潮流能发电技术(二)
Tidal Current Power Generation(2)

上节介绍了利用潮流前进的动能来推动水轮机发电,采用的是水平轴风力发电机技术,风力机可用的形式基本上都可用于潮汐动能发电,下面介绍两个采用垂直轴风力机技术的例子。

能量转换采用垂直轴风力机风轮结构,是H型垂直轴升力叶轮,由3个叶片组成,见图1。叶轮(水轮)主轴上端连接到直驱永磁发电机,发电机固定在机舱内,机舱也就是船舱,机舱安装在两个浮筒上(图1仅显示右边一个浮筒)。

漂浮式立轴潮流发电机组成

图1 漂浮式立轴潮流发电机组成

图2是该潮流发电机的外观图,发电机安装在两个浮筒之间。潮流发电机是漂浮在海面上,浮筒上的红线就是吃水线,潮流发电机由钢缆(钢链)牵引固定,钢缆另一端连接海底的桩或锚上。发电系统的支撑载体可以是上述的双体船式或趸船形式,也可以是其他结构形式,称之为漂浮式支撑载体。

当海水流动时,安装在支撑载体下方的叶轮被水推动旋转,同时带动上面的发电机发出电能。由于叶轮的转轴是与水面垂直的,故称为竖轴或立轴潮流发电机。

漂浮式立轴潮流发电机外观

图2  漂浮式立轴潮流发电机外观
下面有立轴潮流发电机运转动画

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立轴潮流发电机运转动画
 

下面介绍的是具有扩张导流管的立轴潮流发电机,扩张导流管在风力机中称为扩散器。在扩张导流管内有H型垂直轴升力叶轮,是5叶片叶轮。在叶轮的上下左右被扩张导流管包围。扩张导流管的左右壁由空心舱体组成,见图3。

扩张导流管与风力机中的扩散器工作原理是一样的,通过扩张导流管中部的水流速度会得到明显的提高,可明显增加叶轮的输出功率。

扩张导流管与5叶片水轮

图3 扩张导流管与5叶片水轮

图4是导流管竖轴潮流发电机的组成图,扩张导流管的下面也是钢板组成的空心体,上方的船舱也就是扩张导流管的上壁,直驱永磁发电机安装在船舱内,与下方的叶轮同轴。

扩张导流管立轴潮流发电机组成

图4 扩张导流管立轴潮流发电机组成

把左导流舱安装好,图5是整个扩张导流管立轴潮流发电机的外观图。右导流舱、左导流舱是空心密封舱,与船舱一同构成发电系统的支撑载体,使发电机系统漂浮在海面,图中红线是吃水线,该图没有显示拖牵钢缆。

扩张导流管立轴潮流发电机外观

图5 扩张导流管立轴潮流发电机外观

立轴潮流发电机的叶片是直叶片,有利于采用可变桨距角技术,通过控制桨距角在不同的流速获得较大的功率。 扩张导流管立轴潮流发电机可做成坐底式结构,就是直接固定在海底,可以减小暴风、巨浪的破坏。

以上立轴潮流发电机参考《海洋能源开发》一书,据报道哈尔滨工程大学研制的几台试验样机都取得了成功,新的大型扩张导流管立轴潮流发电站也进入试验运行阶段。

扩张导流管立轴潮流发电机可做成坐底式结构,就是直接固定在海底,可以减小暴风、巨浪的破坏,图6是安装在海底的3台扩张导流管立轴潮流发电机组的示意图。

图6 安装在水底的扩张导流管立轴潮流发电机组

 
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