新能源发电技术 电子课件 7.3 海流能发电技术

7.3海流能发电技术任课老师：2018年06月目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

著名的海流能发电站小结与展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

著名的海流能发电站小结与展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.57.3.1海流能概述1.海流的分类及成因洋流因风力和海水的温度、盐度差而形成的一种较为稳定的大规模的海水流动。在月球和太阳的引潮力作用下，海水会出现周期性的涨落现象，被称为潮汐。引潮力除了带来潮汐，还会使海水产生周期性的水平流动，这就是潮流。潮流风生流主要存在于海水的上层,会随着海水深度的增加而不断减弱，直至小到可以忽略。7.3.1海流能概述1.海流的分类及成因洋流因风力和海水的温度、盐度差而形成的一种较为稳定的大规模的海水流动。在月球和太阳的引潮力作用下，海水会出现周期性的涨落现象，被称为潮汐。引潮力除了带来潮汐，还会使海水产生周期性的水平流动，这就是潮流。潮流7.3.1海流能概述1.海流的分类及成因洋流因风力和海水的温度、盐度差而形成的一种较为稳定的大规模的海水流动。风生流主要存在于海水的上层,会随着海水深度的增加而不断减弱，直至小到可以忽略。等压面而因海水温度、盐度的不均匀性,实际海洋中的等压面往往是倾斜的,因而在水平方向上存在着使海水流动的力。7.3.1海流能概述1.海流的分类及成因潮流在月球和太阳的引潮力作用下，海水会出现周期性的涨落现象，被称为潮汐。引潮力除了带来潮汐，还会使海水产生周期性的水平流动，这就是潮流。流向

类一在近岸浅海、海峡、海湾、河口以及岛屿之间的水道中，由于地形的限制，潮流只能沿直线方向作往复运动，这被称为往复式潮流。涨潮流落潮流7.3.1海流能概述1.海流的分类及成因根据周期的不同，潮流也可分为半日潮和全日潮，其中半日潮的周期约为12小时25分，全日潮的周期约为24小时50分。周期类二如果一个太阴日内仅出现一次最强涨潮流速和一次最强落潮流速，这种潮流被称为正规全日潮。在正规全日潮中还掺有半日潮的波动的潮流则是不正规全日潮。潮流这种往复式潮流称之为正规半日潮0一个太阴日0一个太阴日这种往复式潮流称之为不正规半日潮海流的变化较为平稳海洋中有许多条洋流，每条洋流终年沿着一定的途径流动，流向基本不变，流速也较为稳定。潮流的流向和流速都具有周期性的变化，且变化周期一般与潮汐一致。7.3.1海流能概述1.海流的分类及成因？2.海流能定义：海流的动能，与流量及流速的平方成正比。开发条件：最高流速达2m/s以上的水道，其海流能被认为具有实际开发的价值。海流能的功率密度：指通过单位面积内的海流能，是表征一处海域海流能强弱或海流能资源丰富程度的重要指标。我国是全球海流能功率密度最大的地区之一。7.3.1海流能概述目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

著名的海流能发电站小结与展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5海流能利用的主要方式是发电，其发电原理与风力发电类似。7.3.2海流能发电技术海水的动能水轮机的机械能电能利用潮流能发电时,由于潮流的运动具有周期性因此水轮机的转动和能量转换都具有确定的周期性变化1.能量转换原理7.3.2海流能发电技术U为相对海流的速度ωR，叶片沿圆周切向速度阻力升力

1.能量转换原理7.3.2海流能发电技术U为相对海流的速度ωR，叶片沿圆周切向速度阻力升力CL:叶片翼型的升力系数CD:阻力系数CM:力矩系数A:叶片特征面积C:叶片弦长ρ:流体密度1.能量转换原理7.3.2海流能发电技术

2.贝兹理论提出：1919年，德国物理学家阿尔伯特·贝兹（AlbertBetz）提出了贝兹理论，从理论上对叶轮的能量利用率系数进行了推导。理论的条件：贝兹理论是基于“理想叶轮”的假设，即叶轮没有轮毂，且叶片无限多，连续的、不可压缩的流体均匀流过整个叶轮迎流面时不存在阻力，叶轮前后的流体流速方向均沿着叶轮轴向。

7.3.2海流能发电技术目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

著名的海流能发电站小结与展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5发电机组包括水轮机、机械传动系统和发电机。水轮机是核心，用来获取海流能。大部分水轮机为旋转类水轮机，一般可分为两种：水平轴式和垂直轴式。电控系统用以控制发电系统并输送电力。监测系统负责监测海流的流速和流向以及观测海底地形。海洋工程结构用以支撑和固定发电系统。发电机组0102电控系统

监测系统0304海洋工程结构

7.3.3海流能发电装置总述⭐1.水平轴式海流能发电装置透平叶轮的旋转轴轴线方向与海流方向平行。这种形式与目前主流的风力发电装置形式颇为类似。7.3.3海流能发电装置特点水下风车7.3.3海流能发电装置1.水平轴式海流能发电装置

