国外潮流能研究的最新进展2009-1-13汇总

1、国内外潮流能研究报告-17 -国内外潮流能研究的最新进展、海洋潮流能国内开发现状1海洋能的主要能量形式概述海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。全世界海流能的理论估算值约为108kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料，计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4X107kWo属于世界上功率密度最大的地区之一,其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富，不少水道的能量密度为1530kW/ m2,具有良

2、好的开发值。特别是浙江的舟山群岛的金塘、龟山和西候门水道，平均功率密度在20kW/m2以上，开发环境和条件很好。2、海洋能的利用现状与前景展望上述不同形式的能量有的已被人类利用，有的已列入开发利用计划,但人们对海洋能的开发利用程度至今仍十分低。尽管这些海洋能资源之间存在着各种差异,但是也有着一些相同的特征。每种海洋能资源都具有相当大的能量通量：潮汐能和盐度梯度能大约为2TV；波浪能也在此量级上；而海洋热能至少要比此大两个数量级。但是这些能量分散在广阔的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。全球

3、海洋能的可再生量很大。根据联合国教科文组织1981年出版物的估计数字，五种海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。其中温差能为400亿千瓦，盐差能为300亿千瓦,潮汐和波浪能各为 30亿千瓦，海流能为 6亿千瓦。但如上所述是难以实现把上述全部能量取出，设想只能利用较强的海流、潮汐和波浪；禾U用大降雨量地域的盐度差，而温差利用则受热机卡诺效率的限制。 因此,估计技术上允许利用功率为 64亿千瓦，其中盐差能30亿千瓦，温差能20亿千瓦，波浪能10亿千瓦，海流能3亿千瓦，潮汐能1亿千瓦（估计数字）。3、我国的海洋能我国海洋能开发已有近 40年的历史，迄今建成的潮汐电站8座，80年代以来浙江、福建等地

4、对若干个大中型潮汐电站，进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期小型潮汐发电技术基准备工作。总之，我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,本成熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组 技术问题没有完全解决，电站造价亟待降低。我国波力发电技术研究始于 70年代，80年代以来获得较快发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化， 现已生产数百台，在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作

5、研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。 在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站，第一台装机容量3kW的装置，1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和 8kW摆式波力试验电站，均已试建成功。总之，我国波力发电虽起步较晚，但发展很快。微型波力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国，小型 波浪发电距实用化尚有一定的距离。70年代末，首先在潮流发电研究国际上开始于70年代中期，主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究，至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始

6、于舟山海域进行了 8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究，目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。 我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位， 但尚有一系列技术问题有待解决。二、海洋潮流能国外开发现状1国外海洋潮流能开发技术化石能源没有节制的消耗造成环境日益恶化:CO2的含量是50万年以来的最高值，近150年CO2含量增长量超过过去 2万年的增长量；甲烷气体含量比1850年增加了一倍；此外煤炭、石油等化石能源的储量有限，不远的将来就会枯竭。能源的严峻形势和巨大压力迫使各国纷纷将目光投向可再生能源的开发利用

7、工作。广阔的海洋中蕴藏着大量未开始利用的潮汐能、波浪能、海洋温差能、 海洋盐差能和海流能等海洋能，上述五种海洋可再生能源理海洋可再生能论储量为766亿千瓦，其开发利用是解决未来人类能源问题的一个重要途径,源的开发利用大势所趋。其中海洋潮流能由于资源储量丰富（据联合国科教文卫组织估计，全球蕴藏的可开发利用的潮流能总量达 3亿千瓦）、能量更加集中（能量密度约是风能的4倍，太阳能的30 倍） 载荷稳定可预测性强（如表 1所示），成为目前国际上最为关注的海洋可再生能源形式，英国、美国、加拿大等西方国家从政府到科研机构、企业都表现出极大的兴趣，投入大量的财 政经费给予重点、优先支持。SoUrCSPWJn

8、dWAVSTWfll Curr«niDevelopnwnt statusErlyCommefcialConnmefCiaFP&CvnnneP 时SourceSunUneven &ohir healingWind btowwig ovar walerGravity moon &wnAnnijal Average Power Density200300 A'Stti'nV (uuth4in & western US)40X00 wartiW (US Gredt Rams)2036 IkW'm 申US West 3比 5- 15kW/

9、m(US Ea51CM«l15-10 hVWmBay orfFundy)Il-2 kWW (Seattle. SFjimermtttencyclouds and humid旳Atmotplanc front! arxJAindi- only(E(k*I v-indil anOVH ilfrofn distanc stormslOiumtl 0r>d Hm- diufnl (wtvncing -50 mifi idif)MrnutAiHotiD0卢C«ritijr»&图1不同可再生能源形式对比2.国外海洋潮流能应用现状在陆地矿物燃料日趋枯竭和污染已趋严

