关于竖轴水轮机式潮流能发电装置开发现状与发展趋势的分析

摘 要：如今全球能源贫乏，环境问题逐渐加剧。潮流能作为一种清洁型环保可再生能源，具备分布广、储量多、无污染等特点，在提高能源利用率，减少环境污染方面有着举足轻重的作用。本文将主要围绕竖轴水轮机式潮流能发电的优点展开分析，并探究其市场前景。

关键词：竖轴水轮机；潮流能；发电装置

引言：近年来，伴随人们生活水平的不断提高，用电需求也随之增加，火力发电备受环境保护的限制，核能发电则在安全技术的影响下也难以进一步发展。新兴的水轮机发电不但对环境无污染，还能大规模阵列布置，有着独特的使用优势。因此，必须要加强竖轴水轮机式潮流能发电装置的研究，为人们提供优质的电力服务。

一、竖轴水轮机式潮流能发电装置的开发现状和优点

（一）开发现状

目前，潮流能发电装备依据水轮机旋转轴和海平面的地理关系，被分成横轴、竖轴与水平轴水轮机式。其中横轴水轮机式潮能发电装备和竖轴水轮机式潮流能发电装备相仿，仅是水轮机布置形式有所不同，由于备受应用制约，往往用竖轴水轮机式潮流能发电装备所顶替。

水平轴水轮机潮流能发电装备技术发展较为迅速，已获得兆瓦级项目，比如西方发达国家研发了Sea Gen潮流能发电装备、Open Centre潮流能发电装备等等，而前者现已实现并网发电，踏上商业化经营道路。

和水平轴水轮机式做比较，竖轴水轮机式潮流能发电装备具备适用大规模陈列分布、适应流向性好等特征，有着特殊的使用优点。目前备受各国所关注，处于理论探究与试验示范的飞速发展时期[1]。

（二）主要优点

竖轴水轮机主要分为三种，一种是漂浮式潮流能发电装备、一种是坐底式潮流能发电装备，还有一种则是桩柱式潮流能发电装备。下面将以此叙述各自优点：

1.漂浮式潮流能发电装备优点

具体优点表现在：第一，构造简单，对船厂的生产技术要求较低，生产投入少；第二，安装运输便捷，机组与载体在船厂运用常规设施安装后，使用拖船放在指定站址系泊稳固。第三，平台甲板空间大，有助于发电机组的分布与工作人员的操作。第四，维护修理便捷，发电设施在水面上有利于维修，后期监管与维护开销低。

2.坐底式潮流能发电装备优点

此种潮流装置优点体现在：一是，适合在浅海地区使用；二是，发电机组要置于水面以下，受海上风力影响较小，构造稳定；三是，不干扰航道上船舶通行。

3.桩柱式潮流能发电装备优点

此潮流能发电优点为：首先，结构牢固，在风浪流影响下桩柱不会出现运动，水轮机发电机组建设在桩柱上可靠安全。其次，发电机组和水轮机组是可升降构造，便于装备维修和维护。

具体应用中，要结合海域深度、海底地貌、航运以及海况和技术水平、经济条件等方面，选用正确的潮流能发电装备方式。

二、竖轴水轮机式潮流能发电装置发展趋势探究

（一）商业化发展

竖轴水轮机式潮流能发电装备和其余发电装备相似，其诞生与发展的最终目标是为了满足人们生产与平常生活的用电要求。伴随技术的突飞猛进，其将和核电、火电以及水电等装备相同，走向商业化发展市场[2]。

（二）大型化发展

现阶段，此装备的探究和运用还滞留在试验示范时期，为推动商业化发展即高功率、有效的发电，发电装备大型化，特别是重点部件水轮机与支撑载体的大型化是主要发展方向。

（三）集群化规模发展

要想正确引导竖轴水轮机潮流能发电装备实现商业化道路发展，不但要利用单机大型化的形式，还要通过集群化形式。具体是指在潮流能富裕的海域，设置若干组发电装备，统一并网送电，促进电能规模化制造。

三、主要技术

（一）高效稳定的潮流能发电装备研发设计技术

此种装备是潮流能运用发展的前提条件，涉及研发功能高效、运作可靠的竖轴水轮机和与其相搭配的高功效搭配平台。比如近年来非常盛行的螺旋型叶片潮流能发电装备、半潜式潮流能发电装备等等。

（二）發电装备性能的素质模拟和实验预报技术

竖轴水轮机式潮流能发电装备工程运用的重点在于：水轮机、载体包括竖轴水轮机、载体和外界环境耦合效果下实现发电装备功能、水动力功能的数值模拟和实验预报。相关人员必须要进一步探究发电装备功能的实验预报和数值模拟技术。

（三）电力转变技术

潮流能发电装备发电功率、电流和电压波动明显，要通过电力转变装备让输送的电能在方式上和已有用电设施的要求相适应，在质量上达到客户要求。怎样运用电力电子开关器件结构适合的电力转变装备是处理以上问题的重中之重，特别是潮流能发电装备实现集群化发展后，多机组并网会让此技术更为繁杂。

结论：综上所述，竖轴水轮机式潮流能发电装备要想实现可持续发展，相关人员必须要从电力转变技术、海上施工等方面加强研究，争取技术创新，提高潮流能利用率，为人们提供优质服务。

参考文献：

[1]孙科，李岩，张亮.串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析[J].哈尔滨工业大学学报，2018，50（05）：185-191.

[2]孙科，赵金辉，王凯.竖轴水轮机叶片安装位置对水动力性能影响的研究[J].船舶工程，2016，38（12）：37-40+45.

作者简介：

戚祥健（1989-6），男，江苏省常州市人，民族：汉。职称：助理工程师。学历：大学本科。