垂直軸潮流能水輪機(jī)研究與利用現(xiàn)狀

張 亮，李志川，張學(xué)偉，侯衛(wèi)松，馬 勇

(哈爾濱工程大學(xué)海洋可再生能源研究所，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

在能源緊缺和環(huán)境惡化雙重壓力下，各國(guó)政府對(duì)包括潮流能在內(nèi)的海洋能源利用的科技問(wèn)題給予了前所未有的高度重視和大力支持，潮流能已成為能源開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域最為活躍的分支。潮流水輪機(jī)是潮流發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。其中水平轉(zhuǎn)軸式和垂直轉(zhuǎn)軸式占了絕大部分。Khan等人［1］對(duì)現(xiàn)有76個(gè)潮流發(fā)電裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中采用垂直軸式的裝置占了33%，并指出垂直軸式潮流水輪機(jī)得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。

文中首先介紹了垂直軸式潮流水輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，然后總結(jié)了垂直軸水輪機(jī)國(guó)內(nèi)外利用現(xiàn)狀，對(duì)垂直軸水輪機(jī)研究方法進(jìn)展情況做了綜述和評(píng)價(jià)，最后指出目前垂直軸水輪機(jī)開(kāi)發(fā)利用所需要解決和突破的技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題。

1 垂直軸潮流水輪機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

在潮流能開(kāi)發(fā)與利用中，水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式在很大程度上決定著水輪機(jī)的能量利用率與水動(dòng)力性能的優(yōu)劣，因此，開(kāi)發(fā)出一種能量利用率高、水動(dòng)力性能優(yōu)良的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)形式就成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，尤其是設(shè)計(jì)研發(fā)階段。若潮流能水輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)軸與水流方向垂直，則稱之為垂直軸式潮流水輪機(jī)。垂直軸水輪機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有:

1.1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單

作為一項(xiàng)新興技術(shù)，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單與否以及系統(tǒng)的成本是決定它成功與否的重要因素，與水平軸式相比，垂直軸式水輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本更低。

1.2 不需要換向

由于垂直軸水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不受來(lái)流方向影響，因此不需要換向機(jī)構(gòu)，也使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。

1.3 發(fā)電機(jī)的連接

垂直軸水輪機(jī)發(fā)電機(jī)可以放在軸的一端，從而使發(fā)電機(jī)處于水面之上，這樣大大降低了水下密封的難度和成本。

1.4 噪音小

由于垂直軸水輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速較低，因此不容易產(chǎn)生空化，比水平軸水輪機(jī)產(chǎn)生的噪音小，這樣有利于保護(hù)海洋生物的棲息地。

垂直軸水輪機(jī)的主要缺點(diǎn)有:低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于不同的設(shè)計(jì)，起動(dòng)性能通常都較差，這就需要有特殊的輔助起動(dòng)設(shè)計(jì)，例如通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)，但是變偏角式垂直軸水輪機(jī)可以有效改善起動(dòng)性能;效率較低，垂直軸水輪機(jī)效率要低于水平軸水輪機(jī);載荷脈動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定，垂直軸水輪機(jī)葉片會(huì)受到周期性載荷，同時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩也是脈動(dòng)的，因此容易使葉片和主軸容易產(chǎn)生疲勞問(wèn)題。

2 垂直軸潮流水輪機(jī)利用現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外利用現(xiàn)狀

歐美國(guó)家對(duì)海洋能開(kāi)發(fā)利用重視較早，對(duì)垂直軸潮流能水輪機(jī)研究從未間斷。圖1所示的是加拿大Blue Energy Technology公司［2］研發(fā)的Davis Hydro Turbine。該水輪機(jī)采用的是四個(gè)固定偏角葉片，葉片連接于轉(zhuǎn)軸上，并通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。而整個(gè)轉(zhuǎn)子安裝于一個(gè)錨固于海底的永久性水泥沉箱中。另外該沉箱的特殊構(gòu)型可以加速水流，提高水輪機(jī)的效率。并且使得耦合器、發(fā)電機(jī)及電力控制系統(tǒng)處于一個(gè)干燥的環(huán)境中。同時(shí)采用的大多數(shù)組件都是現(xiàn)有的，使得建造、安裝和維修變得很具有經(jīng)濟(jì)性。該公司在1984年設(shè)計(jì)建造了100 kW樣機(jī)，但由于導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)問(wèn)題，制約實(shí)際發(fā)電量沒(méi)有超過(guò)70 kW。

