水平轴海流能
海洋的能源潜力与开发
海洋的能源潜力与开发随着全球对可再生能源需求的不断增长，海洋能源作为一种新兴的能源形式，引起了广泛关注。
由于其潜力巨大且对环境影响较小，海洋能源被视为未来能源开发的重要方向之一。
本文将探讨海洋的能源潜力以及相关的开发技术。
一、海洋能源类型海洋能源主要包括潮汐能、海流能、波浪能和海洋温差能等。
潮汐能利用潮汐涨落来产生动力；海流能则利用洋流的流速和水流量来产生电能；波浪能则是利用海上波浪的运动产生的机械能；而海洋温差能则是利用海水不同温度层之间的温差产生能量。
二、海洋能源潜力海洋能源潜力巨大且可再生，为解决能源短缺和减少碳排放提供了可持续发展的解决方案。
据统计，如果充分利用海洋能源，全球每年可产生1700 GW的电力，相当于现有电力总装机容量的两倍。
首先是潮汐能。
潮汐能被认为是一种可预测且稳定的能源形式，尤其适用于海岸线较长的地区。
世界上许多地区已经开始开发潮汐电站，如法国的拉鲁岛和加拿大的贝尔岛，这些电站在满足当地电力需求的同时，还能通过汇入电网为周边地区供电。
其次是海流能。
海流能是利用洋流的动力来产生电能，其潜力巨大。
世界上许多地区的海流速度达到每秒2米以上，具备开发利用的条件。
英国的斯科特兰和加拿大的西北部就是海流能资源丰富的地区，已经建设了一些海流发电站。
此外，波浪能和海洋温差能的开发也取得了一定的进展。
波浪能发电技术目前主要有空气压缩机发电、漂浮式发电等，可以有效利用海上波浪的能量。
海洋温差能的开发则主要利用了海水不同温度层之间的热能差异，通过热交换装置将热能转化为电能。
三、海洋能源的开发技术海洋能源的开发技术涉及到多个领域，包括潮汐发电机、涡轮机、波浪发电机和温差发电机等。
这些技术都在不断发展和改进，以提高能量转化效率和降低成本。
在潮汐能的开发中，潮汐发电机是关键设备之一。
它通过潮水的涨落来带动叶片旋转，从而转化为电能。
目前，垂直轴潮汐发电机和水平轴潮汐发电机是常用的两种类型。
涡轮机则主要用于海流发电，它可以根据洋流的速度和流量来选择合适的设计和安装方式。
海洋能发电
盐差发电原理图
潮汐电站
潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海 湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发 电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮 机转动水轮发电机组发电。
最大的潮汐电站——法国朗斯电站
浙江温岭江厦潮汐电站是我国最大的潮 汐能电站。
潮汐能电 站的原理
著名潮汐发电厂
海洋能利用
海洋能(ocean energy)是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐 能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等，更广义的海洋能源还 包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。
海洋能理论上可Biblioteka 生的总量为766亿千瓦。 海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技 术已经实用化。
波浪能发电
葡萄牙的“海蛇”海浪发电站
英国海洋电力公司已研发出“海蛇”（Pelamis)波浪发电原型机
英国研制的水莽波浪发电装置
水蟒”工作原理非常简单：将“水蟒”安装 在距离海岸1.6公里-3.2公里远、36米-91米 深的水下，并系在海床上，同时使“水蟒” 的橡胶管道内充满海水。这样每当有波浪经 过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动， 橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。随着波 浪幅度的加大，脉冲也会越来越强，并汇集 在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通 过海底电缆传输出去。
水平轴式涡轮发电机
海流发电设施(300kW，英国南部 Devon海域)
Darrieus型垂直轴式涡轮发电机
helical螺旋叶片涡轮机
由英国安装的世界首台潮汐发电机
種類
適合開發場址之潛能
潛力場址
說 明
海流 能
海流流速： 花莲、台 1.05~1.60 m/s (東部) 东外海
海水发电的理论知识点总结
