潮流能的开发装置

潮流能是月球和太阳的引潮力使海水产生周期性的往复水平运动时形成的动能,是一种海洋清洁可再生能源,主要集中在岸边、岛屿之间的水道或湾口。据联合国科教文卫组织估计,全球蕴藏的可开发利用潮流能总量达3亿千瓦。

国际上潮流发电研究始于20世纪70年代中期。主要研究国有美国、日本和英国等。我国著名的潮流高能密度区包括渤海海峡老铁山水道、杭州湾北侧、舟山群岛的金塘水道和西候门水道等。潮流能发电试验最早是在1978年由浙江一位农民自费进行的。1999年以意大利阿基米德桥公司为主的欧盟执行单位与中国数家科研机构达成协议,在舟山群岛岱山海域的龟山水道兴建了世界首座潮流能电站。新近研究的潮流能发电船是指利用潮流冲击安装在锚定船舶两侧的水轮机并使其转动发电的装置。

1.潮流能开发装置

相较于波浪能利用技术,潮流能发电技术研究起步较晚,但近年来发展快速,在技术上已经接近成熟,尤其是在英国、爱尔兰等国。以下介绍3种目前世界上最具代表性的潮流能开发利用装置。

(1)“希根”潮流能装置

“希根”潮流能装置由英国海流涡轮机公司研发,该公司成立于2000年,总部位于布里斯托尔。2003年,该公司在德文郡安装了一台300千瓦的潮流能发电机,这可以看作是希根装置的第一代产品。2008年,该公司通过技术研发采用固定式海底基础,发电机组可自由升降,使“希根”潮流能装置单机装机功率提升至1200千瓦。这种设计方便后期维护,同时可在台风到来时很好地保护发电装置。同年该公司完成了“希根”装置在北爱尔兰斯特兰福德港的布放与安装,开始向英国国家电网输电。希根是世界上第一台实现并网输电的潮流能发电机,对于潮流能开发利用技术的发展具有里程碑式的意义。

(2)“德塔”潮流能装置

“德塔”潮流能装置由英国威尔士潮流能技术开发公司最新研发。每台装置由3台潮流能发电机组成,每台发电机装机功率为400千瓦,总装机功率为1200千瓦。3台发电机采用三角式布局,之间采用横架连接固定。装置总高20米、重280吨,发电机叶盘直径为15米,能量利用效率为35%。该装置具有布放简单、环境适应性强和能量利用效率高等特点,目前已经有一台“德塔”潮流能装置布放在了塞文河口附近海域,进行为期两年的实海况实验。

(3)“水动力”潮流能装置

“水动力”潮流能装置由水动力公司研发。该公司成立于20世纪90年代初,是一家专门设计研究潮流能涡轮发电机的公司,总部设在爱尔兰首都都柏林。水动力装置在欧洲海洋能中心已完成其产品的实海况实验,单机最大装机功率达到1000千瓦。目前该公司的第二代产品对装置的底部基座进行了优化,提高了布防的效率,在欧洲海洋能中心的布放过程仅用20分钟,这与第一代产品3个月的安装时间形成鲜明对比。该公司现正与加拿大新斯科舍能源机构合作,共同开发芬迪湾的潮流能资源。

2.潮流能开发装置发展空间

潮流能是因潮汐涨落引起的海水流动产生的能量。潮流能的利用原理和风力发电相似,其发电装置被形象地比喻为“水下风车”。由于海水的密度约为空气的800多倍,较为常见的2米/秒的海流能流密度相当于风速18.8米/秒的8级大风。而且潮流是由月球引力引起,比太阳辐射不均引起的风更有规律性。与潮汐能相比,开发潮流能具有投资小、无须建造大坝、产生环境负面影响小等优点。因此,潮流能及其装备的开发利用受到世界各国的重视。

国外的许多潮流能技术已经初步实现了商业化运行。与国外潮流能发电技术相比,我国在潮流能发电技术研究与开发装备方面并没有太大的悬殊,但在机组的大小和装机容量上有很大差距,这一问题需要通过扩大示范规模尽快加以解决。同时,由于潮流能资源多分布于湾口水道地区,潮流能装置的安装有时会对该海域的航运造成影响。因此做好海域使用规划,协调好各方面的海域使用需求,对于潮流能乃至整个海洋能的开发利用至关重要。

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