潮流能发电及潮流能发电装置 戴庆忠 摘要潮流能发电是利用潮汐动能的一种发电方式。由于潮流能发电不需要筑坝 拦水，具有对环境影响小等许多优点。因此，近年来潮流能发电引起许多国家 重视，潮流能发电技术发展很快。本文从分析潮流能的特点入手，介绍了国外潮 流能发电的近况，重点介绍目前出现的各种潮流能发电装置，包括水平轴潮流能水轮机、竖井潮流能水轮机、振荡水翼式潮流能装置等。 关键词潮汐潮流能潮流能水轮机潮流能发电 1前言 1.1 潮流能的特点 潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。而潮流能发电则是直接利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电。 众所周知，潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象。潮汐现象伴随两种运动形态：一是涨潮和落潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即潮流。前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。可以说，两者是与潮汐涨落相伴共生的孪生兄弟。对前者，可以采用类似河川水力发电的方式，筑坝蓄水发电；而对本文所介绍的潮流能，可以采用类似于海流发电方式，利用潮流的动能发电。 与常规能源比较，潮流能有以下特点： (1)潮流能是一种可再生的清洁能源。
(2) 潮流能的能量密度较低(但远大于风能和太阳能)，但总储量较大。 (3) 与海流能不同，潮流能是一种随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循， 并可提前预测预报。 (4) 潮流能发电不拦海建坝，且发电机组通常浸没在海中，对海洋生物影响较小，也不 会对环境产生三废污染，不存在常规水电建设中头疼的占用农田、移民安置等诸多问题。 (5) 与陆地电力建设相比，潮流能开发环境恶劣，一次性投资大，设备费用高，安装维 护和电力输送等都存在一系列关键技术问题。 1.2 潮流能水轮机输出功率的计算 潮流能机组输出功率的计算公式为： P=ηρ23 AV 式中 P ——功率，W ρ——海水密度，1025kg/m 3 A ——潮流水轮机转子扫掠面积，m 2 V ——潮流速度，m/s η——效率 从上述可以看出，潮流能机组的输出功率很大程度决定于潮流速度。一般来说，潮流 速度大于1m/s 的海域即有开发价值。 1.3 世界潮流能储量及分布 潮流能主要集中在近海浅水海域，特别是海峡、水道和湾口处。根据联合国科教文组 织估计，世界可开发利用的潮流能总量约为３亿kW 。世界上潮流能储量丰富的地区包括中国、英国、日本、国、新西兰和加拿大等地区。 1.3.1 国外潮流能丰富的地区
1、某水轮机进行效率试验时测得的读数如下：水轮机进口压力表的读数为6.3kg/cm2，装压力表处的钢管直径为6m ，压力钢管中心高程为90 m ，压力表距钢管中心距离为3.5m 。水轮机的流量Q 为270m3/s ，下游尾水位高程为97m ，发电机出力为1.5╳105kW ，发电机的效率97.5%f η=。求该工况下水轮机的效率。 ()()2 2 22122 22 1122111 22212125=02270 9.556229.55==4.65229.8122=4.6590 3.5630097=64.15 1.51097.5%9.81270a n P P V g Q V m s D V m g V P V P H E E Z Z g g m P P αγγππαααγγη≈===???? ? ??????????=-=++-++ ? ? ????+++-++?==??解：将水轮机出口断面取在下游断面，则，=0.905 64.15 2、已知某水电站装有ZZ440-LH-800型水轮机，设计流量Q=490m3/s ，设计水头为21米，额定转速为60rpm ，叶片出口角0227β=，轮毂直径10.5B d D =，容积效率98%v η=，水力效率95.2%h η=。试绘制该工况下水轮机进、出口水流速度三角形，并求进口角。 ()()()11212222212220 20222211221860 25.133/60 6049098% 12.738/111844412.738 25.1330.133/tan tan 2712.738tan 890.133 1 1 2195.2%25.13325.9.8 m m B m u m u s u u u D n U U m s Q V V m s K D d V V U m s V V H U V U V g V ππππβααη??== = =?== = =-???-=-=-===== -?=-，得() 1011110 111111330.1337.928/12.738 tan 587.928 12.738 tan 3725.1337.928 u m u m u V m s V V V U V ααββ?===== ==--，得，得
