潮流能發(fā)電技術(一)
Tidal Current Power Generation(1)

在淺海、海峽、海灣或河口一帶,漲潮與退潮會引起較強的潮流,水流速度較高,可直接利用潮流前進的動能來推動水輪機發(fā)電,方法類似于風力發(fā)電機,稱之為潮流發(fā)電機。風力機可用的形式基本上都可用于潮汐動能發(fā)電,比較典型的的是采用與水平軸風力機相似的結構與原理,下面舉兩個例子介紹一下。

  ? 敞水型水平軸槳葉潮流發(fā)電裝置

圖1是一種潮汐動能發(fā)電機示意圖,與順風式風力機工作原理相同,也叫槳葉式潮流發(fā)電機。轉輪的葉片與風力機類似,由于水的密度約為空氣的800多倍,相同功率下的葉片面積與長度可大大縮小,不過潮汐水流速一般沒有風速快。葉輪通過增速齒輪箱與發(fā)電機連接,一同安裝在機艙內(nèi),機艙安裝在支柱上,可繞支柱旋轉,支柱固定在海底,屬坐底式安裝。水流推動葉輪旋轉,并保持葉輪面與水流方向垂直。由于葉輪在敞開的水中旋轉,屬敞水式結構。

槳葉式潮汐發(fā)電機

圖1--槳葉式潮流發(fā)電機

槳葉式潮流發(fā)電機可安裝多個組成潮流發(fā)電站,圖2是六個槳葉式潮流發(fā)電機的水下模擬圖。

水下的槳葉式潮汐發(fā)電機

圖2--水下的槳葉式潮流發(fā)電機

槳葉式潮流發(fā)電機在國外已有成功的產(chǎn)品,比較典型的是英國研制的一種槳葉式潮流發(fā)電機,名為“SeaGen”,形似倒置的風車,由一對渦輪組成,每個渦輪直徑20米,容量1200千瓦。渦輪安裝在柱樁上,柱樁固定在海底。圖3是該潮流發(fā)電機的圖片。

SeaGen槳葉式潮流發(fā)電機

圖3--SeaGen槳葉式潮流發(fā)電機(圖片來自網(wǎng)絡)
 ? 擴張型渦輪潮流發(fā)電裝置

還有一種是把葉輪安裝在水平擴張導流管內(nèi),擴張導流管在風力機中稱為擴散器,利用導流管對水流進行加速,可明顯提高葉輪的輸出功率。葉輪由多個葉片組成,這是一種導流管增速渦輪機結構,或稱為導流管增速水輪機,見圖4。

導管渦輪式潮汐發(fā)電機

圖4--導管渦輪式潮流發(fā)電機

圖中淺藍色箭頭線表示水流走向,水流推動發(fā)電機發(fā)電,渦輪機采用雙向對稱結構,反方向水流同樣推動發(fā)電機發(fā)電,適用于潮流發(fā)電。

導流管增速渦輪發(fā)電機可安裝多個組成潮流發(fā)電站,圖5是五個導管渦輪式潮流發(fā)電機水下模擬圖。

水下的導管渦輪式潮汐發(fā)電機

圖5--水下的導管渦輪式潮流發(fā)電機

導管渦輪式潮流發(fā)電機在國外也有成功的產(chǎn)品,圖6是在加拿大已商業(yè)化應用的渦輪發(fā)電機,機組功率1000千瓦,重400噸。從圖中看這是直驅式導管渦輪發(fā)電機,直驅發(fā)電機的定子安裝在導管內(nèi)壁,發(fā)電機轉子安裝在轉輪葉片的外緣。

直驅式導管渦輪發(fā)電機

圖6--直驅式導管渦輪發(fā)電機(圖片來自網(wǎng)絡)

潮流發(fā)電機一般直接固定在海底,可避免臺風的破壞,也可采用漂浮式結構。利用潮流前進的動能來推動水輪機發(fā)電不用建堤壩與相關設施,投資少,不影響生態(tài)環(huán)境,但渦輪的面積比起潮流的截面是很微小的,所以對整個潮汐能的利用率非常低,要求潮汐要形成足夠的水流速度來保證發(fā)電量。

 
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