潮流能发电技术(一)
Tidal Current Power Generation(1)
在浅海、海峡、海湾或河口一带,涨潮与退潮会引起较强的潮流,水流速度较高,可直接利用潮流前进的动能来推动水轮机发电,方法类似于风力发电机,称之为潮流发电机。风力机可用的形式基本上都可用于潮汐动能发电,比较典型的的是采用与水平轴风力机相似的结构与原理,下面举两个例子介绍一下。
    敞水型水平轴桨叶潮流发电装置
图1是一种潮汐动能发电机示意图,与顺风式风力机工作原理相同,也叫桨叶式潮流发电机。转轮的叶片与风力机类似,由于水的密度约为空气的800多倍,相同功率下的叶片面积与长度可大大缩小,不过潮汐水流速一般没有风速快。叶轮通过增速齿轮箱与发电机连接,一同安装在机舱内,机舱安装在支柱上,可绕支柱旋转,支柱固定在海底,属坐底式安装。水流推动叶轮旋转,并保持叶轮面与水流方向垂直。由于叶轮在敞开的水中旋转,属敞水式结构。

桨叶式潮汐发电机

图1  桨叶式潮流发电机

桨叶式潮流发电机可安装多个组成潮流发电站,图2是六个桨叶式潮流发电机的水下模拟图。

水下的桨叶式潮汐发电机

图2  水下的桨叶式潮流发电机

桨叶式潮流发电机在国外已有成功的产品,比较典型的是英国研制的一种桨叶式潮流发电机,名为“SeaGen”,形似倒置的风车,由一对涡轮组成,每个涡轮直径20米,容量1200千瓦。涡轮安装在柱桩上,柱桩固定在海底。图3是该潮流发电机的图片。

SeaGen桨叶式潮流发电机

图3  SeaGen桨叶式潮流发电机(图片来自网络)

   扩张型涡轮潮流发电装置
还有一种是把叶轮安装在水平扩张导流管内,扩张导流管在风力机中称为扩散器,利用导流管对水流进行加速,可明显提高叶轮的输出功率。叶轮由多个叶片组成,这是一种导流管增速涡轮机结构,或称为导流管增速水轮机,见图4。

导管涡轮式潮汐发电机

图4  导管涡轮式潮流发电机

图中浅蓝色箭头线表示水流走向,水流推动发电机发电,涡轮机采用双向对称结构,反方向水流同样推动发电机发电,适用于潮流发电。

导流管增速涡轮发电机可安装多个组成潮流发电站,图5是五个导管涡轮式潮流发电机水下模拟图。

水下的导管涡轮式潮汐发电机

图5  水下的导管涡轮式潮流发电机

导管涡轮式潮流发电机在国外也有成功的产品,图6是在加拿大已商业化应用的涡轮发电机,机组功率1000千瓦,重400吨。从图中看这是直驱式导管涡轮发电机,直驱发电机的定子安装在导管内壁,发电机转子安装在转轮叶片的外缘。

直驱式导管涡轮发电机

图6  直驱式导管涡轮发电机(图片来自网络)

潮流发电机一般直接固定在海底,可避免台风的破坏,也可采用漂浮式结构。利用潮流前进的动能来推动水轮机发电不用建堤坝与相关设施,投资少,不影响生态环境,但涡轮的面积比起潮流的截面是很微小的,所以对整个潮汐能的利用率非常低,要求潮汐要形成足够的水流速度来保证发电量。

 
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