意大利 Ponte di Archimede S.p.A(PDA)公司設(shè)計(jì)的 Kobold水輪機(jī)［3］，如圖2所示，2005年在意大利墨西拿海峽建成漂浮式電站，水輪機(jī)采用的是變偏角式，水輪機(jī)直徑6m，高5m，電站發(fā)電接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，這是世界上第一個(gè)接入電網(wǎng)的垂直軸潮流能水輪機(jī)，測(cè)得該水輪機(jī)能量利用率在0.23左右。

加拿大New Energy Corporation公司設(shè)計(jì)的EnCurrent垂直軸潮流發(fā)電系統(tǒng)［4］，葉輪結(jié)構(gòu)形式與Blue Energy公司設(shè)計(jì)相似，采用的是固定偏角4葉片，如圖3所示，此潮流發(fā)電系統(tǒng)采用的是雙體船形式漂浮結(jié)構(gòu)，該公司的5 kW和25 kW機(jī)型已經(jīng)在加拿大和美國(guó)有多個(gè)成功應(yīng)用案例。目前該公司正在開(kāi)發(fā)250 kW機(jī)型。

圖3 EnCurrent水輪機(jī)

美國(guó)Gorlov Helical Turbine設(shè)計(jì)的GHT水輪機(jī)［5］，如圖4所示，葉片設(shè)計(jì)成了有一定的扭曲角度的螺旋葉片，這樣克服了垂直軸水輪機(jī)兩個(gè)最大的弱點(diǎn)，一是使水輪機(jī)具有了自啟動(dòng)能力，二是減小了載荷波動(dòng)，其設(shè)計(jì)的1.5 kW模型直徑1 m，葉片弦長(zhǎng)140 mm，葉片扭曲角67°，轉(zhuǎn)子高2.5 m，額定工作流速1.5 m/s。

圖4 GHT水輪機(jī)

美國(guó)Ocean Renewable Power公司也采用了螺旋葉片方案設(shè)計(jì)了60 kW的OCGen水輪機(jī)［6］，如圖5所示，該水輪機(jī)采用橫軸布置方式，并且發(fā)電兩側(cè)采用了旋向相反的兩個(gè)葉輪，這樣又可以抵消螺旋葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向力，該水輪機(jī)已進(jìn)行了多次海上試驗(yàn)。

圖6 OCGen水輪機(jī)

2.2 國(guó)內(nèi)利用現(xiàn)狀

上世紀(jì)80年代，哈爾濱工程大學(xué)率先開(kāi)始了垂直軸潮流發(fā)電水輪機(jī)的理論和試驗(yàn)研究工作，是我國(guó)進(jìn)行潮流能水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)研究較早的單位。2002年4月，哈爾濱工程大學(xué)研制了我國(guó)首座70 kW漂浮式潮流實(shí)驗(yàn)電站“萬(wàn)向 I”［7－8］，如圖 6所示。該裝置的載體為雙鴨首式船型，搭載水輪機(jī)、發(fā)電裝置和控制系統(tǒng);錨泊系統(tǒng)包括4只重力錨塊、錨鏈和浮筒組成;水輪機(jī)采用立軸可調(diào)角直葉片擺線式雙轉(zhuǎn)子機(jī)型，水輪機(jī)主軸輸出端安裝液壓及控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的壓力能和穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，具有蓄電池充電控制、并網(wǎng)控制和相關(guān)的保護(hù)功能。在流速2～2.5 m/s時(shí)，平均發(fā)電功率5～20 kW。

