新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 7.3 海流能發(fā)電技術(shù)

7.3海流能發(fā)電技術(shù)任課老師：2018年06月目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.57.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動(dòng)。在月球和太陽(yáng)的引潮力作用下，海水會(huì)出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來(lái)潮汐，還會(huì)使海水產(chǎn)生周期性的水平流動(dòng)，這就是潮流。潮流風(fēng)生流主要存在于海水的上層,會(huì)隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動(dòng)。在月球和太陽(yáng)的引潮力作用下，海水會(huì)出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來(lái)潮汐，還會(huì)使海水產(chǎn)生周期性的水平流動(dòng)，這就是潮流。潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動(dòng)。風(fēng)生流主要存在于海水的上層,會(huì)隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。等壓面而因海水溫度、鹽度的不均勻性,實(shí)際海洋中的等壓面往往是傾斜的,因而在水平方向上存在著使海水流動(dòng)的力。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因潮流在月球和太陽(yáng)的引潮力作用下，海水會(huì)出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來(lái)潮汐，還會(huì)使海水產(chǎn)生周期性的水平流動(dòng)，這就是潮流。流向

類一在近岸淺海、海峽、海灣、河口以及島嶼之間的水道中，由于地形的限制，潮流只能沿直線方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這被稱為往復(fù)式潮流。漲潮流落潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因根據(jù)周期的不同，潮流也可分為半日潮和全日潮，其中半日潮的周期約為12小時(shí)25分，全日潮的周期約為24小時(shí)50分。周期類二如果一個(gè)太陰日內(nèi)僅出現(xiàn)一次最強(qiáng)漲潮流速和一次最強(qiáng)落潮流速，這種潮流被稱為正規(guī)全日潮。在正規(guī)全日潮中還摻有半日潮的波動(dòng)的潮流則是不正規(guī)全日潮。潮流這種往復(fù)式潮流稱之為正規(guī)半日潮0一個(gè)太陰日0一個(gè)太陰日這種往復(fù)式潮流稱之為不正規(guī)半日潮海流的變化較為平穩(wěn)海洋中有許多條洋流，每條洋流終年沿著一定的途徑流動(dòng)，流向基本不變，流速也較為穩(wěn)定。潮流的流向和流速都具有周期性的變化，且變化周期一般與潮汐一致。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因？2.海流能定義：海流的動(dòng)能，與流量及流速的平方成正比。開發(fā)條件：最高流速達(dá)2m/s以上的水道，其海流能被認(rèn)為具有實(shí)際開發(fā)的價(jià)值。海流能的功率密度：指通過(guò)單位面積內(nèi)的海流能，是表征一處海域海流能強(qiáng)弱或海流能資源豐富程度的重要指標(biāo)。我國(guó)是全球海流能功率密度最大的地區(qū)之一。7.3.1海流能概述目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5海流能利用的主要方式是發(fā)電，其發(fā)電原理與風(fēng)力發(fā)電類似。7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)海水的動(dòng)能水輪機(jī)的機(jī)械能電能利用潮流能發(fā)電時(shí),由于潮流的運(yùn)動(dòng)具有周期性因此水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換都具有確定的周期性變化1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)U為相對(duì)海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力

1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)U為相對(duì)海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力CL:葉片翼型的升力系數(shù)CD:阻力系數(shù)CM:力矩系數(shù)A:葉片特征面積C:葉片弦長(zhǎng)ρ:流體密度1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)

2.貝茲理論提出：1919年，德國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·貝茲（AlbertBetz）提出了貝茲理論，從理論上對(duì)葉輪的能量利用率系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。理論的條件：貝茲理論是基于“理想葉輪”的假設(shè)，即葉輪沒有輪轂，且葉片無(wú)限多，連續(xù)的、不可壓縮的流體均勻流過(guò)整個(gè)葉輪迎流面時(shí)不存在阻力，葉輪前后的流體流速方向均沿著葉輪軸向。

7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5發(fā)電機(jī)組包括水輪機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)。水輪機(jī)是核心，用來(lái)獲取海流能。大部分水輪機(jī)為旋轉(zhuǎn)類水輪機(jī)，一般可分為兩種：水平軸式和垂直軸式。電控系統(tǒng)用以控制發(fā)電系統(tǒng)并輸送電力。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)海流的流速和流向以及觀測(cè)海底地形。海洋工程結(jié)構(gòu)用以支撐和固定發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組0102電控系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)0304海洋工程結(jié)構(gòu)

7.3.3海流能發(fā)電裝置總述?1.水平軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉(zhuǎn)軸軸線方向與海流方向平行。這種形式與目前主流的風(fēng)力發(fā)電裝置形式頗為類似。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點(diǎn)水下風(fēng)車7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置

如何轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點(diǎn)

17.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置1

如何轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點(diǎn)