如何转动发电

影响输出功率的因素23优点

17.3.3海流能发电装置1.水平轴式海流能发电装置1

如何转动发电

影响输出功率的因素23优点

7.3.3海流能发电装置1.水平轴式海流能发电装置如何转动发电流向与流速：当转子平面正对着来流时，转子才能按照设计的最大效率工作。提高效率的方法：潮流的流向具有周期性变化，水平轴式潮流能发电装置需安装偏航调节系统，以调节水轮的轴线方向，使叶片的迎流面始终面对来流。提高效率的方法：此外，与风力发电机相同，采用变桨距控制系统也可实现功率调节。12影响输出功率的因素由于潮流的流向具有周期性变化，水平轴式潮流能发电装置需安装偏航调节系统，以根据来流方向来调节水轮的轴线方向，使叶片的迎流面始终面对来流。此外，与风力发电机相同，采用变桨距控制系统也可实现功率调节，使海流能发电机组的输出功率保持稳定。7.3.3海流能发电装置1.水平轴式海流能发电装置流向与流速：当转子平面正对着来流时，转子才能按照设计的最大效率工作。提高效率的方法：此外，与风力发电机相同，采用变桨距控制系统也可实现功率调节。3优点影响输出功率的因素22.垂直轴式海流能发电装置透平叶轮的旋转轴轴线方向垂直于海流方向。对垂直轴式机组而言，任何方向的来流，只要达到机组的启动流速，都能够带动水轮机转动。7.3.3海流能发电装置特点竖轴式水轮机的叶轮可分为升力型、阻力型和升阻力混合型。横轴式水轮机竖轴式水轮机7.3.3海流能发电装置2.垂直轴式海流能发电装置7.3.3海流能发电装置2.垂直轴式海流能发电装置竖轴式水轮机类型是否可自启可/不可自启原因升力型可变桨距式√可通过调节桨距以达到足够的力矩实现自启动不可变桨距式×没有足够的力矩实现自启动，需要通过控制发电机使其先切换为电动机来拖动叶轮转动，启动后再将电动机切换为发电机，由叶轮带动发电机工作阻力型√－升阻力混合型√－7.3.3海流能发电装置2.垂直轴式海流能发电装置两种升力型竖轴式水轮机φ型达里厄竖轴式水轮机H型竖轴式水轮机7.3.3海流能发电装置2.垂直轴式海流能发电装置竖轴式机组的结构构成由竖轴式叶轮及浮筒装置组成，叶轮安装在浮筒下端采用固定于海床上的沉箱结构，叶轮安装于沉箱内，其余部分与漂浮式机组类似特点漂浮式机组极易受风浪影响较为稳定漂浮式结构固定式结构7.3.3海流能发电装置2.垂直轴式海流能发电装置横轴式水轮机竖轴式水轮机VS电气部分能够置于海面之上，使得系统的安装、调试和维护更为方便。但达到更高的效率需要较大的叶片长度，对发电水域的水深要求较高。横轴式机组的优点在于叶片长度能够横向伸展，可以在浅水水域实现大功率发电。目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

著名的海流能发电站小结与展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5我国海流能发电技术的开发始于20世纪70年代。80年代初，哈尔滨工程大学研究出了一种直叶片型的海流透平，能够获得较高的效率，并完成了60W模型的实验室研究。此后，在此基础上开发出了千瓦级的海流能发电装置，在河流中进行了试验。世界上已开展海流能发电技术开发的国家主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等。1.海流能发电发展简史7.3.4著名的海流能发电站SeaGen是世界上第一个大规模的商业化海流能发电项目，也是目前世界上最大的海流能发电装置。英国SeaFlow和SeaGen海流能发电站SeaFlow是世界上第一台安装在广阔海域上的海流能发电机组。7.3.4著名的海流能发电站1.海流能发电发展简史挪威Hammerfest海流能发电站2003年，由挪威HammerfestStream公司研制的一台300kW海流能发电装置在KvalSound海区开始了发电试验。这是世界上第一个300kW级的并网型海流能发电站。。7.3.4著名的海流能发电站1.海流能发电发展简史意大利Kobold海流能发电站意大利PontediArchimede（PdA）公司和那不勒斯大学联合开发了位于西西里海峡墨西拿水道的Kobold海流能发电站。电站经历了多次改造，是世界上第一个接入电网的竖轴式海流能发电站，并在原有基础上继续安装了6kW的太阳能发电系统，成为了世界上第一座实现与太阳能互补发电的漂浮式海流能试验电站。7.3.4著名的海流能发电站1.海流能发电发展简史

中国万向海流能发电站从1982年开始，哈尔滨工程大学在万向集团的支持下陆续研制出了万向I和万向II海流能发电试验装置。该电站是世界上第一座采用坐底式的竖轴水轮机式海流能试验电站，其支撑结构和基座连成一体，而基座稳定地坐在海床上，可避免机组受到强台风的袭击。7.3.4著名的海流能发电站1.海流能发电发展简史目录Contents海流能概述海流能发电原理海流能发电装置

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