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1、潮流能發(fā)電裝置分類
潮流能發(fā)電裝置近年來發(fā)展迅速，裝置的關鍵技術是潮流能獲取裝置。近一、二十年來,人們提出了五花八門的潮流能獲取系統(tǒng),但大部分為旋轉類水輪機。又由于潮流能發(fā)電和風力發(fā)電都是利用流體的動能發(fā)電,故許多潮流能獲取裝置的靈感都來源于各種風力機,采用了許多類似風力機的結構。目前,世界上主要潮流能獲取裝置如圖1-1。
圖1-1 潮流能獲取裝置的分類
在圖1-1所示的各型潮流能獲取裝置中,以水平軸潮流能水輪機應用最多,豎軸潮流能水輪機次之。
（1）水平軸潮流能水輪機
水平軸潮流能水輪機又稱軸流葉輪水輪機,這種水輪機類似于常見大型風力機,其水流方向與旋轉軸平行,利用水流推動葉輪旋轉槳葉發(fā)電。水平軸潮流能水輪機又可按結構分為風車式、空心貫流式和導流罩式。
a．風車式潮流能水輪機（水下風車）
風車式潮流能水輪機是目前技術比較成熟、發(fā)展最快的機型。風車式潮流能水輪機的工作原理和結構都與現(xiàn)代風力機類似,其水輪機翼型葉片可以是固定的,也可以是可調的。
風車式潮流能水輪機結構簡單,穩(wěn)定性較好,獲能系數(shù)較高。
目前,風車式潮流能水輪機已為許多公司所推崇采用,其主要代表公司有英國洋流水輪機公司（Marine current Turbines,Ltd,MCT）、英國的SMD公司、美國綠色能源公司公司（Veraant power Co.）和福伊特水電潮汐（Voith Hydro Tidal）公司等。
英國 MCT公司 SenFlow型300kW潮流能裝置 SMD公司的TidEL型1MW潮流能水輪機
b．空心貫流式潮流能水輪機
空心貫流式潮流能水輪機的代表公司是愛爾蘭公司Open Hydro和加拿大Cleaner Current Power公司。
C．導流罩式水平軸潮流能水輪機
這種水輪機是在水平軸水輪機轉子葉輪外面增加一個導流罩。導流罩具有導流、聚能的作用，可以使通過水輪機的水流能量更加集中，獲能效果更高。
目前采用導流罩式潮流能水輪機技術的主要公司有：英國月能（Lunar Energy）公司、美國水下風箏（Underwater Electric Kite，UEK）公司和新加坡Atlantis Resourse公司等。
（2）豎軸潮流能水輪機
豎軸潮流能水輪機又稱橫流葉片式水輪機，其工作原理與達里厄式豎軸風力機相似，水流方向與葉輪旋轉軸垂直撇流，槳葉有直葉片與旋轉軸平行和螺旋形葉片兩種。
（3）振蕩式水翼潮流能裝置
振蕩式水翼潮流能裝置通過把翼型水翼與擺臂連接，當水流流過時，升力和阻力使水翼上升，使擺臂上下擺動，驅動液壓馬達發(fā)電。
2.典型潮流能電站
（1）英國的SeaFlow和SeaGen潮流能電站
英國是目前世界上潮流能發(fā)電技術最先進的國家，也是世界上潮流能開發(fā)較早、較多的國家。2003年，英國在德文郡的lynmouth外海投運首臺300kW的SeaFlow型潮流能發(fā)電機組；2008年4月，1.2MW SeaFlow型潮流能發(fā)電機組在北愛爾蘭Strangford湖投入運行，2008年12月，機組滿發(fā)、超發(fā)。Strangford潮流能發(fā)電站還將安裝10臺1.2MW機組，總裝機容量達到12MW。目前，英國正在蘇格蘭和北威爾士建設大型潮流能發(fā)電場，將安裝1.2MW及1.5MW的SeaFlow型機組及其他型式的潮流能發(fā)電機組。
1.2MW的SeanGen是目前世界上投入商業(yè)運行最大潮流能發(fā)電機組，參數(shù)如下：
額定功率：1.2MW（設計功率系數(shù)0.45）
額定流速：2.25m/s；最低工作流速：0.7m/s
水輪機直徑：16m
180°變角
