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          海流能发电技术

          发布时间: 2016-07-07 14:50:51   作者:无   来源:

           

          第一部分:概述
          第二部分:技术原理
          第三部分:国内应用和发展
          第四部分:国外应用和发展
          第五部分:供应商信息
          第六部分:大玩家彩票网址经典案例
           
          概述
          海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言,海流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向。一般来说,最大流速在2m/s以上的水道,其海流能均有实际开发的价值。
          所谓海流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。其中一种是海水环流,是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。这种海水环流通常由两种因素引起:其中一种是海水环流,是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。这种海水环流通常由两种因素引起:首先海面上常年吹着方向不变的风,如赤道南侧常年吹着不变的东南风,而其北侧则是不变的东北风。风吹动海水,使水表面运动起来,而水的动性又将这种运动传到海水深处。随着深度增加,海水流动速度降低;有时流动方向也会随着深度增加而逐渐改变,甚至出现下层海水流动方向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,也是按反时钟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。其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同,它们会影响海水的密度。海水温度越高,含盐量越低,海水密度就越小。这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。海水流动会产生巨大能量。据估计全球海流能高达5TW
          海流能与太阳能、风能、波浪能等可再生能源相比较,其规律性较强,能量稳定,易于电网的发配电管理,因此是优秀的可再生清洁能源。
          海流能的利用方式主要是发电,其发电的原理就是把水流单向运动通过某种方式转变为其他形式的水流运动,而多数情况是变为旋流运动。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为海流能发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍,且必须放置于水下,故海流发电存在着一系列的关键技术问题,包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。此外,海流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。海流装置可以安装固定于海底,也可以安装于浮体的底部,而浮体通过锚链固定于海上。海流中的透平设计也是一项关键技术。
           
          技术原理
          海流发电装置主要有轮叶式、降落伞式和磁流式几种。轮叶式海流发电装置利用海流推动轮叶,轮叶带动发电机发出电流。轮叶可以是螺旋浆式的,也可以是转轮式的。降落伞式海流发电装置由几十个串联在环形铰链绳上的"降落伞"组成。顺海流方向的"降落伞"靠海流的力量撑开,逆海流方向的降落伞靠海流的力量收拢,"降落伞"顺序张合,往复运动,带动铰链绳继而带动船上的铰盘转动,铰盘带动发电机发电。磁流式海流发电装置以海水作为工作介质,让有大量离子的海水垂直通过强大磁场,获得电流。海流发电的开发史还不长,发电装置还处在原理性研究和小型试验阶段。
          1.螺旋水轮机式
                螺旋状水轮机专用于低水头、高水流的条件下发电。它由一个或多个长叶片组成,这些叶片像螺旋线一样缠绕成一个圆筒状。来自任一方向的水流作用在螺旋状水轮机叶片上,都会产生一个与叶片前缘垂直的推动力,并可获得比水流更快的速度推动叶片,从而使水轮机的轴带动与之相连的发电机旋转,最终产生电。
                对于螺旋状水轮机来说,不仅需要一个维持其稳定转动的水流速度,而且要保证其能够发电还需要一个更大的临界水流速度。同时,在水下进行发电时,带动发电机转动的螺旋状水轮机要连接到有塑料管组成的框架上。一部分塑料管充水,用以将发电装置固定在设计深度上。增加更多的水轮机就可以获得更大的发电量。为了避免风暴的袭击,框架要固定在水面下并要牢固地锚系于海底。产生的电力用电缆输送到陆地上。
          2.中心开敞水轮机式
                中心开敞水轮机式,由框架和漂浮舱组成,框架用来固定环形叶片,舱室部分充水将水轮机降至水面以下适当深度,利用气囊使水轮机与水流垂直,叶片旋转驱动叶片边缘安置的液压泵,并以此带动常规交流发电机发电。
          3.花环式
                花环式水轮机是由一串螺旋桨组成的,两端固定在浮筒上,浮筒里装着发电机,整个系统迎着海流的方向漂浮在海面上,就像迎宾会上献给贵宾的花环。这种发电站之所以要用一串螺旋桨组成,主要还是因为海流的流速小、能量密度小的缘故。要利用流速低的海流来为人类做功,用许多螺旋桨串在一起,才有可能得到较大的动力。这种海流电站的发电能力较小,一般只能用来为灯塔灯船提供电力,最多不过为潜水艇上的蓄电池充充电而已。
          4.驳船式
                驳船式海流发电站是由美国设计的,这种发电站实际上是一艘船,所以称他为发电船更为合适。其船舷的两侧装有巨大的水轮机,在海流的推动下不断地转动,进而带动发电机发电。这种发电船的发电能力可达万千瓦级,发出的电力通过海底电缆送到岸上。当有狂风巨浪袭击时,它可以驶到附近港口避风,以保证发电设备的安全。
          5.降落伞式
                此方式是由G.E.斯蒂尔曼提出来的,也可称作低流速能变换器。它主要是为低流速区的海流能的利用设计的。它是一种和螺旋方式截然不同的方式。
                这种装置是用多只降落伞束缚在一根长的绳上,然后将相连的绳子套在固定于船尾的轮子上。在海中,由于海流带动降落伞,将伞冲开,带降落伞的绳子驱动船上的轮子不停地转动,再通过增速系统带动发电机发电。而运行到顶端的降落伞在返回时由于是逆向受力降落伞自动闭合,减小了阻力。此装置的优点:一是设备简单,造价低廉;二是能适应流向的变化,不需要什么特殊装置。但是也可以想象到在波浪上下运动和海流方向急速变化的情况下,位置分布会受到很大影响,这是实现大型化的主要问题。
          6.科里欧利斯式
                科里欧利斯式发电装置是拥有一套外径171m、长110m、重6×103t的大型管道的大规模海流发电系统。该系统可在海流流速为2.3m/s的条件下输出功率83MW。其原理是在一个大型轮缘罩中装有若干个发电装置,中心大型叶片的轮缘在海流能的作用下缓慢转动,轮缘通过摩擦力带动发电机驱动部分运动,经过增速传动装置后,驱动发电机旋转,以此将大型叶片的转动能变化为电能。
          7.壳板转子式
                壳板转子式是S.J.萨沃尼斯在1931年机械学会杂志上发表的。它可作为风力计和海流计。如果作风力计可用于风力发电;作海流计考虑可以用于壳板转子式的海流发电。它由偏心圆筒组成,其特性是低俗、大转矩;缺点是利用效率不高。
          8.贯流式
                贯流式海流发电装置是日本科学家为利用黑潮而提出的方案。这种发电装置放在海面以下,使海流的进出口流到都呈喇叭形,用以提高水轮机的效率。发电机是密封的,发出的电通过海底电缆输送到陆地上的变电站。这是一种漂浮式的发电装置设计方案,目前还未实施。
          9.磁流体发电方式
                磁流体发电(MHD)是一种基于法拉第电磁感应定律的发电方式,也是当今新型的发电方式,它一高温等离子气体为工作物质,高速垂直流过强大的磁场后直接产生电流。而海流能的磁流体式发电方式是由日本的一个研究小组提出的。它的基本原理与磁流体发电原理大体相同,只是现在的工作物质变为了海水。当含有大量离子(如氯离子、钠离子)的海水垂直流过放置在海水中的强大磁场时,就可以获得电能。磁流式发电装置没有机械传动部件,不用发电机组,海流能的利用效率很高,一旦获得成功,将会取代别的海流发电方式,成为海流发电的最优装置。
           