海水发电的理论知识点总结海水发电的理论知识点总结近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重，寻找可持续发展的新型能源已成为人们的关注焦点。
海水发电作为一种利用海水中的能量来产生电能的技术，成为了研究热点。
海水发电技术不仅可以实现能源的可再生利用，还具备清洁、环保等优点，对于解决能源和环境问题具有重要的意义。
本文将对海水发电的理论知识点进行总结。
一、海水发电的原理海水发电是通过利用海水中的能量来产生电能。
海水中存在丰富的能源形式，如潮汐能、海洋动力能、温差能等。
其中，潮汐能是最常见的海水发电方式之一。
潮汐能是由地球引力和月球引力所形成的，海水在涨潮和退潮的过程中会产生巨大的潮汐能。
利用潮汐能发电的方式有潮汐能发电站和潮汐涡轮发电站两种。
潮汐能发电站是通过建立一座大坝，在涨潮时打开泄水闸门，退潮时关闭闸门，利用潮汐涌进潮汐发电站的差异产生巨大的水流动能，进而通过水轮机发电。
潮汐涡轮发电站则是利用涨潮、退潮的水流驱动涡轮旋转，进而通过与涡轮联动的电机发电。
二、潮汐能发电站的工作原理潮汐能发电站是利用潮汐水流的能量来产生电能的设施。
潮汐能发电站的工作原理主要包括泄水闸门控制、水轮机发电和电网连接。
1. 泄水闸门控制潮汐能发电站的关键是控制泄水闸门的开关，合理利用潮汐水流进出发电站。
通常，潮汐能发电站会建立一座大坝，通过开启和关闭闸门来控制潮汐水流进入发电站的时间和量。
在涨潮时，泄水闸门打开，将大量潮汐水纳入发电站；而在退潮时，闸门关闭，防止海水流回发电站，同时形成巨大的水位差，为下一次涨潮时的发电提供能量。
2. 水轮机发电潮汐能发电站的核心设备是水轮机，通过水流驱动水轮机旋转，进而通过与水轮联动的发电机产生电能。
常见的水轮机分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两种。
垂直轴水轮机的特点是结构简单，安装方便，适用于潮汐能发电站；而水平轴水轮机则具有效率高、输出稳定等优点，更适合大型发电设施。
3. 电网连接潮汐能发电站产生的电能需要被输送到电网中进行应用。
海洋能源开发中的海流能发电技术
海洋能源开发中的海流能发电技术海洋能源是近年来备受关注的可再生能源之一。
作为地球上最大的能源储存库，海洋中蕴藏着巨大的能源潜力，其中海流能作为一种重要的海洋能源形式，具有巨大的开发潜力。
海流能发电技术以利用潮汐、洋流等运动的水流来产生电能，为人类应对能源需求和气候变化提供了一种可持续、清洁的能源解决方案。
海流能发电技术的原理是利用海洋中的水流运动转化为电能。
目前，主要的海流能发电技术有潮汐能发电和洋流能发电两种。
潮汐能发电是利用潮汐的周期性涨落来产生电能。
当海水涨潮或退潮时，可以通过建设潮汐发电站来利用潮汐能。
潮汐发电站主要分为潮流式发电站和潮汐截流式发电站两种。
潮流式发电站通过在水流较快的地方设置特殊的转子装置，将水流的动能转化为电能。
潮汐截流式发电站则是通过在河口或水道等狭窄的地点建设拦截装置，利用潮水的涨落产生的高低差来驱动涡轮机转动，从而产生电能。
这些技术的共同点是利用水流的动能来驱动发电机产生电能，具有稳定可靠的特点。
洋流能发电是指利用海洋中的洋流运动进行发电。
洋流是指全球范围内的海洋水流，它们因为地球自转和地质构造等因素而形成。
洋流能发电利用洋流的动能来驱动涡轮机或涡轮发电机，产生电能。
目前，洋流能发电还处于初试阶段，但已经有一些试验性项目在全球范围内进行中。
关于洋流能发电的具体技术有水平轴和垂直轴涡轮机两种。
水平轴涡轮机是指装置在水下的旋转桨叶，它可以通过海洋中的水流驱动旋转，并发电。
垂直轴涡轮机是指装置在水流中的旋转轴，它可以通过水流的推动来旋转，产生电能。
海流能发电技术有着广阔的应用前景和巨大的经济效益。
首先，海流能是一种可再生的能源，与化石燃料相比，它可以持续不断地供应能源。
同时，海流能的发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，对环境和气候变化的影响较小。
其次，相对于太阳能和风能等其他可再生能源，海流能在能量密度上更高，可以提供更稳定的能源供应。
此外，海流能发电技术还可以促进海洋资源的综合利用，如海洋渔业、海洋生态系统的保护和海洋交通等。
海流能发电装置功率控制技术研究
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２ ０ 年， ０ ５ 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室成功研制 出５ Ｗ ｋ
