一種新型半遮蔽式潮流能發電裝置設計*

祝俊杰,方 舟,王 樂

(嘉興南洋職業技術學校,浙江 嘉興 314000)

一種新型半遮蔽式潮流能發電裝置設計*

祝俊杰,方 舟,王 樂

(嘉興南洋職業技術學校,浙江 嘉興 314000)

潮流能資源是未來能源的重要補充,特別是在解決海島的能源供應上意義重大.目前潮流能發電裝置的獲能效率較低,而垂直軸發電裝置的優點在于可以在潮流方向相反時均能進行發電,具有一定的優勢.半遮蔽垂直軸潮流能發電裝置能有效提高潮流能發電裝置的效率及潮流能的利用率,促進潮流能這種新能源的開發利用.

潮流能;半遮蔽;水輪機;發電裝置

潮流能是非常有前景的可再生新能源之一,尤其進入能源短缺的21世紀,其發電利用技術一直是各國學者研究的熱點.相比于成熟的風力發電技術,潮流能發電有著無可比擬的自然條件優勢.我國潮流能蘊藏量極為豐富,但潮流能發電技術的發展卻遠遠落后于發達國家,近年來,國內各科研單位對潮流發電進行了大量有益的探索,但進入工程實用領域的卻屈指可數.因此,從經濟技術的可行性和可持續發展的角度考慮,開發和利用潮流能發電具有重要的戰略意義.本文旨在設計一種新型的半遮蔽潮流能發電裝置,通過特殊的導流裝置及陣列排列,匯聚水流.對葉輪進行改善,對葉片進行加強筋設計,并加上類似船舶中運用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.同時,設備采用載水艙及樁腿噴沖孔設計,使設備更加人性化,不必花費太大的精力去為設備的移動及清理所煩惱.

圖1所示為一種新型的半遮蔽潮流能發電裝置.

圖1 一種新型的半遮蔽潮流能發電裝置

浙江近岸均為強潮區,所在的舟山群島占我國潮流能量的50%左右,開發潛力較大.按獲能裝置工作原理的不同,潮流能發電裝置可分為水平軸葉輪式、垂直軸葉輪式、振蕩式和其他形式等.本文旨在設計一種新型的半遮蔽潮流能發電裝置,通過特殊的導流裝置及陣列排列匯聚水流.通過對葉輪進行改善,對葉片進行加強筋設計,并加上類似船舶中運用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.

1 裝置設計思路

1.1 半遮蔽式導流罩設計

半遮蔽式導流罩外側為平面,靠近葉輪的內側由3塊面板組成,前后2塊面板由前后兩端向中部呈流線型逐漸變寬,以起到匯聚水流的作用;中部的面板以半圓弧形凹槽面與前后2塊面板相連接.半圓弧形凹槽面使旋轉軸一側的葉輪被遮蔽,另外暴露在外的一半水輪受到匯聚水流的沖擊旋轉,帶動整個水輪旋轉發電.圖2為導流裝置示意圖.

圖2 導流裝置示意圖

1.2 襟翼式水輪機葉片設計

船舶襟翼舵原理應用于水輪機,通過改變襟翼偏轉角度,可降低不同方向的水流對水輪機的影響,提高水輪機扭轉力矩,反向潮流也可以同樣有效地發電,提高潮流能利用率.

1.3 壓載水艙及樁腿噴沖孔設計

殼體具有水密性,其頂部和底部設計有壓載水入口,通過抽出或打入海水控制該發電裝置的上浮和下沉,方便裝置安裝、水面拖帶移動和維護樁腿與殼體相連通,內部管系控制樁腿噴沖孔排出高壓水流疏散海底泥沙,方便裝置拆卸、維修、安裝.

1.4 裝置陣列式設計

單組裝置遮蔽導流殼體的外側面平直,可以先進行標準化設計制造,然后根據不同水域寬度將多組裝置進行橫向陣列式對接安裝,使潮流能發電實現規模化.

2 總結

普通的垂直軸水輪機有一個不足就在于,潮流流動方向垂直于水輪機軸向的時候,水輪機的葉片轉動方向將有一半的時間與來流方向相反,來流反而阻礙水輪機的轉動.假設水輪機設計工況為順時針轉動,當水輪機葉片轉到左側時,旋轉方向將與潮流流動方向相反,阻礙水輪機的轉動,降低其獲能效率.而如果采用本項目的裝置后,潮流能經過導流裝置的作用,其流動方向將發生改變,水流將更多地垂直沖擊水輪機葉片,并且不會有水流方向與水輪機葉片旋轉方向相反的情況.本裝置可以多個并行,一方面便于制造,另一方面相對的2個導流裝置會產生互相有利的作用,進一步提升水輪機的獲能效率.

潮流能資源是未來能源的重要補充,特別是在解決海島的能源供應上意義重大.當前潮流能發電裝置的獲能效率較低,而垂直軸發電裝置則具有一定的優勢--可以在潮流方向相反時均能進行發電.本設計中的半遮蔽垂直軸潮流能發電裝置不僅能夠有效提高潮流能發電裝置的效率,還能夠提高潮流能的利用率,進而促進潮流能這種新能源的開發利用.

[1]戴軍.潮流發電技術的發展現狀及趨勢[J].電力與能源,2010(1):37-41.

[2]魏東澤.潮流能開發技術研究進展[J].可再生能源,2014(7):1067-1074.

[3]馬舜,李偉,劉宏偉,等.25 kW獨立運行式水平軸潮流能發電系統[J].電力系統自動化,2010(14):75-77.

[4]丁曉,李洪遠.潮流能發電的潛在環境影響及其評價指標體系研究[J].海洋經濟,2011(04):36-39.

[5]張健,宣耀偉,章正國,等.舟山潮流能發電分析[J].中國水運,2012(11):125-127.

祝俊杰(1995-),船舶工程技術專業,從事船舶與海洋結構物設計制造研究.

〔編輯:劉曉芳〕

TK73

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.124

2095-6835(2017)22-0124-02

浙江省大學生新苗人才計劃(編號:2016R472002)