MTC公司
（2）韓國潮流能電站
韓國是一個化石能源貧乏的國家。近年來對潮汐能源的開發(fā)不遺余力。除攔壩蓄水建設大型潮汐電站外,對潮流能發(fā)電也情有獨鐘。
2005年，韓國在全羅南道珍島郡（Jindo）的Uldolmok海峽建設第一座潮流能發(fā)電場，2009年5月，首臺1MW的Gorlov型潮流能機組投入商業(yè)運行，按照規(guī)劃，2013年底前，該潮流發(fā)電場將總共安裝90臺1MW的潮流能機組，使ldolmok潮流能發(fā)電場的總裝機容量達到90MW。
韓國全羅南道莞島郡（Wandon）正在建設兩座巨型潮流能發(fā)電場，一座是韓國Midland動力公司與英國月能（Lunar Energy）公司合作建設的位于Hoenggan的潮流能發(fā)電場，計劃安裝300臺1MW潮流能發(fā)電裝置。2009年，1MW的樣機已通過測試，整個工程計劃于2015年完工。潮流能發(fā)電機組參數(shù)如下：
額定功率：1MW
水輪機直徑：11.5m
韓國全羅南道莞島郡（Wandon）另一座潮流能發(fā)電場稱為“海龜”發(fā)電場，由位于韓國的Voith Hydro Tidal公司提供設備。裝置為水下風車式，單臺水輪機功率為1MW，安裝在橋型結構上，橋型結構的橫梁可以轉動，使水輪機在漲潮和退潮時均可朝向水流方向。發(fā)電場總裝機容量達600MW，計劃2018年完工。
（3）美國RITE潮流能電站
2002年，美國綠色能源（Verdant Power）公司啟動了RITE工程，工程在紐約東河中進行。該項目分三個階段：2002年—2006年為模型測試階段；2006—2008年為示范驗證階段；2009年—2012年, 在東河中安裝30臺水下潮流發(fā)電機組，向電網(wǎng)輸送電力。該項目示范驗證階段已經(jīng)完成。潮流能發(fā)電裝置參數(shù)如下：
額定功率：35.9kW
額定流速：2.2m/s
水輪機轉子直徑：5m
美國綠色能源公司的35.9kW三葉片水平軸潮汐能水輪機
目前，Verdant Power公司又啟動了CORE項目，該項目位于美國—加拿大的安大略湖，計劃裝機15MW。
（4）新加坡潮流能裝置
以新加坡為基地的Atlantis Resources公司是世界上著名的潮流能裝置開發(fā)商之一。公司開發(fā)了兩種型號的潮流能機型。Nereus機型用于淺海海域(小于25m)，目前已完成150kW和400kW機組的測試，正在挪威開發(fā)1MW機組；Solon機型用于深海海域（大于25m），500kW機組于2008年8月完成測試，正開發(fā)2MW機組。
3、我國潮流能技術發(fā)展
（1）全國潮流能技術發(fā)展
1958年在大躍進的熱潮中，廣東順德縣水電局在桂畔海水閘進行了潮流能發(fā)電試驗。同年冬天，山東水利科學研究所在山東榮城縣斜口灣進行了潮流能發(fā)電試驗，在兩臺相連的船上安裝兩臺水輪機（直徑0.8m，長2.78m）。1969年，江蘇在南京長江大橋下進行了水流發(fā)電試驗，采用3臺直徑為5m的螺旋槳式水輪機。舟山農民企業(yè)家何世鈞潛心研究潮流能發(fā)電，1978年，將兩臺臥式螺旋槳水輪機裝在一只船的船尾，通過油壓傳動帶動發(fā)電機發(fā)電。
1980年代初，哈爾濱工程大學等采用漂浮系泊式立軸自調直葉片擺線式雙轉子水輪機方案，開始潮流能發(fā)電研究。1980年代中期完成1kW樣機裝置。接著完成了10kW潮流能實驗電站的設計研究。2002年4月，中國第一座潮流能實驗電站在舟山市岱山縣龜山水道建成發(fā)電。“十五”期間，哈爾濱工程大學在國家“863工程”支持下，研制了40kW海底固定式豎軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)，2006年在岱山縣高亭港內試運行。