新型潮汐能发电技术跟踪研究

新型潮汐能发电技术跟踪研究

李学文1宋明栋2

汉江水利水电（集团）有限责任公司湖北省430048

摘要：潮汐能发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种利用方式。美欧各国拥有漫长海岸线，潮汐资源量大、稳定、廉价，在潮汐发电技术的研究与开发领域保持了领先优势。我国潮汐能发电起步较晚，在借鉴发达国家经验的基础上，潮汐能发电技术发展势头良好，对我国清洁能源开发具有重要意义。

关键词：潮汐能；发电；技术

潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量。潮汐发电是利用海水发生潮汐时，高低潮位之间的落差形成的海水流动，推动水轮机旋转，将海水动能转化为电能。

一、新型潮汐能发电技术

新型无库式潮汐能发电技术借鉴风能发电原理，同时考虑海流特征条件设计开发而成，其水轮机结构形式与传统堰坝式机组的结构形式大不相同。根据机组结构形式不同，新型无库式潮汐能发电机组总体可分为两类：风车式发电机组和贯流式发电机组。

（一）风车式发电机组

1.自由流动能水力发电系统（FreeFlowKineticHydropowerSystem）

本系统由美国绿色能源公司（VerdantPower）研发，采用三片涡轮叶片和横向轴涡轮机，通过潮汐或河水的流动驱动发电机，产生清洁能源。

经过“罗斯福岛潮汐能源”项目（RooseveltIslandTidalEnergy，简称RITE）第二阶段的测试，绿色能源公司公司证实了第4代“自由流系统”的有效性。利用纽约东河的潮汐能，系统产生的7万千瓦时电力通过联网输送给纽约用户，供电质量稳定可靠。如今，“自由流系统”已发展到全新的一代（第5代），其发电系统正在“罗斯福岛潮汐能源”项目（RITE）中进行测试和应用。

2.“激发”潮汐发电涡轮机（HS1000）

本技术由苏格兰可再生能源电力公司（SPR）研究开发，于2012年5月在奥克尼郡北部艾代岛成功完成了水下潮汐发电的测试，证明了该技术在苏格兰水流湍急的潮汐中实现有效运作。这部1兆瓦HS1000水下涡轮机有100英尺高，被称为“前期商用示范仪”。

作为潮汐能发电的涡轮机，HS1000采用的是固定在海底位置的风力涡轮机版本，其叶片会在潮汐流中旋转发电。在冬季风暴来临时，涡轮机会调整降低相应位置。相比之下，HS1000水下涡轮机具有更短的刀片，旋转速度较慢，能量被倾斜的刀片转换成电流，能量转换需要顺着洋流的方向进行。其基底构造被设计成一个三脚架，在海底占有最小足迹，并由重力和附加的安定器稳固其位置。

图一：“激发”潮汐发电涡轮机示意图图二：“海流”风车式发电机组示意图

3.“海流（seaflow）”风车式发电机组（又称潮汐塔）

“海流”风车式发电机组由西门子旗下的海洋发电公司（MarineCurrentTurbines，简称MCT）联合Bankinvest、EDF-energy等5家公司共同开发。该机组形状如一个风车，由潮水提供动能冲击叶片发电。它的主要产品系列涵盖了早期的Seaflow（300千瓦）到量产型的SeaGen系列。

“海流”安装时在海底钻孔打桩，建造具有提升机构的竖塔以适应不同深度的海流流速并便于出水维修；为适应海水涨落的变化，竖塔有5-10米露在海面上。每个竖塔两侧各有一个转子，以节约成本提高潮汐能利用率。“海流”的每个转子上有2个叶片，叶片通过变桨轴承与转子连接，通过伺服系统实现桨距控制，桨距角在电动机驱动下随海流变化，避免过载破坏。由于海水流体密度大且装置安装于浅海区，叶片直径仅16米，以15圈/分钟的速度随海水流动旋转，叶片朝向可以180度转动以实现涨、退潮双向发电的需要。同时，机组装有机械刹车系统以便紧急刹车。机组变速箱和发电机构成一个整体单元，浸没在海水中，因此不需要额外的冷却系统，降低了故障率。

（二）贯流式机组

1.中心开放式机组（opencenter）

在美国海军研究中心的支持下，佛罗里达水电公司于1995年开始设计了一种中心开放式无库容潮汐能发电机组，并于2005年完成了样机制作，样机直径6米，单机容量120千瓦。该机组显著特点是中心开放而无轴及桨叶、采用滑动轮帆型转子，水流贯穿通过有一定斜度的帆叶，带动转子旋转发电，中心开放的设计使得涡轮机对海洋生物的危害降到最小。发电机和转子轴承设计为整体结构，适用于高效直流环绕发电机。该机组适于中深水域，发电电压为中等电压。

2.潮汐涡轮发电机（EDF）

该机组由法国电力公司（EDF）与爱尔兰欧鹏海德洛集团（OpenHydroGroupLtd）共同修建，位于法国布列塔尼市海湾，成本约为5500万美元，装置了4台重达850吨的超大型涡轮机组，单机直径为21米、功率为0.2万千瓦。机组于2012年竣工正式投入运营，可为当地4000多户居民提供充足的清洁电力。

二、我国潮汐能发电技术

目前我国建成并在运行的潮汐电站均采用传统堰坝式机组发电技术，详情如下表：

表一：国内主要堰坝潮汐发电站一览表

三、问题和建议

与美欧等发达国家相比，我国潮汐发电的市场保障机制还不够完善，尚未建立起强制性的市场保障政策，致使我国潮汐能新技术发展相对缓慢。从短期来看，潮汐发电的成本高于常规电力（火电、水力发电等），无法形成稳定的市场需求，缺少持续的市场拉动，难以在竞争中胜出。

我们应该看到，伴随着技术的进步，特别是新型潮汐涡轮机的应用和发展，潮汐电站的建设运行成本将可以大大降低。我国若能进一步潮汐能开发利用，重视在新型潮汐能发电技术的研究和投入，积极追踪和借鉴美欧国家的先进潮汐能发电技术，必能为潮汐能发电的商业化运营打开广阔市场，为我国清洁能源开发利用做出积极贡献。

作者简介：

李学文（1979年--）男汉族湖北汉川经济师硕士