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5.2.2海流能发电技术现状

5.2.2.1海流能发电的基本原理

    海流发电原理和风力发电相似，是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再带动发电机发电的。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。

5.2.2.2海流发电装置

    海流发电站通常浮在海面上，用钢索和锚加以固定。有一种浮在海面上的海流发电站看上去像花环，被称为花环式海流发电站。这种发电站是由一串螺旋桨组成的，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。这种发电站之所以用一串螺旋桨组成，主要是因为海流的速度很小，单位体积内所具有的能量小的缘故。它的发电能力通常也较小，一般只能为灯塔和灯船提供电力，最多为潜水艇上的蓄电池充电。

    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，所以称发电船更合适些，船舷两侧装着巨大的水轮，在海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。这种发电船的发电能力约为5万kW，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。

    20世纪70年代末，一种设计新颖的伞式海流发电站诞生了。这种电站也是建在船上的，就是将50个降落伞串在一根长154m的绳子上，用来集聚海流能量。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中的船尾两个轮子上。置于海流中串连起来的50个降落伞由强大的海流推动着。在环形绳子的一侧，海流就像大风那样把伞吹胀撑开，顺着海流方向运动。在环形绳子的另一侧，绳子牵引着伞顶向船运动，伞不张开。于是，拴着降落伞的绳子在海流的作用下周而复始地运动，带动船上两个轮子旋转，连接着轮子的发电机也就跟着转动而发出电来。

    英国在海洋能利用方面走在了世界前列。2003年，英国Marine Current Tur-bine( MCT)公司在北德文郡近海安装了功率为300kW的Seaflow测试系统，可靠

运行1年。2008年，在位于爱尔兰北部海床下，完成了1. 2MW的SeaGen发电机的安装，其原理样机如图5 -7所示。这是世界上第一个具有商业规模的海流发电系统。另外，英国还开发了安装于海底的月球能轴流发电机RTT1500，它是一种将大型轴流转子安装在直径21m、长27m的管状导流罩中的轴流发电机。模型测试和1:1原理样机都已完成试验。另外，美国、挪威、葡萄牙等在海流发电方面也进行了有益尝试。

图5 -7  SeaGen海流发电原理样机

    今天，超导技术已得到了迅速发展，超导磁体已得到实际应用，利用人工形成强大的磁场已不再是梦想。因此，有的专家提出，只要用一个31000高斯( Gs)的超导磁体放人海中，海流在通过强磁场时切割磁力线，就会发出1500kW的电力。

5.2.2.3海流发电关键技术

    1．提高海流能源利用效率的技术

    海流能的最大缺点就是能量密度小。目前，提高海流发电机效率的有效途径是不断改进发电机叶片。例如，叶片形状和数量的优化和新型柔性叶片设计是改进的主要方向。另外，采用对转双叶轮结构设计，也是提高效率的有效手段。研究表明，这种结构在提高转换效率的同时，还可增加系统的稳定性。

    2．提高系统可靠性的技术

    当流速较大（如大于8m/h）时，涡轮机将可能导致气蚀现象，造成对发电机的伤害。海水的强腐蚀性对发电机的抗腐蚀能力和轴承与密封系统的密封性都是很大的考验。另外，在海底对机组的维护也是一大技术难题。

    3．控制技术

    海流发电机控制系统除了控制发电机的启动、停止、储能、放电等功能外，还需要克服湍流对系统的影响。因为湍流会引起发电机系统的波动，所以控制系统的设计必须考虑发电机转速和扭矩的较大的变化。另外，控制系统还应该能够实时控制涡轮的朝向，以适应海流方向的变化。