1、潮流能发电装置分类

潮流能发电装置近年来发展迅速，装置的关键技术是潮流能获取装置。近一、二十年来,人们提出了五花八门的潮流能获取系统,但大部分为旋转类水轮机。又由于潮流能发电和风力发电都是利用流体的动能发电,故许多潮流能获取装置的灵感都来源于各种风力机,采用了许多类似风力机的结构。目前,世界上主要潮流能获取装置如图1-1。

图1-1  潮流能获取装置的分类

在图1-1所示的各型潮流能获取装置中,以水平轴潮流能水轮机应用最多,竖轴潮流能水轮机次之。

（1）水平轴潮流能水轮机

水平轴潮流能水轮机又称轴流叶轮水轮机,这种水轮机类似于常见大型风力机,其水流方向与旋转轴平行,利用水流推动叶轮旋转桨叶发电。水平轴潮流能水轮机又可按结构分为风车式、空心贯流式和导流罩式。

a．风车式潮流能水轮机（水下风车）

风车式潮流能水轮机是目前技术比较成熟、发展最快的机型。风车式潮流能水轮机的工作原理和结构都与现代风力机类似,其水轮机翼型叶片可以是固定的,也可以是可调的。

风车式潮流能水轮机结构简单,稳定性较好,获能系数较高。

目前,风车式潮流能水轮机已为许多公司所推崇采用,其主要代表公司有英国洋流水轮机公司（Marine current Turbines,Ltd,MCT）、英国的SMD公司、美国绿色能源公司公司（Veraant power Co.）和福伊特水电潮汐（Voith Hydro Tidal）公司等。    

英国  MCT公司 SenFlow型300kW潮流能装置         SMD公司的TidEL型1MW潮流能水轮机

b．空心贯流式潮流能水轮机

空心贯流式潮流能水轮机的代表公司是爱尔兰公司Open Hydro和加拿大Cleaner Current Power公司。

C．导流罩式水平轴潮流能水轮机

这种水轮机是在水平轴水轮机转子叶轮外面增加一个导流罩。导流罩具有导流、聚能的作用，可以使通过水轮机的水流能量更加集中，获能效果更高。

目前采用导流罩式潮流能水轮机技术的主要公司有：英国月能（Lunar Energy）公司、美国水下风筝（Underwater Electric Kite，UEK）公司和新加坡Atlantis Resourse公司等。

（2）竖轴潮流能水轮机

竖轴潮流能水轮机又称横流叶片式水轮机，其工作原理与达里厄式竖轴风力机相似，水流方向与叶轮旋转轴垂直撇流，桨叶有直叶片与旋转轴平行和螺旋形叶片两种。

（3）振荡式水翼潮流能装置

振荡式水翼潮流能装置通过把翼型水翼与摆臂连接，当水流流过时，升力和阻力使水翼上升，使摆臂上下摆动，驱动液压马达发电。

2.典型潮流能电站

（1）英国的SeaFlow和SeaGen潮流能电站

英国是目前世界上潮流能发电技术最先进的国家，也是世界上潮流能开发较早、较多的国家。2003年，英国在德文郡的lynmouth外海投运首台300kW的SeaFlow型潮流能发电机组；2008年4月，1.2MW SeaFlow型潮流能发电机组在北爱尔兰Strangford湖投入运行，2008年12月，机组满发、超发。Strangford潮流能发电站还将安装10台1.2MW机组，总装机容量达到12MW。目前，英国正在苏格兰和北威尔士建设大型潮流能发电场，将安装1.2MW及1.5MW的SeaFlow型机组及其他型式的潮流能发电机组。

1.2MW的SeanGen是目前世界上投入商业运行最大潮流能发电机组，参数如下：

额定功率：1.2MW（设计功率系数0.45）

额定流速：2.25m/s；最低工作流速：0.7m/s

水轮机直径：16m

180°变角

MTC公司

（2）韩国潮流能电站

韩国是一个化石能源贫乏的国家。近年来对潮汐能源的开发不遗余力。除拦坝蓄水建设大型潮汐电站外,对潮流能发电也情有独钟。

2005年，韩国在全罗南道珍岛郡（Jindo）的Uldolmok海峡建设第一座潮流能发电场，2009年5月，首台1MW的Gorlov型潮流能机组投入商业运行，按照规划，2013年底前，该潮流发电场将总共安装90台1MW的潮流能机组，使ldolmok潮流能发电场的总装机容量达到90MW。

韩国全罗南道莞岛郡（Wandon）正在建设两座巨型潮流能发电场，一座是韩国Midland动力公司与英国月能（Lunar Energy）公司合作建设的位于Hoenggan的潮流能发电场，计划安装300台1MW潮流能发电装置。2009年，1MW的样机已通过测试，整个工程计划于2015年完工。潮流能发电机组参数如下：

额定功率：1MW

水轮机直径：11.5m

韩国全罗南道莞岛郡（Wandon）另一座潮流能发电场称为“海龟”发电场，由位于韩国的Voith Hydro Tidal公司提供设备。装置为水下风车式，单台水轮机功率为1MW，安装在桥型结构上，桥型结构的横梁可以转动，使水轮机在涨潮和退潮时均可朝向水流方向。发电场总装机容量达600MW，计划2018年完工。

（3）美国RITE潮流能电站

2002年，美国绿色能源（Verdant Power）公司启动了RITE工程，工程在纽约东河中进行。该项目分三个阶段：2002年—2006年为模型测试阶段；2006—2008年为示范验证阶段；2009年—2012年, 在东河中安装30台水下潮流发电机组，向电网输送电力。该项目示范验证阶段已经完成。潮流能发电装置参数如下：