10、重，世界上一些主要的海洋国家纷纷把目光转向海洋，加大投入，促进和加快了人类开发利用海洋的步伐，摸清资源状况，制定发展计划， 组织科技项目到实用技术的试验，均投入了大量的人力物力。国际上潮流发电源于 1976-1984年苏丹尼罗河上灌溉用河流涡轮机。经过80年代的低迷期后，在90年代中期，随着全球变暖现象日趋明显，人们开始大范围开发潮流能。目前 欧美等西方国家虽然没有用于商业化发电的潮流能开发利用装置，基于全面对海洋潮流能开发利用前景、开发选址、经济技术分析和环境评估基础上，已经提出了各种形式的海洋潮流能开发利用装置，进行比例模型试验或实尺模型试验。如英国从70年代以来，制定了强调能源多元化的能

11、源政策，鼓励发展包括海洋能在内 的多种可再生能源。1992年联合国环发大会后，为实现对资源和环境的保护，又进一步加 强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位，曾因投资多，技术领2万kW的固定式波力电站。在潮汐能开先而著称。决定在苏格兰西海岸兴建一座装机容量发利用方面也进行了大规模的可行性研究和前期开发研究，并计划在1997年在塞汶河口建造一座装机容量为 8.640MW年发电量约为170亿kWh的潮汐电站，英国已具有建造各种规 模的潮汐电站的技术力量，并认为是极有潜力的世界市场。日本在海洋能开发利用方面十分活跃，成立了海洋能转移委员会， 仅从事波浪能技术研究的科技单位就有日本

12、海洋科学技术中心等10多个，还成立了海洋温差发电研究所，并在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国，取得了举世瞩目的成就。美国把促进可再生能源的发展作为国家能源政策的基石，由政府加大投入，制定各种优惠政策，经长期发展，成为世界上开发利用可再生能源最多的国家，其中尤为重视海洋发电技术的研究，1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成一座称为MINIOTCE温差发电装置,其额定功率50kW净出力18.5kW，这是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量 24万kW年发电量5亿kWH的朗斯潮汐电站。1994年还计划用5印度

13、面对能源供应不足，电力短缺的困境，在海洋能等可再生能源开发利用上加大投入, 从减免所得税和关税，建立专门贷款机构，吸引外资以及加快折旧等多方面实施优惠政策， 使它在短短的二三年内一跃跨入世界可再生能源开发利用的先进行列， 亿美元在泰米尔纳德邦近海引入美国技术，建立一座10万kW的海洋温差发电装置。印尼在挪威的帮助下， 从1988年开始在巴厘岛建造一座 1500kW的波力电站，并制定建 造数百座波力电站，实现联站并网的发电计划。以下是各个国家海洋潮流能开发装置1、英国的MCT Ltd，开发的装置名称是 Seaflow/Seagen,其基本特征是水平轴、单立柱水轮机、Seaflow 300kW 单

14、转子模型于 2003年5月进行了试验，1.2MW双转子的SeaGen,已于2008年3月31日开始海上安装施工。 MCT Ltd是世界领先的开发潮流能大型发电设备的公司，该设备很像被水淹没的风车，“ SeaGen的双轴流式转子长度为 15米至20米，可根据当地条件来设定，这是世界上第一个用于商业操作的潮汐涡轮机，如下图所示:HP -二 " - A r - :-一匸卫2、英国的Rotech/Lunar Energy公司，开发的装置名称是 Rotech Tidal Turbine，其基本特征是水平轴水轮机，两端加聚流装置;40米，利08年在奥克尼郡安装1MW水轮机；将参与预计投资 5亿英

15、镑的韩国潮流能项目。该设备利用三条腿将自身固定在水底，深度可以超过用洋流进入内河码头将其能量转换成电能,设计独特，结构简单，模块化，高效率。如下图:rIThe mmvatile cas-idtcTt gr日dv tHisa-RTT UMITDuct1ft FTKitroa DLPCt Length 19.2 iTidIptrft Tyrbhn DhrriQtvr 11 .fi MetresThcTUfbIn*Th# dticTE-T品-:.- r.p P J L. !_' I 3、美国的 UEK System 公司，设备名称是 Underwater Electric Kite，其特点是