東北師范大學2008年研制成功1kW水下漂浮式水平軸潮流能發(fā)電裝置；中國海洋大學和機械科學研究總院2008年研制成功5kW柔性葉片水輪機潮流能發(fā)電裝置；浙江大學2009年研制成功25kW固定式水平軸潮流能發(fā)電裝置。意大利阿基米德橋公司聯(lián)合英國愛丁堡大學和意大利那不勒斯大學，與中國國家海洋局第二海洋研究所、哈工大和浙江省情報所等單位合作，開展“舟山潮流能開發(fā)技術可行性研究”，完成了舟山海域的金塘、西侯門和龜山三個強潮流能水道的潮流資源調查，并推薦龜山水道為最佳試驗水道；對歐方提出的“KOBOLD”豎軸可調葉片水輪機進行了適應舟山潮流能特性的選型研究。
目前我國潮流能發(fā)電研究已進入實海況的應用示范研究階段。“150kW潮流能電站關鍵技術研究與示范”作為我國六大海洋能開發(fā)利用重點項目之一，已納入《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006—2020）。
（2）岱山縣潮流能試驗電站
岱山的潮流能開發(fā)走在全國前列。
1996年，岱山縣開始參與潮流能發(fā)電研究開發(fā)，與哈爾濱工程大學合作進行“70kW潮流實驗電站”項目。該電站是一座海上潮流能轉換裝置，建于岱山縣龜山水道，并列入國家“九五”重點科技攻關項目，于2002年建成。
2003年，岱山縣又會同哈爾濱工程大學申報了后續(xù)項目“潮流發(fā)電試驗電站的實用化”，該項目總投資180萬元，設計功率40kW，被列入國家“863”計劃。據(jù)介紹，該項目建于岱山縣高亭仙洲公園與對港山之間水道，通過研究將海洋潮流能高效地轉換為電能，研建可長期自動運行的示范性導流型潮流獨立發(fā)電系統(tǒng)。該項目在原“70kW潮流實驗電站”成果的基礎上進行技術改良和開發(fā)研究，提高了發(fā)電機組效率和可靠性。經(jīng)過兩年多努力，該項目順利通過鑒定，并受到專家一致好評。
岱山的潮流能發(fā)電項目引起了聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織的關注，打算在岱山再建造一個功率約120～150kW的潮流能電站，進一步開發(fā)潮流能資源。2006年，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織意向性地提出將在中國實施潮流發(fā)電項目。得知這一消息后，岱山縣會同哈爾濱工程大學等單位，派員參加在廣州召開的該項目合作洽談會，并達成初步意向。2006年3月，岱山縣科技局對岱山海域的潮流能分布進行調查，在主要流速較急的地方觀測調查。經(jīng)過近8個月的調查論證，確定龜山水道最適合建設潮流發(fā)電站。2006年11月，由聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織牽頭，中國與意大利在羅馬簽訂了開發(fā)潮流能發(fā)電項目的合作協(xié)議，開發(fā)120kW潮流能發(fā)電站，預算投資約400萬元。2010年10月15日，“150千瓦潮流能關鍵電站技術研究示范”項目開工儀式在高亭船廠舉行。該項目為國家科技支撐計劃項目，由哈爾濱工程大學、山東電力咨詢有限公司、國家海洋技術中心、哈電發(fā)電設備國家工程研究中心有限公司、岱山縣高亭船廠共同承擔，總投資1118萬元。該項目的開工建設標志著我國高性能潮流水輪機的自主設計邁出了堅實的一步，對優(yōu)化能源結構、改善環(huán)境污染、發(fā)展低碳經(jīng)濟、開發(fā)擁有自主知識產權的高新技術具有重要的實際意義。
相比起其他能源的開發(fā)利用，潮汐能發(fā)電顯得更為“年輕”，潮汐能發(fā)電的前景也將更廣闊，更有活力。
中國水電顧問集團華東勘測設計研究院 胡士兵