          国内发展和应用现状
          中国海域辽阔, 既有风海流, 又有密度流;有沿岸海流, 也有深海海流.这些海流的流速多在每小时0.5海里,流量变化不大, 而且流向比较稳定.若以平均流量每秒100立方米计算,中国近海和沿岸海流的能量就可达到一亿千瓦以上,其中以台湾海峡和南海的海流能量最为丰富, 它们将为发展我国沿海地区工业提供充足而廉价的电力。
            利用海流发电比陆地上的河流优越得多,它既不受洪水的威胁,又不受枯水季节的影响,几乎以常年不变的水量和一定的流速流动,完全可成为人类可靠的能源。
          海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转,然后再变换成高速, 带动发电机发电。目前,海流发电站多是浮在海面上的。例如,一种叫花环式的海流发电站,是用一串螺旋桨组成的,它的两端固定在浮筒上,浮筒里装有发电机。整个电站迎着海流的方向漂浮在海面上,就像献给客人的花环一样。这种发电站之所以用一串螺旋桨组成,主要是因为海流的流速小,单位体积内所具有能量小的缘故。它的发电能力通常是比较小的,一般只能为灯塔和灯船提供电力,至多不过为潜水艇上的蓄电池充电而已。
          中国舟山70kW潮流实验电站采用直叶片摆线式双转子潮流水轮机。研究工作从1982年开始,经过60Wi00 W1 kW三个样机研制以及10 kw潮流能实验电站方案设计之后,终于在2000年建成70 kw潮流实验电站,并在舟山群岛的岱山港水道进行海上发电试验。随后由于受台风袭击,锚泊系统及机械发生故障,试验一度被迫中断,直到2002年恢复发电试验。
          国外发展和应用现状
          美国曾设计过一种驳船式海流发电站,其发电能力比花环式发电站要大得多.这种发电站实际上就是一艘船,因此叫发电船似乎更合适些。在船舷两侧装着巨大的水轮, 它们在海流推动下不断地转,进而带动发电机发电。所发出的电力通过海底电缆送到岸上。这种驳船式发电站的发电能力约为五万千瓦, 而且由于发电站是建在船上, 所以当有狂风巨浪袭击时,它可以驶到附近港口躲避, 以保证发电设备的安全。
          70年代末期,国外研制了一种设计新颖的伞式海流发电站, 这种电站也是建在船上的。它是将50个降落伞串在一根很长的绳子上来聚集海流能量的, 绳子的两端相连,形成一个环形。然后,将绳子套在锚泊于海流的船尾的两个轮子上。置于海流中的降落伞由强大海流推动着,而处于逆流的伞就像大风把伞吸胀撑开一样,顺着海流方向运动。于是拴着降落伞的绳于又带动船上两个轮子,连接着轮子的发电机也就跟着转动而发出电来,它所发出的电力通过电缆输送到岸上。
          加拿大在1980年就提出用垂直叶片的水轮机来获取海流能,并在河流中进行过试验,随后英国IT公司和意大利那不勒斯大学及阿基米德公司设想的潮流发电机都采用类似的垂直叶片的水轮机,适应潮流正反向流的变化。
           