·130· 可再生能源 Renewable Energy Resources 第28卷第4期2010年8月 Vol.28No.4Aug.2010 引言 潮流能是20世纪70年代提出的可供利用的可再生能源[1]，[2]，与常规能源相比具有以下优点：能源储量大，良好的可预测性，环境影响相对小。水轮机作为最主要的潮流能换能装置，被称为潮流水轮机。传统水力发电站（如三峡电站）、潮汐电站（如江厦电站）的水轮机是通过势能产生的压力差推动叶片转动，而潮流水轮机是一种无压降或低水头的水轮机，与风力机的基本原理相近，将流体动能转换为机械能。根据伯努力方程，两者的本质区别为前者主要是压力水头的作用，后者 是速度水头的作用[3]，[4]。本文从结构出发，分别介绍了3类潮流水轮机的特点，综述了国内外潮流水轮机的研究现状、方法及性能，分析了潮流水轮机研究存在的不足及其发展趋势。 1潮流水轮机的结构特点 潮流发电技术作为目前海洋能源开发的重要 技术之一，受到了研究者们的广泛关注。潮流水轮机是其中的核心技术之一。近年来，潮流水轮机的研究已经取得了长足的发展，出现了多种类型的结构形式[5]。根据其结构运行的情况，潮流水轮机可分为水平轴、竖轴和横轴3类（图1）。 收稿日期：2009-10-27。 基金项目：国家高新技术研究与发展计划（“863”计划）资助项目（2009AA05Z430）。 作者简介：戴军（1984-），男，汉族，山西省大同人，硕士研究生，主要从事新能源技术开发研究。E-mail ：daijun100@https://www.doczj.com/doc/3b12864762.html, 潮流水轮机的研究进展 戴 军，单忠德，王西峰，杨 杰 （机械科学研究总院先进制造技术研究中心，先进成型技术与装备国家重点实验室，北京100083） 摘 要：概述了潮流水轮机的国内外发展情况，对3种不同结构的潮流水轮机的类型和特点作了比较分析，介 绍了潮流水轮机的研究方法以及性能研究，指出了潮流水轮机的未来发展方向。关键词：可再生能源；潮流能；潮流水轮机；研究进展中图分类号：TK79 文献标志码：B 文章编号：1671-5292（2010）04-0130-04 Research status of tidal current turbine DAI Jun ，SHAN Zhong-de ，WANG Xi-feng ，YANG Jie （1.China Academy of Machinery Science &Technology Advaced Manufacture Technology Center ，State Key Laboratory of Advanced Forming Technology &Equipment ，Beijing 100083，China ） Abstract ：This paper reviews the development status of tidal current turbine,analyzes three differ -ent types of turbines.The general research method and performance prediction models are intro -duced,meanwhile,the future development direction of tidal current turbine is pointed out.Key words ：renewable energy ；tidal current energy ；tidal current turbine ；research status 图1潮流水轮机的结构分类 Fig.1Structural classification of tidal current turbine 水平轴水轮机：旋转轴轴向与水流方向平行，如图1（a ）所示，主要利用水流对叶片的升力作 潮流方向 （a ）水平轴水轮机!!!!!!!!!!! 旋转轴 海平面 （b ）竖轴水轮机海平面 潮流方向 !!!!!!!!!!!旋转轴 旋转轴 （c ）横轴水轮机 海平面 !!!!!!!!!!! 潮流方向
冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月
冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007
保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？ 保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。有最大保证出力，也有最小保证出力。各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出力是45~100%。那么最大保证出力就是某水头时的100%，最小出力为最大出力的45%。保证出力受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw，那么，在这个水头下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行业规范中有具体的规定。额定出力是指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。 出力计算公式：N=9.81QHη（千瓦） 其中：9.81是水的比重常数 Q—通过水轮机的流量（立方米/秒） H—水轮机的工作水头（米） η—水轮机的工作效率（％） 水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。 一、转速特性曲线 转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。 如图下图所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