7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置如何轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電流向與流速：當(dāng)轉(zhuǎn)子平面正對(duì)著來(lái)流時(shí)，轉(zhuǎn)子才能按照設(shè)計(jì)的最大效率工作。提高效率的方法：潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對(duì)來(lái)流。提高效率的方法：此外，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。12影響輸出功率的因素由于潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以根據(jù)來(lái)流方向來(lái)調(diào)節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對(duì)來(lái)流。此外，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，使海流能發(fā)電機(jī)組的輸出功率保持穩(wěn)定。7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置流向與流速：當(dāng)轉(zhuǎn)子平面正對(duì)著來(lái)流時(shí)，轉(zhuǎn)子才能按照設(shè)計(jì)的最大效率工作。提高效率的方法：此外，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。3優(yōu)點(diǎn)影響輸出功率的因素22.垂直軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉(zhuǎn)軸軸線方向垂直于海流方向。對(duì)垂直軸式機(jī)組而言，任何方向的來(lái)流，只要達(dá)到機(jī)組的啟動(dòng)流速，都能夠帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點(diǎn)豎軸式水輪機(jī)的葉輪可分為升力型、阻力型和升阻力混合型。橫軸式水輪機(jī)豎軸式水輪機(jī)7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式水輪機(jī)類型是否可自啟可/不可自啟原因升力型可變槳距式√可通過(guò)調(diào)節(jié)槳距以達(dá)到足夠的力矩實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)不可變槳距式×沒有足夠的力矩實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，需要通過(guò)控制發(fā)電機(jī)使其先切換為電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)后再將電動(dòng)機(jī)切換為發(fā)電機(jī)，由葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作阻力型√－升阻力混合型√－7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置兩種升力型豎軸式水輪機(jī)φ型達(dá)里厄豎軸式水輪機(jī)H型豎軸式水輪機(jī)7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式機(jī)組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成由豎軸式葉輪及浮筒裝置組成，葉輪安裝在浮筒下端采用固定于海床上的沉箱結(jié)構(gòu)，葉輪安裝于沉箱內(nèi)，其余部分與漂浮式機(jī)組類似特點(diǎn)漂浮式機(jī)組極易受風(fēng)浪影響較為穩(wěn)定漂浮式結(jié)構(gòu)固定式結(jié)構(gòu)7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置橫軸式水輪機(jī)豎軸式水輪機(jī)VS電氣部分能夠置于海面之上，使得系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)更為方便。但達(dá)到更高的效率需要較大的葉片長(zhǎng)度，對(duì)發(fā)電水域的水深要求較高。橫軸式機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)在于葉片長(zhǎng)度能夠橫向伸展，可以在淺水水域?qū)崿F(xiàn)大功率發(fā)電。目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5我國(guó)海流能發(fā)電技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。80年代初，哈爾濱工程大學(xué)研究出了一種直葉片型的海流透平，能夠獲得較高的效率，并完成了60W模型的實(shí)驗(yàn)室研究。此后，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了千瓦級(jí)的海流能發(fā)電裝置，在河流中進(jìn)行了試驗(yàn)。世界上已開展海流能發(fā)電技術(shù)開發(fā)的國(guó)家主要有美國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本、意大利和中國(guó)等。1.海流能發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史7.3.4著名的海流能發(fā)電站SeaGen是世界上第一個(gè)大規(guī)模的商業(yè)化海流能發(fā)電項(xiàng)目，也是目前世界上最大的海流能發(fā)電裝置。英國(guó)SeaFlow和SeaGen海流能發(fā)電站SeaFlow是世界上第一臺(tái)安裝在廣闊海域上的海流能發(fā)電機(jī)組。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史挪威Hammerfest海流能發(fā)電站2003年，由挪威HammerfestStream公司研制的一臺(tái)300kW海流能發(fā)電裝置在KvalSound海區(qū)開始了發(fā)電試驗(yàn)。這是世界上第一個(gè)300kW級(jí)的并網(wǎng)型海流能發(fā)電站。。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史意大利Kobold海流能發(fā)電站意大利PontediArchimede（PdA）公司和那不勒斯大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了位于西西里海峽墨西拿水道的Kobold海流能發(fā)電站。電站經(jīng)歷了多次改造，是世界上第一個(gè)接入電網(wǎng)的豎軸式海流能發(fā)電站，并在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)安裝了6kW的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，成為了世界上第一座實(shí)現(xiàn)與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電的漂浮式海流能試驗(yàn)電站。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史

中國(guó)萬(wàn)向海流能發(fā)電站從1982年開始，哈爾濱工程大學(xué)在萬(wàn)向集團(tuán)的支持下陸續(xù)研制出了萬(wàn)向I和萬(wàn)向II海流能發(fā)電試驗(yàn)裝置。該電站是世界上第一座采用坐底式的豎軸水輪機(jī)式海流能試驗(yàn)電站，其支撐結(jié)構(gòu)和基座連成一體，而基座穩(wěn)定地坐在海床上，可避免機(jī)組受到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的襲擊。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.1