2005年12月，“萬(wàn)向II”40 kW潮流能發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站在岱山建成［9］，見(jiàn)圖7。該裝置建于岱山縣高亭鎮(zhèn)與對(duì)港山之間的潮流水道中，是一個(gè)獨(dú)立供電系統(tǒng)，采用彈簧控制葉片偏角H型雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)。載體呈雙導(dǎo)流箱形，由機(jī)艙、浮箱、導(dǎo)流罩、沉箱和支腿構(gòu)成，機(jī)械增速系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組密封于機(jī)艙中。電站沉沒(méi)于水下，坐在海底上運(yùn)行發(fā)電，避免了潮流發(fā)動(dòng)機(jī)組受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊的問(wèn)題。電力通過(guò)海底電纜輸送到岸上，經(jīng)電能變換與控制等系統(tǒng)穩(wěn)頻穩(wěn)壓和儲(chǔ)能供岸上燈塔照明。電站具有下潛和上浮功能便于安裝維護(hù)。

2008年，中國(guó)海洋大學(xué)研制成一種5 kW柔性葉片水輪機(jī)潮流發(fā)電裝置［10］，如圖8所示，它的基本原理類似帆翼，柔性葉片為三角形，具有自適應(yīng)性，能充分利用升力效應(yīng)和阻力效應(yīng)，葉片采用柔性材料制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易維護(hù)。由于利用的是葉片升力和阻力，因此該水輪機(jī)的啟動(dòng)流速比較低，但是由于其轉(zhuǎn)速較低，所以需要較大的增速機(jī)構(gòu)。

圖8 柔性葉片水輪機(jī)

3 垂直軸潮流水輪機(jī)研究方法進(jìn)展

目前垂直軸潮流水輪機(jī)水動(dòng)力性能研究方法，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的理論依據(jù)可以分為三類:第一類是基于動(dòng)量定理的方法，第二類是基于旋渦理論的方法，第三類是基于求解N－S方程的CFD方法。

3.1 基于動(dòng)量定理的方法

1974年，Templin提出了基于動(dòng)量定理的單盤面單流管模型［11］(Single Stream －Tube Model)，用來(lái)計(jì)算豎軸風(fēng)力機(jī)的流體動(dòng)力特性，該模型是后來(lái)各種動(dòng)量定理流管模型的基礎(chǔ)。其基本思路為:沿流向作一個(gè)流管包圍整個(gè)葉片運(yùn)動(dòng)盤面(Actuator Disk)，假設(shè)誘導(dǎo)速度沿盤面均勻分布，將所有葉片經(jīng)過(guò)流管上游半?yún)^(qū)和下游半?yún)^(qū)的作用力之和作為該流管上的外力，應(yīng)用動(dòng)量定理建立聯(lián)系這一外力和流管動(dòng)量變化的方程式，從而求解出誘導(dǎo)速度，然后計(jì)算轉(zhuǎn)子的流體動(dòng)力。

為了改善Templin的單盤面單流管模型，20世紀(jì)70年代中后期發(fā)展起來(lái)了許多復(fù)合流管模型。其中著名的有1975年Strickland提出的單盤面多流管模型［12］(Multiple Stream －Tube Model)、1982年，Paraschivoiu提出的雙盤面多流管模型［13］(Double － Multiple Stream － Tube Model)，以及1990年，Sharpe提出的一種雙盤面多流管模型［14］。

針對(duì)動(dòng)量定理流管模型的修正方法也很多，較早的有Paraschivoiu等人對(duì)流管擴(kuò)張效應(yīng)的修正［15－16］。其它的修正方法有對(duì)計(jì)算中采用的翼型升力系數(shù)、阻力系數(shù)和力矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)值的修正，例如對(duì)葉片動(dòng)態(tài)失速的修正以及考慮葉片展弦比影響 的 修 正。Paraschivoiu 和 Desy［15－17］以 及Camporeale 和 Magi［18］在其計(jì)算中都采用了 Gormont的 Boeing－ Vertol動(dòng)態(tài)失速模型［19］，來(lái)修正葉片升力系數(shù)和阻力系數(shù);Paraschivoiu，et al［20］分析了葉片展弦比和動(dòng)態(tài)失速對(duì)性能計(jì)算的影響等等。2006年汪魯兵在其博士論文中對(duì)流管模型進(jìn)行進(jìn)一步的研究，給出雙盤面－多流管模型以及擴(kuò)張流管模型的進(jìn)一步探討［21］。