第3期收稿日期：2014-02-10 基金项目：国家自然科学基金（41106077；41476078）；浙江省自然科学基金（R5110036）；浙江省科学技术厅青年科学家培养计划项目 （2013R40019 ）；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；浙江海洋学院校级专项作者简介：刘羽（1989-），男，陕西西安人，硕士研究生，研究方向：船舶与海洋结构物水动力分析. 通讯作者：陈正寿（1979-），男，教授，研究方向：船舶与海洋结构物水动力分析.E-mail:aaaczs@https://www.doczj.com/doc/3b12864762.html, 浙江海洋学院学报(自然科学版)Journal of Zhejiang Ocean University(Natural Science)第33卷第3期 2014年5月Vol．33No．3May ,2014文章编号:1008－830X(2014)03－0199－10 潮流能水轮机导流罩的水动力性能研究 刘羽1，陈正寿1，2，赵陈1，黄聪汉3 （1.浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山316022；2.浙江欧华造船股份有限公司，浙江舟山 316101； 3.太平洋海洋工程（舟山）有限公司，浙江舟山316057）摘要：借鉴传统水平轴潮流能水轮机结构的构造原理，本文提出一种可根据海流方向做自适应调整的轴流、悬浮式潮 流能水轮机结构。 为了提高这种新型潮流水轮机的发电效率，在水轮机外围设置了曲线线型的悬浮式导流罩结构。首先基于样机物理模型实验，验证了拟采用的CFD 数值仿真方法的有效性。 进而分别计算拟定的不同形状的10种导流罩模型结构的水动力性能，仿真结果表明收缩段和扩张段均为双三次曲线x m =0.3的对称线型导流罩具有最优的水动力性能。最后对这种新型潮流水轮机整体结构的水动力性能展开研究，结果表明相对于无导流罩工况，水轮机叶轮加装收缩段和扩张段均为双三次曲线x m =0.3的对称线型导流罩之后，其输出功率有较大提升。 关键词：潮流能；导流罩；悬浮式；CFD ；输出功率 中图分类号：TK730文献标识码：A Analysis of Hydrodynamic Characteristics about Fairwater of A Current Turbine LIU Yu 1,CHEN Zheng-shou 1，2,ZHAO Chen 1,et al (1.School of Naval Architecture and Marine Engineering of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022; 2.Zhejiang Ouhua Shipbuilding Co Ltd,Zhoushan 316101,China)Abstract:Referring to the structure of traditional axial-flow tidal current turbine and fairwater,a suspend －ing type axial-flow tidal current turbine system has been developed by the authors of this paper.In order to im －prove its power generating efficiency,a buoyancy-providing fairwater has been installed around the turbine,like diffusers used in the field of wind turbines.At first,based on the prototype experiment,the effectiveness of the proposed CFD numerical simulation has been verified.Then,by means of this CFD software,the hydrodynamic characteristics of fairwater schemes with ten different shapes have been analyzed.Through systematically compar －ison,the results show that the fairwater with symmetrical surface of x m =0.3bicubic smoothed-spline has excellent hydrodynamic characteristics.The hydrodynamic characteristics about the system of turbine and fairwater have also been studied.It has been found that the output power of the system with turbine surrounded by fairwater (symmetrical bicubic smoothed-spline surface of x m =0.3)is larger than the one in the case of open water. Key words:tidal-current energy;fairwater;suspending style;computational fluid dynamics;output power