水平 轴 式 海 流能 发 电装 置 的试 验 样机 ， 在 浙 江 省 岱 山县 海 试 发 电 并 成 功 （ 图 １ 示 ）在此 基 础 上 ， 如何 最 大 程 度地 捕获 海 流 的 能量 如 所 。 对 和 提 高 发 电 电能 品 质 也 进 行 了研 究 。 文 以 ２ｋ 海 流 能 发 电装 置 本 ５Ｗ
维普资讯
新 能 源 发 电 控 制 技 术
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《 气自 化 ２０年 ０ 电 动 ￣ ８ 第３卷第３ ０ 期
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水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析
Vol. 43, No. 1Jan., 2021第43卷第1期2021年1月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析张之阳1,王晓航2,刘蔵兴1,纪仁玮駡郭广廓4(1.江苏海洋大学机械与海洋工程学院，江苏连云港222005;2.哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨150001;3.哈尔滨工程大学海洋可再生能源研究所，黑龙江哈尔滨150001;4.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510000)摘 要：潮流能是海洋可再生能源的重要组成部分，为提高潮流能利用效率，本文基于叶素-动量理论(BEM)方法，给出Glauert 涡流设计理论在水平轴潮流能叶轮设计上的应用。
采用BEM 理论和CFD 数值模拟方法对设计的潮流能叶轮进行水动力性能分析，计算其在不同叶尖速比下的功率特性，2种方法的结果表现了较好的一致 性。
在此基础上，基于BEM 理论，进一步分析叶片表面的载荷分布情况，选取叶片沿展长方向的3个不同位置， 分析翼段的流体动力特性随速比的变化规律。
计算结果表明，潮流能叶轮工作特性满足对功率和效率的要求， 说明了设计方法的可靠性。
本文的研究成果为今后水平轴潮流能叶轮设计及水动力性能预报提供有价值的参考。
关键词：水平轴叶轮；叶片设计：水动力分析；BEM 理论；CFD 数值模拟中图分类号：P743 文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2021)01 - 0078 - 05 doi ： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2021.01.014Design and hydrodynamic performance analysis of horizontal axis tidal current turbineZHANG Zhi-yang 1, WANG Xiao-hang 2, LIU Wei-xing 1, JI Ren-wei 3, GUO Guang-kuo 4(1. School of Mechanical and Ocean Engineering, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005, China;2. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150001, China;3. Institute of Ocean Renewable Energy System, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;4. The Fifth Electronics Research Institute ofMinistury of Industry and Information Technology, Guangzhou 510000, China)Abstract: Tidal current energy is an important component of marine renewable energy. In order to improve the effi ciency of tidal current energy utilization, the application of Glauert eddy current design theory in the design of