國外潮流能研究的最新進展2009-1-13匯總

1、國內(nèi)外潮流能研究報告-17 -國內(nèi)外潮流能研究的最新進展、海洋潮流能國內(nèi)開發(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的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導致的有規(guī)律的海水流動所產(chǎn)生的能量，是另一種以動能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。海流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風力發(fā)電相似。全世界海流能的理論估算值約為108kW量級。利用中國沿海130個水道、航門的各種觀測及分析資料，計算統(tǒng)計獲得中國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、好的開發(fā)值。特別是浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度在20kW/m2以上，開發(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，有的已列入開發(fā)利用計劃,但人們對海洋能的開發(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；波浪能也在此量級上；而海洋熱能至少要比此大兩個數(shù)量級。但是這些能量分散在廣闊的地理區(qū)域，因此實際上它們的能流密度相當?shù)?，而且這些資源中的大部分均蘊藏在遠離用電中心區(qū)的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發(fā)利用。全球

3、海洋能的可再生量很大。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織1981年出版物的估計數(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現(xiàn)把上述全部能量取出，設想只能利用較強的海流、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卡諾效率的限制。 因此,估計技術上允許利用功率為 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（估計數(shù)字）。3、我國的海洋能我國海洋能開發(fā)已有近 40年的歷史，迄今建成的潮汐電站8座，80年代以來浙江、福建等地

4、對若干個大中型潮汐電站，進行了考察、勘測和規(guī)化設計、可行性研究等大量的前期小型潮汐發(fā)電技術基準備工作。總之，我國的海洋發(fā)電技術已有較好的基礎和豐富的經(jīng)驗,本成熟，已具備開發(fā)中型潮汐電站的技術條件。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)電機組尚未定型標準化。這些均是我國潮汐能開發(fā)現(xiàn)存的問題。其中關鍵問題是中型潮汐電站水輪發(fā)電機組 技術問題沒有完全解決，電站造價亟待降低。我國波力發(fā)電技術研究始于 70年代，80年代以來獲得較快發(fā)展，航標燈浮用微型潮汐發(fā)電裝置已趨商品化， 現(xiàn)已生產(chǎn)數(shù)百臺，在沿海海域航標和大型燈船上推廣應用。與日本合作

5、研制的后彎管型浮標發(fā)電裝置，已向國外出口，該技術屬國際領先水平。 在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一臺裝機容量3kW的裝置，1990年已試發(fā)電成功。“八五”科技攻關項目總裝機容量20kW的岸式波力試驗電站和 8kW擺式波力試驗電站，均已試建成功?？傊覈Πl(fā)電雖起步較晚，但發(fā)展很快。微型波力發(fā)電技術已經(jīng)成熟，小型岸式波力發(fā)電技術已進入世界先進行列。但我國波浪能開發(fā)的規(guī)模遠小于挪威和英國，小型 波浪發(fā)電距實用化尚有一定的距離。70年代末，首先在潮流發(fā)電研究國際上開始于70年代中期，主要有美國、日本和英國等進行潮流發(fā)電試驗研究，至今尚未見有關發(fā)電實體裝置的報導。我國潮流發(fā)電研究始

6、于舟山海域進行了 8kW潮流發(fā)電機組原理性試驗。80年代一直進行立軸自調(diào)直葉水輪機潮流發(fā)電裝置試驗研究，目前正在采用此原理進行70kW潮流試驗電站的研究工作。在舟山海域的站址已經(jīng)選定。 我國已經(jīng)開始研建實體電站,在國際上居領先地位， 但尚有一系列技術問題有待解決。二、海洋潮流能國外開發(fā)現(xiàn)狀1國外海洋潮流能開發(fā)技術化石能源沒有節(jié)制的消耗造成環(huán)境日益惡化:CO2的含量是50萬年以來的最高值，近150年CO2含量增長量超過過去 2萬年的增長量；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量有限，不遠的將來就會枯竭。能源的嚴峻形勢和巨大壓力迫使各國紛紛將目光投向可再生能源的開發(fā)利用

7、工作。廣闊的海洋中蘊藏著大量未開始利用的潮汐能、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量為766億千瓦，其開發(fā)利用是解決未來人類能源問題的一個重要途徑,源的開發(fā)利用大勢所趨。其中海洋潮流能由于資源儲量豐富（據(jù)聯(lián)合國科教文衛(wèi)組織估計，全球蘊藏的可開發(fā)利用的潮流能總量達 3億千瓦）、能量更加集中（能量密度約是風能的4倍，太陽能的30 倍） 載荷穩(wěn)定可預測性強（如表 1所示），成為目前國際上最為關注的海洋可再生能源形式，英國、美國、加拿大等西方國家從政府到科研機構、企業(yè)都表現(xiàn)出極大的興趣，投入大量的財 政經(jīng)費給予重點、優(yōu)先支持。SoUrCSPWJn