基于動(dòng)量定理的流管模型在垂直軸水輪機(jī)水動(dòng)力性能計(jì)算中的應(yīng)用已經(jīng)表明，在密實(shí)度和速比不大的情況下，該方法能夠方便快捷的預(yù)報(bào)水輪機(jī)的總體能量利用率和推力等性能。但是這種方法也有一些不足，首先不太適用于計(jì)算較高速比、較大密實(shí)度和載荷情況下的水輪機(jī)性能。在許多情況下，當(dāng)速比增大到一定值時(shí)，動(dòng)量方程就會(huì)發(fā)散，而得不出解。

3.2 基于旋渦理論的方法

1978年，Wilson提出了 Vortex Sheet模型［22－23］，來(lái)求解 Giromill風(fēng)力機(jī)的流體動(dòng)力性能。這是一種固定渦模型(Fixed－Wake Vortex Model)。這一模型是后來(lái)許多旋渦理論模型的基礎(chǔ)。

1979年，Strickland等人提出了V－DART模型［24］。V－DART模型是在1975年 Larsen的計(jì)算模型［25］、1976 年 Fanucci和 Walters的模型［26］以及 Holmes的模型［27］和 1978年 Nguyen的模型［28］的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來(lái)的一種自由渦模型(Free－Wake Vortex Model)，它的主要改進(jìn)有:(1)通過(guò)和升力系數(shù)相聯(lián)系的Kutta條件，將葉片失速考慮進(jìn)計(jì)算模型，使得葉片載荷計(jì)算更準(zhǔn)確;(2)葉片展向分段的計(jì)算方法使得該模型可以用于三維計(jì)算和具有曲線形狀葉片的豎軸風(fēng)力機(jī)的流體動(dòng)力計(jì)算;(3)不再固定尾渦的形狀，是一種非定常計(jì)算模型。

1984年，馬慶位提出了一種旋渦理論模型［29］。該模型的基礎(chǔ)是Wilson的Vortex Sheet模型，即用無(wú)限葉數(shù)的水輪機(jī)來(lái)代替實(shí)際水輪機(jī)，用附著渦層來(lái)代替葉片，用和來(lái)流方向平行的直線自由渦層來(lái)代替尾渦，馬慶位采用該模型對(duì)擺線式水輪機(jī)進(jìn)行了研究。

D.Vandenberghe和E.Dick在1987年提出一個(gè)與上述方法類似的旋渦模型［30］。在他們的方法中不再將有限葉數(shù)的水輪機(jī)化為無(wú)限葉數(shù)的水輪機(jī)來(lái)處理，他們將尾流的一定區(qū)域進(jìn)行分格，將位于單元格內(nèi)的尾渦絲離散到單元格的四個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，尾渦絲的位置由它所在點(diǎn)當(dāng)?shù)氐牧黧w速度確定。在計(jì)算葉片受力的時(shí)候考慮了動(dòng)態(tài)失速的影響。對(duì)于大展弦比葉片風(fēng)力機(jī)的計(jì)算是令人滿意的。

2001年，Ponta等提出了一種將自由渦模型和有限元分析結(jié)合起來(lái)的分區(qū)計(jì)算模型—FEVDTM 模型［31－32］。這種模型對(duì)流場(chǎng)分區(qū)計(jì)算，在大區(qū)域中采用和Strickland的V－DART模型相似的自由渦模型進(jìn)行計(jì)算;而在葉片周圍的小區(qū)域內(nèi)采用有限元方法計(jì)算。