额定功率：35.9kW

额定流速：2.2m/s

水轮机转子直径：5m

美国绿色能源公司的35.9kW三叶片水平轴潮汐能水轮机

目前，Verdant Power公司又启动了CORE项目，该项目位于美国—加拿大的安大略湖，计划装机15MW。

（4）新加坡潮流能装置

以新加坡为基地的Atlantis Resources公司是世界上著名的潮流能装置开发商之一。公司开发了两种型号的潮流能机型。Nereus机型用于浅海海域(小于25m)，目前已完成150kW和400kW机组的测试，正在挪威开发1MW机组；Solon机型用于深海海域（大于25m），500kW机组于2008年8月完成测试，正开发2MW机组。

3、我国潮流能技术发展

（1）全国潮流能技术发展

1958年在大跃进的热潮中，广东顺德县水电局在桂畔海水闸进行了潮流能发电试验。同年冬天，山东水利科学研究所在山东荣城县斜口湾进行了潮流能发电试验，在两台相连的船上安装两台水轮机（直径0.8m，长2.78m）。1969年，江苏在南京长江大桥下进行了水流发电试验，采用3台直径为5m的螺旋桨式水轮机。舟山农民企业家何世钧潜心研究潮流能发电，1978年，将两台卧式螺旋桨水轮机装在一只船的船尾，通过油压传动带动发电机发电。

1980年代初，哈尔滨工程大学等采用漂浮系泊式立轴自调直叶片摆线式双转子水轮机方案，开始潮流能发电研究。1980年代中期完成1kW样机装置。接着完成了10kW潮流能实验电站的设计研究。2002年4月，中国第一座潮流能实验电站在舟山市岱山县龟山水道建成发电。“十五”期间，哈尔滨工程大学在国家“863工程”支持下，研制了40kW海底固定式竖轴潮流能发电系统，2006年在岱山县高亭港内试运行。东北师范大学2008年研制成功1kW水下漂浮式水平轴潮流能发电装置；中国海洋大学和机械科学研究总院2008年研制成功5kW柔性叶片水轮机潮流能发电装置；浙江大学2009年研制成功25kW固定式水平轴潮流能发电装置。意大利阿基米德桥公司联合英国爱丁堡大学和意大利那不勒斯大学，与中国国家海洋局第二海洋研究所、哈工大和浙江省情报所等单位合作，开展“舟山潮流能开发技术可行性研究”，完成了舟山海域的金塘、西侯门和龟山三个强潮流能水道的潮流资源调查，并推荐龟山水道为最佳试验水道；对欧方提出的“KOBOLD”竖轴可调叶片水轮机进行了适应舟山潮流能特性的选型研究。

目前我国潮流能发电研究已进入实海况的应用示范研究阶段。“150kW潮流能电站关键技术研究与示范”作为我国六大海洋能开发利用重点项目之一，已纳入《国家中长期科学技术发展规划纲要》（2006—2020）。

（2）岱山县潮流能试验电站

岱山的潮流能开发走在全国前列。

1996年，岱山县开始参与潮流能发电研究开发，与哈尔滨工程大学合作进行“70kW潮流实验电站”项目。该电站是一座海上潮流能转换装置，建于岱山县龟山水道，并列入国家“九五”重点科技攻关项目，于2002年建成。

2003年，岱山县又会同哈尔滨工程大学申报了后续项目“潮流发电试验电站的实用化”，该项目总投资180万元，设计功率40kW，被列入国家“863”计划。据介绍，该项目建于岱山县高亭仙洲公园与对港山之间水道，通过研究将海洋潮流能高效地转换为电能，研建可长期自动运行的示范性导流型潮流独立发电系统。该项目在原“70kW潮流实验电站”成果的基础上进行技术改良和开发研究，提高了发电机组效率和可靠性。经过两年多努力，该项目顺利通过鉴定，并受到专家一致好评。

岱山的潮流能发电项目引起了联合国工业发展组织的关注，打算在岱山再建造一个功率约120～150kW的潮流能电站，进一步开发潮流能资源。2006年，联合国工业发展组织意向性地提出将在中国实施潮流发电项目。得知这一消息后，岱山县会同哈尔滨工程大学等单位，派员参加在广州召开的该项目合作洽谈会，并达成初步意向。2006年3月，岱山县科技局对岱山海域的潮流能分布进行调查，在主要流速较急的地方观测调查。经过近8个月的调查论证，确定龟山水道最适合建设潮流发电站。2006年11月，由联合国工业发展组织牵头，中国与意大利在罗马签订了开发潮流能发电项目的合作协议，开发120kW潮流能发电站，预算投资约400万元。2010年10月15日，“150千瓦潮流能关键电站技术研究示范”项目开工仪式在高亭船厂举行。该项目为国家科技支撑计划项目，由哈尔滨工程大学、山东电力咨询有限公司、国家海洋技术中心、哈电发电设备国家工程研究中心有限公司、岱山县高亭船厂共同承担，总投资1118万元。该项目的开工建设标志着我国高性能潮流水轮机的自主设计迈出了坚实的一步，对优化能源结构、改善环境污染、发展低碳经济、开发拥有自主知识产权的高新技术具有重要的实际意义。

相比起其他能源的开发利用，潮汐能发电显得更为“年轻”，潮汐能发电的前景也将更广阔，更有活力。

                              中国水电顾问集团华东勘测设计研究院   胡士兵