8、dWAVSTWfll Curr«niDevelopnwnt statusErlyCommefcialConnmefCiaFP&CvnnneP 時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比2.國外海洋潮流能應用現(xiàn)狀在陸地礦物燃料日趨枯竭和污染已趨嚴

10、重，世界上一些主要的海洋國家紛紛把目光轉向海洋，加大投入，促進和加快了人類開發(fā)利用海洋的步伐，摸清資源狀況，制定發(fā)展計劃， 組織科技項目到實用技術的試驗，均投入了大量的人力物力。國際上潮流發(fā)電源于 1976-1984年蘇丹尼羅河上灌溉用河流渦輪機。經(jīng)過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，人們開始大范圍開發(fā)潮流能。目前 歐美等西方國家雖然沒有用于商業(yè)化發(fā)電的潮流能開發(fā)利用裝置，基于全面對海洋潮流能開發(fā)利用前景、開發(fā)選址、經(jīng)濟技術分析和環(huán)境評估基礎上，已經(jīng)提出了各種形式的海洋潮流能開發(fā)利用裝置，進行比例模型試驗或?qū)嵆吣Ｐ驮囼灐Ｈ缬鴱?0年代以來，制定了強調(diào)能源多元化的能

11、源政策，鼓勵發(fā)展包括海洋能在內(nèi) 的多種可再生能源。1992年聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會后，為實現(xiàn)對資源和環(huán)境的保護，又進一步加 強了對海洋能源的開發(fā)利用，把波浪發(fā)電研究放在新能源開發(fā)的首位，曾因投資多，技術領2萬kW的固定式波力電站。在潮汐能開先而著稱。決定在蘇格蘭西海岸興建一座裝機容量發(fā)利用方面也進行了大規(guī)模的可行性研究和前期開發(fā)研究，并計劃在1997年在塞汶河口建造一座裝機容量為 8.640MW年發(fā)電量約為170億kWh的潮汐電站，英國已具有建造各種規(guī) 模的潮汐電站的技術力量，并認為是極有潛力的世界市場。日本在海洋能開發(fā)利用方面十分活躍，成立了海洋能轉移委員會， 僅從事波浪能技術研究的科技單位就有日本

12、海洋科學技術中心等10多個，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)和換熱器技術上領先于美國，取得了舉世矚目的成就。美國把促進可再生能源的發(fā)展作為國家能源政策的基石，由政府加大投入，制定各種優(yōu)惠政策，經(jīng)長期發(fā)展，成為世界上開發(fā)利用可再生能源最多的國家，其中尤為重視海洋發(fā)電技術的研究，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用意義的電力。法國早在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，裝機容量 24萬kW年發(fā)電量5億kWH的朗斯潮汐電站。1994年還計劃用5印度

13、面對能源供應不足，電力短缺的困境，在海洋能等可再生能源開發(fā)利用上加大投入, 從減免所得稅和關稅，建立專門貸款機構，吸引外資以及加快折舊等多方面實施優(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發(fā)利用的先進行列， 億美元在泰米爾納德邦近海引入美國技術，建立一座10萬kW的海洋溫差發(fā)電裝置。印尼在挪威的幫助下， 從1988年開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，實現(xiàn)聯(lián)站并網(wǎng)的發(fā)電計劃。以下是各個國家海洋潮流能開發(fā)裝置1、英國的MCT Ltd，開發(fā)的裝置名稱是 Seaflow/Seagen,其基本特征是水平軸、單立柱水輪機、Seaflow 300kW 單

14、轉子模型于 2003年5月進行了試驗，1.2MW雙轉子的SeaGen,已于2008年3月31日開始海上安裝施工。 MCT Ltd是世界領先的開發(fā)潮流能大型發(fā)電設備的公司，該設備很像被水淹沒的風車，“ SeaGen的雙軸流式轉子長度為 15米至20米，可根據(jù)當?shù)貤l件來設定，這是世界上第一個用于商業(yè)操作的潮汐渦輪機，如下圖所示:HP -二 " - A r - :-一匸衛(wèi)2、英國的Rotech/Lunar Energy公司，開發(fā)的裝置名稱是 Rotech Tidal Turbine，其基本特征是水平軸水輪機，兩端加聚流裝置;40米，利08年在奧克尼郡安裝1MW水輪機；將參與預計投資 5億英

15、鎊的韓國潮流能項目。該設備利用三條腿將自身固定在水底，深度可以超過用洋流進入內(nèi)河碼頭將其能量轉換成電能,設計獨特，結構簡單，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、美國的 UEK System 公司，設備名稱是 Underwater Electric Kite，其特點是