16、：两个水平轴带聚流装置转子，120kW，固定于锚泊的筏子上，为河流中的单向流动设计（不适合于双向往复流动）.早期原型在切萨皮克湾进行测试，如下图:f- V4、新加坡 Atlantis Resources Co.公司，设备名称是 Nereus? & Solon?，其特点是 Nereus?水平轴，适用于浅水（25m）、并网型，08年5月在澳大利亚 San Remo Voictoria进行了 150kW Nereus? I水轮机的安装、并网运行，400kW Nereus? II拖曳试验于 08年7月完成；Solon?聚流管水平轴，适用深水（25m），500kW机型拖曳试验于08年8月完成；A

17、tlantis计划09年试验1MW和2MW水轮机，2012开始安装商业化阵列式机群。Nereus? & Solon? 具有可扩展性，模块化，适合于安装在各种不同的环境下。Nereus? & Solo n? 可以安装在深水并且水流速度较快的地方，与近海风能发电一样，可直2008年5月在澳大利亚圣雷莫,接与当地电网相连，其功率完全可以满足工业负荷的要求,150kW的Nereus?涡轮机完成调试与安装，并成功并入电网。2008年8月Solon?号成为世界上最大的进行拖曳测试的水平轴涡轮机。5、美国的Verdant Power公司，开发设备名称是Various，其特点是已在一个锚泊筏上

18、进行16kW模型试验。其商业化项目为08年底开始将目前纽约East River的6台水轮机（计200kW）拓展为300台。该项目从2002年开始经过了三个阶段，2006年12月，VerdantPower开发的Various成为世界上第一个与电力网相连的潮汐涡轮发电机，其相对优势为：总功率为50MW，连续运行时间大于 7000小时，充分利用双向潮流，这些都是世界领先的技术。在 2008年9月，新一代的双转子涡轮来代替单转子，完成了设备的更新换代。F -6、英国的IHC En gi neeri ng Bus in ess Ltd公司，设备名称是Sti ngray,其特点是装机容量150kW的实尺原

19、型在Shetland进行过两次短期试验。与以往的发电原理不同，该设备不是将潮流能转换成涡轮转动的动能，而是将一个类似飞机机翼的手臂把潮流能通过液压缸的压缩与释放使之产生高压没来驱动发电机工作。 7、法国的Hydrohelix Energies公司，设备名称是 HXE，其特点是：海底排成一排直径为3米的小型聚流水平轴水轮机，5个200kW水轮机组成一个1MW系统。该项目已于2005年12月启动，但由于一直没有相应的资金，2008年初进行了长达数月之久的测试活动。如下图:a8、加拿大潮流发电研究机构：Blue Energy正在商业化运作能够将潮流能转换成电能的Davis水轮机。凭借其在宇航领域先进

20、的技术能力，Blue Energy正在引领世界范围内无数滨海城市或组织的无污染、 可更新电能供给潮流。Blue Engergy水轮机是一个高效率的垂直轴水下风车。由于海洋能量密度是空气密度的Blue Engergy ,832倍，并且是一种非压缩的介质，而8海里/小时的海流能相当于390km/hr的风能。经过加拿大2 0多年的研究，设计出了一种由4个刚性叶片组成的垂直轴水轮机如下图:其原理图如下gear kxr» CFloss SECTIONwater flow1 hydrofoil bbdes I-/ r9.HO PVIEW討Irotofshaftwater flowstmxture

21、.support arms'hydrofoil * tlades IsupportA arcnsduestructure/Jv#3ief flowt water flowrotor >haft为了能够大规模发电需要，将多个水轮机串连起来放置在海流速度大或者河道入口处,效果图如下:宀Pm9、英国的 Ocean Flow Energy Limited，设备名称是 道进行了第一次试验，采用、-C >Evopod , 2008 年 6 月，在 Strangford 水1/10比例模型。该设备是英国于2007年海洋能研究机构提出建立，下图是按1:10比例进行试验晶.<7岂一CF

22、D计算，2008开始制作、布置；Stage V:计划从2009 安装十台并网Neptune Proteus装置，年发电量可达 1/10,1/40,1/100不同比例进行了测试，这些数据显示4-实物模型£应+护"S简单的CFD模拟工作原理图而对Evopod的测试则是在纽卡斯尔大学的组合式波浪水流槽进行的，不同的是采用1:40的比例对水轮机的工作效率及浮体平台的稳定性进行测试。10、英国的 Neptune Ren ewable En ergy，设备名称是：Nep tu ne P roteus Mark，设备特点为：竖轴、聚流装置，设计为 6miX6m转子安装于对称聚流装置内。Stage I: 2006年9月在赫尔大学水槽内进行了 1