1、海流能发电,水利工程 王琰,为了有效解决能源紧张和大气环境污染问题，人们正在积极开发各种可再生能源发电技术。海洋流发电技术就是其中的一种。到目前为止，虽然海洋流发电还没有一种可以大规模商业化应用的成熟技术，但各国科学家一直在积极研究各种海洋流发电技术，一些企业也在依托这些新技术进行工程示范。,海流能发电,海水盐浓度差发电,利用海洋所蕴藏的能量转换成电能的发电技技术,波浪能发电,海洋温差发电,潮汐发电,1 海流能概述,1.1 海流能 是指流动的海水所具有的动能。 主要指海底水道和海峡中由于潮汐导致的有规律的海水流动而产生的能量。,1.2 海流能成因,风力的大小和海水密度的差异是产生海流的主要原因
2、。海面上常年吹着方向不变的风，如赤道南侧常年吹着东南风，北侧吹着东北风。风的吹动使海水表面运动起来，水的粘性使这种运动传到海水深处。 随着深度的增加，海水流速降低，有时海水流动方向也会逐渐改变。甚至出现下层海水与表层海水流动方向相反的情况。 在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南半部，占主导地位的风系造成了一个广阔的、按逆时针方向旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域，风是形成海流的主要动力。,1.3我国海流能资源分布情况,我国海域辽阔既有风海流又有密度流：既有沿岸海流，也有深海海流。这些海流的流速大多为0.5海里h，流量变化不大，流向较稳定。根据我国130个水道的统计结果可知，我国沿海海流
3、理论平均功率为1.4X106kW。这些资源分布在全国沿海各地，浙江最多，有37个水道，理论平均功率为70910 kW，约占全国的12以上，台湾、福建、辽宁等省的海流能资源约占全国总量的42，其它省区较少。我国舟山海域诸水道海流能开发前景最好，如金堂水道(259 kWm 2)、龟山水道(239 kWm2 )、西侯门水道(191kWm2)等，其次是渤海海峡和福建的三都澳等，这些海区均有能量密度高、理论蕴藏量大、开发条件较好的优点应优先开发利用。,2 海流能发电技术,2.1海流能利用 海水流动会产生巨大能量，据估计，世界各大洋中所有海流的总功率达5O亿kW左右，是海洋能中蕴藏量最大的一种。海流能的利
4、用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成海流能发电装置。,海流能发电技术比陆地上的河流发电优越得多，既不受洪水的威胁，又不受枯水季节的影响水量和流速常年不变，是一种非常可靠的能源。由于海水的密度约为空气的1000倍，且发电装置必须放置于水下，故海流能发电存在着一系列的关键技术问题如安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等.,2.2 海流能发电原理,海流能发电原理与风力发电、水力发电原理相似，是利用流动的介质来推动水轮机发电。英国科学家法拉第提出还可以利用海流切割地球磁场的磁力线所作的功来发电，但是地球磁场的强度很弱，这种发电方式产生的电流强度不
5、大，难以为人们提供电力。 超导材料的出现给这种设想带来了希望，利用超导材料制成的超导磁体可获得高强度的磁场。所以一些科学家提出了一个大胆的设想，只要将一个31 T的超导磁体放入黑潮区海流切割超导磁体磁场的磁力线即可发出1500kW 电来。尽管这种设想在技术上还难以实现，但它为建立一种全新的的海流能发电技术提供了最基本的框架。,2.3 海流能发电技术的发展进程,自从海流能的巨大利用价值被发现以来，一直受到世界各国的重视。世界上从事海流能开发的国家主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等。,2.3.1 国外海流能发电技术研究进展 1973年，美国的莫顿教授提出了“科里奥利”方案，该方案的内容