horizontal ax is tidal current turbine (HATCT) is presented based on the blade element momentum method. Secondly, the BEM theory andCFD numerical simulation method are used to analyze the hydrodynamic performance of the designed HATCT, and thepower characteristics of the HATCT under different tip speed ratios are calculated. The results of the two methods are in good agreement. On this basis, based on BEM theory, the load distribution on the blade surface is further analyzed, and threedifferent positions along the blade extension direction are selected to analyze the variation of hydrodynamic characteristics of the wing section with the speed ratio. The calculation results show that the working characteristics of the HATCT meet therequirements of power and efficiency, and the reliability of the design method is illustrated. The research results of this pa per provide valuable reference for the design of the HATCT and the prediction of its hydrodynamic performance in the future.Key words: horizontal axis tidal current turbine ; blade design: hydrodynamic analysis ; BEM theory; CFD numerical simulation0引言生能源，潮流能具有储量丰富、分布集中且可预测性强等优点。
海流能发电装置的基本组成
海流能发电装置的基本组成
海流能发电装置是利用海洋中的流动能量来驱动发电机从而产生
电能的装置。
其基本组成如下：
1. 海洋涡轮机
海洋涡轮机是海流能发电装置的核心部分，其主要功能是将海洋
中的流体动能转化为机械能，从而带动发电机发电。
常见的海洋涡轮
机包括挂于浮标上的水平轴悬挂涡轮机和固定在海底的垂直轴叶轮机。
2. 海底电缆
海底电缆是将海流能发电机产生的电能从海底输送到陆地的重要
组成部分。
其主要功能是将发电机产生的直流电转化为交流电，并输
送到陆地接入电网。
3. 浮标
浮标是海流能发电装置的重要组成部分，其主要功能在于承载涡
轮机并固定在海洋中的特定位置。
浮标通常是防水且耐腐蚀的结构，
建造时需要考虑海洋环境、波浪条件和海流情况等因素。
4. 发电机
发电机是将海流能转化为电能的关键部件，其主要功能是把涡轮
机带来的机械能转化为电能。
发电机通常由转子和定子两部分组成，
通过磁场相互作用产生电能。
5. 控制器
控制器是控制海流能发电装置运行的关键部件，其主要功能在于实现发电机和海洋涡轮机的匹配，并调节运行参数以确保装置的高效稳定运行。
总之，海流能发电装置是一种利用海洋能源的新型发电装置，采用海洋涡轮机和发电机等主要部件实现海流能到电能的转换。
未来，随着技术的发展和成本的降低，海流能发电装置有望成为一种可靠的清洁能源供应方式，为环保、节能等领域做出积极贡献。
《海洋能的开发利用》 知识清单
《海洋能的开发利用》知识清单一、海洋能的定义与分类海洋能是指蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。
潮汐能是由于天体引力的作用，使得海水产生周期性的涨落运动而具有的能量。
波浪能是由风与海面相互作用产生的，是一种随机性较强的能源。
海流能是由海水流动所产生的动能。
温差能是由于海洋表层和深层水温的差异而产生的能量。
