關于豎軸水輪機式潮流能發電裝置開發現狀與發展趨勢的分析

摘 要：如今全球能源貧乏，環境問題逐漸加劇。潮流能作為一種清潔型環保可再生能源，具備分布廣、儲量多、無污染等特點，在提高能源利用率，減少環境污染方面有著舉足輕重的作用。本文將主要圍繞豎軸水輪機式潮流能發電的優點展開分析，并探究其市場前景。

關鍵詞：豎軸水輪機；潮流能；發電裝置

引言：近年來，伴隨人們生活水平的不斷提高，用電需求也隨之增加，火力發電備受環境保護的限制，核能發電則在安全技術的影響下也難以進一步發展。新興的水輪機發電不但對環境無污染，還能大規模陣列布置，有著獨特的使用優勢。因此，必須要加強豎軸水輪機式潮流能發電裝置的研究，為人們提供優質的電力服務。

一、豎軸水輪機式潮流能發電裝置的開發現狀和優點

（一）開發現狀

目前，潮流能發電裝備依據水輪機旋轉軸和海平面的地理關系，被分成橫軸、豎軸與水平軸水輪機式。其中橫軸水輪機式潮能發電裝備和豎軸水輪機式潮流能發電裝備相仿，僅是水輪機布置形式有所不同，由于備受應用制約，往往用豎軸水輪機式潮流能發電裝備所頂替。

水平軸水輪機潮流能發電裝備技術發展較為迅速，已獲得兆瓦級項目，比如西方發達國家研發了Sea Gen潮流能發電裝備、Open Centre潮流能發電裝備等等，而前者現已實現并網發電，踏上商業化經營道路。

和水平軸水輪機式做比較，豎軸水輪機式潮流能發電裝備具備適用大規模陳列分布、適應流向性好等特征，有著特殊的使用優點。目前備受各國所關注，處于理論探究與試驗示范的飛速發展時期[1]。

（二）主要優點

豎軸水輪機主要分為三種，一種是漂浮式潮流能發電裝備、一種是坐底式潮流能發電裝備，還有一種則是樁柱式潮流能發電裝備。下面將以此敘述各自優點：

1.漂浮式潮流能發電裝備優點

具體優點表現在：第一，構造簡單，對船廠的生產技術要求較低，生產投入少；第二，安裝運輸便捷，機組與載體在船廠運用常規設施安裝后，使用拖船放在指定站址系泊穩固。第三，平臺甲板空間大，有助于發電機組的分布與工作人員的操作。第四，維護修理便捷，發電設施在水面上有利于維修，后期監管與維護開銷低。

2.坐底式潮流能發電裝備優點

此種潮流裝置優點體現在：一是，適合在淺海地區使用；二是，發電機組要置于水面以下，受海上風力影響較小，構造穩定；三是，不干擾航道上船舶通行。

3.樁柱式潮流能發電裝備優點

此潮流能發電優點為：首先，結構牢固，在風浪流影響下樁柱不會出現運動，水輪機發電機組建設在樁柱上可靠安全。其次，發電機組和水輪機組是可升降構造，便于裝備維修和維護。

具體應用中，要結合海域深度、海底地貌、航運以及海況和技術水平、經濟條件等方面，選用正確的潮流能發電裝備方式。

二、豎軸水輪機式潮流能發電裝置發展趨勢探究

（一）商業化發展

豎軸水輪機式潮流能發電裝備和其余發電裝備相似，其誕生與發展的最終目標是為了滿足人們生產與平常生活的用電要求。伴隨技術的突飛猛進，其將和核電、火電以及水電等裝備相同，走向商業化發展市場[2]。

（二）大型化發展

現階段，此裝備的探究和運用還滯留在試驗示范時期，為推動商業化發展即高功率、有效的發電，發電裝備大型化，特別是重點部件水輪機與支撐載體的大型化是主要發展方向。

（三）集群化規模發展

要想正確引導豎軸水輪機潮流能發電裝備實現商業化道路發展，不但要利用單機大型化的形式，還要通過集群化形式。具體是指在潮流能富裕的海域，設置若干組發電裝備，統一并網送電，促進電能規模化制造。

三、主要技術

（一）高效穩定的潮流能發電裝備研發設計技術

此種裝備是潮流能運用發展的前提條件，涉及研發功能高效、運作可靠的豎軸水輪機和與其相搭配的高功效搭配平臺。比如近年來非常盛行的螺旋型葉片潮流能發電裝備、半潛式潮流能發電裝備等等。

（二）發電裝備性能的素質模擬和實驗預報技術

豎軸水輪機式潮流能發電裝備工程運用的重點在于：水輪機、載體包括豎軸水輪機、載體和外界環境耦合效果下實現發電裝備功能、水動力功能的數值模擬和實驗預報。相關人員必須要進一步探究發電裝備功能的實驗預報和數值模擬技術。

（三）電力轉變技術

潮流能發電裝備發電功率、電流和電壓波動明顯，要通過電力轉變裝備讓輸送的電能在方式上和已有用電設施的要求相適應，在質量上達到客戶要求。怎樣運用電力電子開關器件結構適合的電力轉變裝備是處理以上問題的重中之重，特別是潮流能發電裝備實現集群化發展后，多機組并網會讓此技術更為繁雜。

結論：綜上所述，豎軸水輪機式潮流能發電裝備要想實現可持續發展，相關人員必須要從電力轉變技術、海上施工等方面加強研究，爭取技術創新，提高潮流能利用率，為人們提供優質服務。

參考文獻：

[1]孫科，李巖，張亮.串列豎軸水輪機尾流場影響CFD模擬分析[J].哈爾濱工業大學學報，2018，50（05）：185-191.

[2]孫科，趙金輝，王凱.豎軸水輪機葉片安裝位置對水動力性能影響的研究[J].船舶工程，2016，38（12）：37-40+45.

作者簡介：

戚祥健（1989-6），男，江蘇省常州市人，民族：漢。職稱：助理工程師。學歷：大學本科。