下面擇其部分簡介如下。3.3.

34、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(jì)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(shí)，升力和阻力使水翼上升，使擺臂上下擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)發(fā)電。2003年，一臺(tái)150kW振蕩式水翼潮流發(fā)電裝置在蘇格蘭海域進(jìn)行了測試。圖28英國EB公司的振蕩式水翼潮流能裝置100kW圖29為英國脈動(dòng)發(fā)電(Pulse Generation)公司設(shè)計(jì)的振蕩式水翼潮流能裝置。裝置已完成了測試，目前正開發(fā)1MW商用裝置，預(yù)計(jì)2012年投產(chǎn)發(fā)電。圖30為澳大利亞生物動(dòng)力(Bio Power)公司的振蕩式水翼潮流能裝置。圖29英國脈動(dòng)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(dòng)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(jī)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種阻力型潮流能水輪機(jī) “