6、是将一组巨型涡轮发电机安装在一种能大量聚集海流能量的导管内当海流通过导管时，就带动涡轮机像风车一样转动发电，通过水下电缆将电能输人佛罗里达电网。“科里奥利”方案中的发电机机组长110 m，管道口直径170 m，安装在海面下30 m处。在海流流速为 2.3 ms条件下，该装置的功率为83万kW，且不会对附近海域的自然环境产生任何污染。 2006年4月，加拿大第1台并网型海流能发电机成功并网发电。英国的海流能发电已进入商业化运作，全国性的海流能资源调查工作已经进入实质性操作阶段，规划中的3个海流能发电场将是世界上规模最大的海流能发电基地。2003年2O台300 kW 的海流发电装置在挪威KVALS
7、UNDET建成，此处海流最大流速为25 ms，年平均流速为18 ms。,2.3.2我同海流能发电技术研究进展,20世纪70年代末，何世钧建造了1个输出功率为63 kW 的海流能发电装置。 20世纪80年代初哈尔滨工程大学研制出一种直叶片的新型海流透平，获得了较高的效率，并于1984年完成60 W 模型的实验室研究，之后开发出千瓦级装置并在河流中进行试验。,2O世纪90年代以来。我国开始计划建造海流能示范应用电站在“八五”，“九五”科技攻关中均对海流能发电进行立项研究。 2005年，浙江大学在国家自然科学基金资助下开始进行“水下风车” 的关键技术研究。 2006年4月26日在浙江省舟山市岱山县进
8、行了5 kW 水平轴螺旋桨式海流能发电样机运行试验。 同年,东北师范大学研制成功小型低功率的放置于海底的低流速海流能发电机。 2008年中国海洋大学也进行了5 kW 级样机的原理性试验。,3 海流能发电技术的研究,3.1 海流发电站的研究 美国科研人员设计了一种驳船式海流发电站这种发电站实际上就是一艘船，在船舷两侧装着巨大的水轮，水轮在海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电，电能通过海底电缆被输送到岸上。这种驳船式发电站的发电能力约为5kW。由于发电站是建在船上，所以当有狂风巨浪袭击时，电站可以转移到附近港躲避，以保证发电设备的安全。 1976年，美国科学家加里斯蒂尔曼设计出了一种被称为“降
9、落伞”的海流发电装置，这个发电装置很特别，是用50只直径为06 m的“降落伞”串缚在一根150 m长的绳子上，头尾相联，形成一个圆环，套在固定于船底的转轮上，而船则锚泊在海上。在海流的作用下，逆流运动的“降落伞”像被大风撑开的雨伞一样张开，而顺流运动的“降落伞”则被压缩，串缚“降落伞”的绳子像传动带一样，带动转轮不停地转动，通过多级传动增速齿轮系统改变转速，带动发电机发电。在墨西哥湾流流经的佛罗里达海峡中进行的试验结果表明，该海流试验电站每天能工作4小时，功率为500 W。,3.2 海流能开发利用中存在的问题,海流能具有大功率低流速特性，因此要求海流能发电装置的叶片、结构、地基(锚泊点或打桩桩
10、基)要比风能利用装置有更大的强度。海水腐蚀和海洋生物附着问题。海水中的泥沙进入装置后，易对装置中的轴承造成一定的损坏。漂浮式装置存在抗台风问题。位于水道上的漂浮式装置对航运有一定影响。,4 海流能发电技术的发展趋势和展望,在小容量示范装置试验成功的基础上，海流能发电装置将向大型化发展，以降低装置的单位装机容量造价。英国IT公司论证后认为，只有当装机容量达500 kW 以上才可以获得商业性收益。 海流能发电领域的前沿技术：易于上浮的坐底式技术，这种技术可避免对航运的影响抗台风能力强，易于维修。 防海水腐蚀、海洋生物附着的技术，如特种涂料的研制、阴极保护等技术。,结束语,受气蚀和机械强度等因素的限制，海流能发电机一般在低转速下运行不会产生大的噪声不影响海洋生物的生存环境。因此海流能是一种开发成本低、对环境影响小、具有良好商业前景的理想绿色新能源。 我国是世界上海流能资源密度最高的国家之一， 有良好的开发前景。我们应先建造百千瓦级的示范装置，解决机组的水下安装、维护和在海洋环境中长期稳定运行的问题，然后以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产以降低海流能发电的成本。,
