海流发电22分析和总结.docx

海流发电

海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再带动发电机发电。目前，海流发电站通常浮在海面上，用钢索和锚加以固定。这种发电站是由一串螺旋桨组成的，它的两端固定在浮筒上，浮筒里装有发电机。整个电站迎着海流的方向漂浮在海面上，这种发电站之所以用一串螺旋桨组成，主要是因为海流的速度较慢，单位体积内所具有的能量小的缘故。它的发电能力通常较小，一般只能为灯塔和灯船提供电力，至多不过为潜水艇上的蓄电池充电而已。海流能研究开发上英国无疑走在了世界前列。在政府基金的支持下英国已注册了一大批新能源公司并且大多都进入试验验证阶段。

根据发电装置利用水动力的成分,涡轮机分为两种基本类型,即水动力阻力装置和水动力升力装置。另外根据旋转轴的朝向,又可分为垂直轴(阻力和升力装置)和水平轴(升力装置)涡轮机两种。水平轴涡轮机相对于垂直轴涡轮机效率更高,但获取海流动能受流向影响,而垂直轴则不会。因此大多数水平轴需要加装偏转控制机构,这对系统的复杂性和可靠性都是不利的。

驳船式海流发电站是由美国设计的，这种发电站实际上是一艘船，所以叫发电船更合适些。船舷两侧装着巨大的水轮，在海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。这种发电船的发电能力约为5万千瓦，发出的电力通过海底电缆送到岸上。当有狂风巨浪袭击时，它可以驶到附近港口避风，以保证发电设备的安全。

20世纪70年代末期，一种设计新颖的伞式海流发电站诞生了。这种电站也是建在船上的。这是将50个降落伞串在一根长154米的绳子上，用来集聚海流能量。绳子的两端相连，形成一环形，然后，将绳子套在锚泊于海流中的船尾两个轮子上。置于海流中串连起来的50个降落伞由强大的海流推动着。在环形绳子的一侧，海流就像大风那样把伞吹胀撑开，顺着海流方向运动。在环形绳子的另一侧，绳子牵引着伞顶向船运动，伞不张开。于是，拴着降落伞的绳子在海流的作用下周而复始的运动，带动船上两个轮子旋转，连接着轮子的发电机也就跟着转动而发出电来。

流速流向随涨退潮而变化,因此控制系统需要实现叶轮的朝向变化,适应大的流速变化范围,叶轮制动平滑且轻柔,通过调向控制使叶轮在流速超出额定值时遭受的动载荷最小化。控制系统的难点除了实现发电机的启动、停机以及储能、放电等功能外,还需要克服湍

流对系统的影响。湍流意味着发电机系统获取电能时会产生波动,因此控制系统必须允许发电机的转速和扭矩在一定范围内发生变化,这样使电能输出平稳、最大化获取动能,同时减小结构载荷。

叶片翼型流体动力性能的好坏,直接决定了叶片海流能转换效率的高低。随着叶片技术的不断进步,发电机专用翼型将在叶片设计中起着越来越重要的作用,在叶片翼型的改进上也还有很大的发展空间。同时,采用柔性叶片也是一个发展方向,利用新型材料进行设计制造,使其在海流变化时能够改变它们的流体动力型面,从而改变流体动力特性和叶片的受力状况,增加叶片运行的可靠性和对海流的捕获能力。另外,参考风力发电机,在叶端加一小翼,提高发电机的输出功率。

设计中已能有效避免气蚀现象。对于海流发电机这样大扫掠面积的叶轮却还没找到一种合适的方法。气蚀现象对水深非常敏感,因此一部分气蚀问题可以通过增大发电单元的安装水深来避开叶片气蚀水深。另外设计合适的叶片剖面及选择合适的材料同样可以避免空泡系数损失及破坏问题。对于附着物的影响研究表明,附着满海生物的叶片将极大降低海流能捕获的效率。不但影响设备的性能,对结构的破坏也是显著的。通常采用防腐油漆可有效解决

海生物附着影响。

涡轮机周围的高速流使得多长的电缆都不是安全的,海流总会扰动电缆并使其与支撑结构不断的产生摩擦。而电缆的输入输出端及任何接头处都存在漏电可能。因此在未来的海流发电机设计中,需要改进发电机与电缆的连接方式以及远程输电时海底电缆的铺设方式。

海流能的总量巨大,但分布密度却很小。海流发电机单机的发电效率包括流经叶轮水动力的捕获效率、机械传动等系统损失。提高单机发电效率的有效途径是发电机叶片的不断改进,目前进行研究的还有对转双叶轮设计

,结果显示能有效增大发电效率并增强机构的动稳定性。建设海流发电场时,评估单位海洋面积内设置海流涡轮机的最佳数量,以提高海流能利用率,同时避免发电机产生的涡流彼此间交互影响。

因此海流发电机很难真实评估海流发电与其他形式再生能源利用的竞争力，随着海流发电技术日渐成熟并大规模开发,海流发电机的成本则有可能大幅降低。

风速是决定风能的关键性因素一样,海流的测量工作十分关键,目前,我们还没有一个十分好的办法。现有的测流技术仍然是依靠人测为主,但由于大浪大潮对人类活动的影响,只能依据典型潮汐情况的测流和相关的数值模拟技术来分析,使测流工作变得更加困难和不够准确;另一方面,正在尝试建立起连续可靠的测流办法

目前初步的研究结果