          供应商信息
          大唐山东发电有限公司
          意大利阿基米德桥公司
          瑞典Minesto公司
           
          经典案例
          英将建世界最大海浪能发电站
          2007102
          莫神星 华东理工大学资源能源与环境法研究中心上海 200237
          为遏制全球变暖,减少温室气体排放,近年来,世界各国纷纷发展包括太阳能、风能、海浪能和潮汐能等在内的清洁能源。
          海浪能系来自风力,随风速快慢变化具有不同之能量,因风能亦来自太阳能,故海浪能基本上亦间接来自太阳能。海浪能须自海上萃取,然后再将动力输送至岸上供陆地使用。
          海浪能一般多应用在发电上,利用海浪能发电具有如下优点:
          1.无穷资源:海洋占地球表面积有十分之七,不须花钱买能源;
          2.可靠能源:不受国情与战争之影响;
          3.供电可靠:可24小时连续供电,不怕原料缺乏;
          4.干净能源:无环境污染;
          5.厂址易找:无土地问题;
          6.容易操作:仅需少数人员即可操作。
          最早利用海浪能发电之国家,首推日本。1964年,日本人设计出第一号波力发电,其用来指示航程之浮标,此种设备发电量很小。后来,日本人又造出一艘海浪能发电船,船宽12公尺,长80公尺,内部可装11台发电机,每部发电机平均发电量为125KW
          1988年,加拿大在芬兰岛南部海岸,建成了一座世界上最大的海浪发电装置,装机容量达1000千瓦。
          潮汐是指海水有规律的涨落现象;海水在这种涨落运动中具有的能称为潮汐能。潮汐能利用的主要方式是发电。
          海浪能发电站利用由风力引发的海浪来发电,与利用潮汐能量的发电站原理类似。世界沿海国家利用海浪发电的浪潮可谓方兴未艾。
          目前积极从事海浪能发展之主要国家为英国、日本、挪威和美国。
          英国将海浪发电的研究放在新能源开发的首位,甚至称其为第三能源1991年,英国建成了目前世界上最先进的海浪发电站,使用一台韦尔斯气动涡轮机,把一个峡谷的海浪变成了电能。作为岛国,英国海岸线很长,充分利用海洋能源,对解决英国的能源及环境问题意义重大。英国风能协会负责人玛丽亚麦卡弗里说,海浪能发电站代表一种进步,它使英国在从海洋获取无碳能源方面成为全球热点
          英国政府20079月17日批准建立一座海浪能发电站的计划,建成后其规模将为世界之最。这座海浪能发电站将建在英国西南部的圣艾夫斯湾,耗资达2800万英镑(约合5600万美元),计划于2009年投入运行。发电站的设计装机容量为20兆瓦特,发电量能满足7500个家庭的电力需求,可在25年内减少30万吨二氧化碳排放。
          英国环保组织碳基金说,海浪能和潮汐能发电2020年将占英国总发电量的3%,甚至更多。
          海浪能发电站利用由风力引发的海浪来发电,与利用潮汐能量的发电站原理类似。世界沿海国家利用海浪发电的浪潮可谓方兴未艾。
          1988年,加拿大在芬兰岛南部海岸,建成了一座世界上最大的海浪发电装置,装机容量达1000千瓦。
          英国将海浪发电的研究放在新能源开发的首位,甚至称其为第三能源1991年,英国建成了目前世界上最先进的海浪发电站,使用一台韦尔斯气动涡轮机,把一个峡谷的海浪变成了电能。
          早在20世纪70年代,英国爱丁堡大学的工程师斯蒂芬索尔特就发明了利用海浪发电的爱丁堡鸭海浪发电装置。之后,世界上许多国家,如英国、日本、美国、加拿大、芬兰、丹麦、法国等都在研究和试验海浪发电,并相继提出了数百种发电装置设计方案。但是,由于这样或那样的技术问题,海浪发电研究一直没有什么大的突破。直到今天,在能源开发方面,海浪能的利用仍然落后于风能和潮汐能的利用。