潮流能发电技术（一）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。