2006年汪魯兵首先建立了多葉片非定常運(yùn)動(dòng)的渦面元法模型［21］。具體給出了模型中源匯、附著渦和尾渦的分布方式以及處理方式，討論了非線性壓力Kutta條件的建立過(guò)程，并詳細(xì)介紹了針對(duì)該條件的一種簡(jiǎn)化求解模型。這一模型能夠在保留上述Kutta條件中所有非線性項(xiàng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)顯示線性迭代求解。同時(shí)以該模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)新生自由渦的處理，結(jié)合矩陣分塊算法，提出了一種高效快速的分解迭代格式，改善了收斂性和計(jì)算效率，方便了數(shù)值試驗(yàn)的進(jìn)行和求解參數(shù)的優(yōu)化。

2008年Ye Li基于旋渦理論方法提出了離散渦(Discrete Vortex Model)模型［33］，并且在計(jì)算單個(gè)水輪機(jī)模型的基礎(chǔ)上，發(fā)展出計(jì)算多個(gè)水輪機(jī)相互干擾的模型，并對(duì)兩個(gè)及以上水輪機(jī)干擾進(jìn)行了研究。

基于旋渦理論的這些方法，是在勢(shì)流理論框架下的展開(kāi)的，因此對(duì)于流體粘性作用均采用的是修正方法，但是在水輪機(jī)速比較低時(shí)，葉片處于大攻角范圍，流體粘性作用影響較大，這些方法對(duì)葉片的受力預(yù)報(bào)精度不高。

3.3 基于求解N－S方程的CFD方法

基于求解N－S方程的CFD方法可以有效彌補(bǔ)上述兩種方法的不足，是物理模型實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充和探索性拓展，更提供了物理模型實(shí)驗(yàn)無(wú)法同時(shí)獲得的瞬時(shí)流場(chǎng)信息。

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，CFD方法在垂直軸風(fēng)力機(jī)或水輪機(jī)研究中得到了廣泛的應(yīng)用，2005年，Horiuchi等人［34］使用 STAR－CD模擬二維假設(shè)下的垂直軸風(fēng)力機(jī)速度場(chǎng)，并與試驗(yàn)值進(jìn)行比較，主要為了迅速的重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，并改善其性能。風(fēng)力機(jī)半徑1.25 m，葉片弦長(zhǎng)0.15 m，葉片數(shù)三片，翼型為 TWT11215，湍流模型采用 DES(Detached Eddy Simulation)，其指出隨著速比增加(λ≥2.8)，風(fēng)力機(jī)下游流速約為來(lái)流速度的0.3倍(u=0.3 V∞)，除此之外，流管的擴(kuò)張角約為14度。

2007 年，Guerri等人［35］使用STAR －CD 模擬二維垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片的受力，其湍流模型采用SST k·ω，其指出低速比時(shí)，葉片周圍會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的渦流，此外葉片受力將有助于研究流體與風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)間相互的影響(Fluid Structure Interaction)。Lida等人［36］為了解 Darrieus風(fēng)力機(jī)葉片大攻角變化下造成的大尺度失速與湍流尾流間相互作用的影響，采用LES(Large Eddy Simulation)進(jìn)行模擬，其指出高速比下動(dòng)態(tài)失速的影響較小。Ferreira等人［37］使用Fluent軟件驗(yàn)證二維模擬垂直軸風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象時(shí)，網(wǎng)格、時(shí)間步長(zhǎng)和湍流模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，并與PIV試驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證，其指出Laminar模型可模擬出翼前緣的層流分離，但會(huì)高估渦的發(fā)展，而一階或二階湍流模型卻會(huì)抵消部份翼前緣層流分離的最大法向力，除了流場(chǎng)的信息外Ferreira等人［38］也利用動(dòng)量理論計(jì)算PIV的流場(chǎng)信息求得葉片的的氣動(dòng)受力。