16、：兩個水平軸帶聚流裝置轉子，120kW，固定于錨泊的筏子上，為河流中的單向流動設計（不適合于雙向往復流動）.早期原型在切薩皮克灣進行測試，如下圖:f- V4、新加坡 Atlantis Resources Co.公司，設備名稱是 Nereus? & Solon?，其特點是 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進行了 150kW Nereus? I水輪機的安裝、并網(wǎng)運行，400kW Nereus? II拖曳試驗于 08年7月完成；Solon?聚流管水平軸，適用深水（25m），500kW機型拖曳試驗于08年8月完成；A

17、tlantis計劃09年試驗1MW和2MW水輪機，2012開始安裝商業(yè)化陣列式機群。Nereus? & Solon? 具有可擴展性，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，與近海風能發(fā)電一樣，可直2008年5月在澳大利亞圣雷莫,接與當?shù)仉娋W(wǎng)相連，其功率完全可以滿足工業(yè)負荷的要求,150kW的Nereus?渦輪機完成調(diào)試與安裝，并成功并入電網(wǎng)。2008年8月Solon?號成為世界上最大的進行拖曳測試的水平軸渦輪機。5、美國的Verdant Power公司，開發(fā)設備名稱是Various，其特點是已在一個錨泊筏上

18、進行16kW模型試驗。其商業(yè)化項目為08年底開始將目前紐約East River的6臺水輪機（計200kW）拓展為300臺。該項目從2002年開始經(jīng)過了三個階段，2006年12月，VerdantPower開發(fā)的Various成為世界上第一個與電力網(wǎng)相連的潮汐渦輪發(fā)電機，其相對優(yōu)勢為：總功率為50MW，連續(xù)運行時間大于 7000小時，充分利用雙向潮流，這些都是世界領先的技術。在 2008年9月，新一代的雙轉子渦輪來代替單轉子，完成了設備的更新?lián)Q代。F -6、英國的IHC En gi neeri ng Bus in ess Ltd公司，設備名稱是Sti ngray,其特點是裝機容量150kW的實尺原

19、型在Shetland進行過兩次短期試驗。與以往的發(fā)電原理不同，該設備不是將潮流能轉換成渦輪轉動的動能，而是將一個類似飛機機翼的手臂把潮流能通過液壓缸的壓縮與釋放使之產(chǎn)生高壓沒來驅(qū)動發(fā)電機工作。 7、法國的Hydrohelix Energies公司，設備名稱是 HXE，其特點是：海底排成一排直徑為3米的小型聚流水平軸水輪機，5個200kW水輪機組成一個1MW系統(tǒng)。該項目已于2005年12月啟動，但由于一直沒有相應的資金，2008年初進行了長達數(shù)月之久的測試活動。如下圖:a8、加拿大潮流發(fā)電研究機構：Blue Energy正在商業(yè)化運作能夠?qū)⒊绷髂苻D換成電能的Davis水輪機。憑借其在宇航領域先進

20、的技術能力，Blue Energy正在引領世界范圍內(nèi)無數(shù)濱海城市或組織的無污染、 可更新電能供給潮流。Blue Engergy水輪機是一個高效率的垂直軸水下風車。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/小時的海流能相當于390km/hr的風能。經(jīng)過加拿大2 0多年的研究，設計出了一種由4個剛性葉片組成的垂直軸水輪機如下圖: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，將多個水輪機串連起來放置在海流速度大或者河道入口處,效果圖如下:宀Pm9、英國的 Ocean Flow Energy Limited，設備名稱是 道進行了第一次試驗，采用、-C >Evopod , 2008 年 6 月，在 Strangford 水1/10比例模型。該設備是英國于2007年海洋能研究機構提出建立，下圖是按1:10比例進行試驗晶.<7豈一CF

22、D計算，2008開始制作、布置；Stage V:計劃從2009 安裝十臺并網(wǎng)Neptune Proteus裝置，年發(fā)電量可達 1/10,1/40,1/100不同比例進行了測試，這些數(shù)據(jù)顯示4-實物模型£應+護"S簡單的CFD模擬工作原理圖而對Evopod的測試則是在紐卡斯爾大學的組合式波浪水流槽進行的，不同的是采用1:40的比例對水輪機的工作效率及浮體平臺的穩(wěn)定性進行測試。10、英國的 Neptune Ren ewable En ergy，設備名稱是：Nep tu ne P roteus Mark，設備特點為：豎軸、聚流裝置，設計為 6miX6m轉子安裝于對稱聚流裝置內(nèi)。Stage I: 2006年9月在赫爾大學水槽內(nèi)進行了 1