盐差能则是由于海水盐度的差异所蕴含的能量。
二、海洋能的特点1、总量巨大海洋能的储量极其丰富，远远超过了目前人类对能源的需求。
2、可再生性海洋能是一种可再生的能源，只要海洋存在，就能够持续地产生能量。
3、清洁环保在开发和利用过程中，不会产生二氧化碳、硫化物等污染物，对环境友好。
4、分布广泛全球各大海洋都蕴含着丰富的海洋能资源。
然而，海洋能的开发也存在一些挑战和局限性：1、能量密度低与传统的化石能源相比，海洋能的能量密度较低，这意味着需要较大的设备和面积来收集和转化能量。
2、不稳定性受到海洋环境和气候等因素的影响，海洋能的产生具有不稳定性和间歇性。
3、高昂的开发成本开发海洋能需要先进的技术和设备，前期投资巨大，成本较高。
4、技术难度大海洋环境复杂恶劣，对设备的耐腐蚀性、可靠性等要求极高，技术研发难度大。
三、海洋能的开发技术1、潮汐能开发技术（1）潮汐电站通过建造大坝和水闸，在涨潮和落潮时控制海水的流动，驱动水轮机发电。
（2）新型潮汐能技术如潮汐流发电技术，利用潮汐水流直接驱动涡轮机发电。
2、波浪能开发技术（1）振荡水柱式利用波浪的上下运动推动空气，驱动空气涡轮机发电。
（2）点头鸭式装置随波浪上下运动，通过液压系统将机械能转化为电能。
（3）筏式多个浮体随波浪运动，通过机械传动装置发电。
3、海流能开发技术（1）水平轴涡轮机类似于风力涡轮机，但其叶片设计适应海流的特点。
（2）垂直轴涡轮机适合不同方向的海流，具有较好的适应性。
4、温差能开发技术（1）开式循环利用表层温海水蒸发低沸点工质，推动涡轮机发电。
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项目组成员：
张泽昊
黄秋实
薛祎凡
主讲人：
2014/3
传统能源的危机
•传统能源在利用时，大多是通过燃烧，在燃烧的过程中，有
害物质会对人体产生危害。
由于世界范围内的能源危机，海洋新型无污染可再生能源的开发利用已势在必行。
什么是海流能
•海流能是指海水流动的动能。
海流就像人体血管内的血流一
样，不断地输送着营养，因此
海流被人们形象地比作“海洋
的血流”，一次来产生动能为
人所用。
海流能的能量与流速的平方和流量成正比。
海流能的变化有规律。
潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。
流速在2m/s以上的水道有实际开发的价值。
发展海流能的条件
•我国是一个具有丰富海洋能资源的国家，可开发利用量达10亿kW的量级。
•中国海域辽阔，有形式各异的海流能．这些海流的流速大，流量稳定．据估计中国近海和沿岸海流的能量就可达到一亿千瓦。
•海流能发电装置核心装备要研究的有叶片形式，传动形式，发电形式。
叶片形式：叶片是海流能捕获装置的关键部件，作为一级能量转换装置，其效率高低直接决定了机组效率的大小。
传动形式：在叶轮捕获能量后，需要经过传动系统来将能量传给发电机，目前海流能所选用的传动系统多是齿轮箱传动方式，因为齿轮箱传动方式与垂直轴式结构相比,水平轴式潮流能发电装置具有效率高、自启动性能好的特点。
•发电形式：如右图。
•水平轴海流能发电装置的附属装备部分需研究的有：载体样式、布置方式、密封形式。
•布置形式：如图为离网式水平轴海流能发电装置结构图，海流能发电机组主要由机械系统和电气系统两大部分组成。
•Marine Current Turbine公司在此方面有
所造诣。
该公司设计的样机Seaflow可
达300kW（2003）.
•该公司研发的的1.2 MW双叶轮结构的
Seagen样机成功进行了试运行（图14）
Seaflow
Seagen
• 3.浙江大学:20 kW级机组稳定运行。
4.东北师范大学针对用于海洋探测仪器的发电装置进行研究,进行了相关试验。
海流能未来发展前景
•从商业开发来看：各种海洋能技术发展状况中,海流能发电技术最为成熟,已经达到了商业开发阶段。
从能量角度来看：海流能属于机械能，机械能优于热能，因此在转换效率和发电设备成本等方面具有一定优势。
从是尺寸大小来看：海流能机械尺度较小，一旦需要，可在短时
间内组装完成，具有一定的军事前景。
海流能未来发展前景
•从规模角度来看：规模可大可小，大规模设备可由适当装机容量的若干装置并联而成。
从环境角度来看：对环境的影响较小，有利于可持续发展。
从分布角度来看：分布广泛，易于开发。
科研小组活动日期安排
2014年1~3月，文献调研阶段。
查阅文献资料，对
水平轴海流能装置进行全面了解，构思初步的设计
方案。
2014年4~6月，方案设计阶段。
制定详细、完整的
装置设计方案。
着手进行数值模型的建模工作。