Hamada等人［39］使用Fluent軟件對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)的強(qiáng)烈的三維效應(yīng)進(jìn)行模擬，其包括翼尖損失(tip lose)、轉(zhuǎn)軸及支臂的影響等。

2008年孫科提出應(yīng)用滑移網(wǎng)格理論研究H型葉輪的動(dòng)邊界CFD數(shù)值模擬問(wèn)題［40］。通過(guò)對(duì)固定偏角、和彈簧控角水輪機(jī)模型的計(jì)算研究，表明該方法可以較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)H型轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)載荷和整體性能，與動(dòng)網(wǎng)格模型相比，減少了網(wǎng)格數(shù)量，確保了網(wǎng)格質(zhì)量，大大節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。

2009 年，Hwang等人［41］應(yīng)用 STAR －CD，采用k·ε湍流模型對(duì)擺線式垂直水輪機(jī)進(jìn)行了研究，其分析不同葉片數(shù)、葉片弦長(zhǎng)、不同速比、不同翼型及葉片最大偏角對(duì)水輪機(jī)的影響，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)葉片偏角規(guī)律進(jìn)行了優(yōu)化。

4 垂直軸水輪機(jī)研究利用關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

目前，垂直軸潮流水輪機(jī)研究利用所需要解決和突破的技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面:

4.1 垂直軸水輪機(jī)準(zhǔn)確可靠的性能預(yù)報(bào)方法

準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)水輪機(jī)的性能和載荷，對(duì)于水輪機(jī)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，現(xiàn)有的研究方法仍存在很多不足，主要體現(xiàn)在基于假設(shè)條件較多，考慮因素還不全面，所以完善現(xiàn)有研究方法，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)水輪機(jī)的性能是目前垂直軸水輪機(jī)研究利用面臨的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù);

4.2 潮流能發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

潮流能發(fā)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于多種因素的優(yōu)化綜合。一是系統(tǒng)的性能優(yōu)良，二是系統(tǒng)對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)性、海上運(yùn)輸安裝和維護(hù)的方便性、長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性以及推廣應(yīng)用的可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性。例如，潮流電站載體和發(fā)電機(jī)組的安裝和維護(hù)問(wèn)題，有效施工的時(shí)間(平潮)非常有限，其施工方法、工藝是否有效，施工成本是否經(jīng)濟(jì)，都需要在總體方案設(shè)計(jì)中統(tǒng)籌考慮和解決。

4.3 可靠高效垂直軸水輪機(jī)技術(shù)

水輪機(jī)是潮流電站的核心裝置。水輪機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，葉輪周期性運(yùn)動(dòng)本身會(huì)產(chǎn)生交變載荷，同時(shí)還有可能受到波浪影響，在保證水輪機(jī)具有較高效率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高運(yùn)行的可靠性，需要研究在流和浪的聯(lián)合作用下，水輪機(jī)的水動(dòng)力載荷和功率特性。

4.4 惡劣海況下電站載體安全與保護(hù)技術(shù)

潮流電站的載體和水輪機(jī)組等主要裝備處于海上或水下。作為海洋結(jié)構(gòu)物，在臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)流等惡劣海況下必須安全的生存，應(yīng)該有相應(yīng)的安全保護(hù)措施。在高海情條件下，載體和水輪機(jī)所受載荷很大而且載荷變化規(guī)律非常復(fù)雜，給錨鏈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的困難。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，潮流能的開(kāi)發(fā)利用受到世界各國(guó)的重視，垂直軸潮流水輪機(jī)正在朝著大型商業(yè)化發(fā)展，各國(guó)都在加緊研發(fā)適于更大功率的垂直軸水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組方案。我國(guó)科研工作者應(yīng)汲取國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)，利用我國(guó)現(xiàn)有條件，自主研發(fā)，突破技術(shù)難點(diǎn)，最終開(kāi)發(fā)出適用于我國(guó)海域條件的垂直軸水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，促進(jìn)我國(guó)潮流能的可持續(xù)發(fā)展。

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