冲击式水轮发电机组技术参数水轮机 设计水头下 型号设计水头(m) 流量(m3/s)出力(KW)转速(r/min)发电机型号调速器型号 或机座号进水阀 CJ22-W-55/1×4.5 CJ22-W-55/1×5.5 CJ22-W-55/1×6 CJ22-W-55/1×7 CJ22-W-65/1×7.51600.0856109.9920SFW100-6/560手动调速Dg250 1900.0933*******SFW125-6/560手动调速Dg250 2200.1004177.71079SFW160-6/560手动调速Dg250 2600.1091222.91173SFW200-6/650手动调速Dg250 1000.10182.8 727SFW75-8/493手动调速Dg250 1200.1107108.6797SFW100-8/560手动调速Dg250 1400.1196134.4860SFW125-8/560手动调速Dg250 1500.1238147.8891SFW125-6/560手动调速Dg250 1700.1317183948SFW160-6/560手动调速Dg250 1900.1393217.61002SFW200-6/650手动调速Dg250 2200.1499268.81079SFW250-6/740手动调速Dg250 2700.166355.31195SFW320-6/740手动调速Dg250 800.10969.4 615SFW55-10/560手动调速Dg250 900.11681.7 655SFW75-10/560手动调速Dg250 1100.128111.8720SFW100-8/560手动调速Dg250 1300.139142.4785SFW125-8/650手动调速Dg250 1500.149174835SFW160-8/650手动调速Dg250 1700.159212890SFW200-6/650手动调速Dg250 2000.172274.8970SFW250-6/740手动调速Dg250 2400.1883551070SFW320-6/740手动调速Dg250 1000.1637131.5727SFW125-8/560手动调速Dg250 1200.1793172.2797SFW160-8/650手动调速Dg250 1500.2004234.1891SFW200-8/740手动调速Dg250 1600.207262.3920SFW250-6/740手动调速Dg250 1900.2256344.41002SFW320-6/740手动调速Dg250 2200.2427425.31079SFW400-6/850手动调速Dg250 600.14869.7 450SFW55-8/493手动调速Dg300 700.15989.8 486SFW75-8/493手动调速Dg300 800.17 108520SFW100-12/740手动调速Dg300 1000.19 152580SFW125-10/650手动调速Dg300 1100.199174610SFW160-10/740手动调速Dg300 1300.216220662SFW200-10/850手动调速Dg300 1500.233278.5713SFW250-8/740手动调速Dg300 1700.248355758SFW320-8/850手动调速Dg300 2100.275448840SFW400-8/850手动调速Dg300 2400.294557900SFW500-6/850手动调速Dg300 CJ22-W-65/1×8.8105-1700.24-0.312200-400600-750850-990手动调速 1400.1937218.7676SFW200-8/740手动调速Dg300 1600.2071273.7723SFW250-8/740手动调速Dg300 1900.2257353.4788SFW250-8/740手动调速Dg300 CJ22-W-70/1×72200.2428432.3848SFW400-8/850手动调速Dg300 2600.264560.2921SFW500-6/850手动调速Dg300 2900.2788688.6973SFW630-6/990手动调速Dg300
天荒坪抽水蓄能电站 水泵水轮机特点 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司游光华 浙江安吉313302 摘要天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机组由挪威KVAERNER公司提供，是我国较早从国外引进的大型可逆式机组，自首台机组投产至今已有7年多。本文总结分析了水泵水轮机7年多的运行中出现了一些问题，以供参考借鉴。 主题词天荒坪抽水蓄能水泵水轮机性能“S”形特性不稳定轴向水推力抬机导叶关闭规律 天荒坪抽水蓄能电站安装有6台300MW水泵水轮机组，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见，为使其达到满意的效率和良好的运行稳定性，设计难度大，没有现成的经验可供借鉴。水泵水轮机的参数如下： 水轮机工况：水泵工况：额定容量：306MW 333MW 最大轴出力（入力）：338MW 333MW 额定流量：67.7m3/s 58.80m3/s（最大） 43.00m3/s（最小） 额定转速：500RPM 500RPM 旋向（俯视）：顺时针逆时针 转轮水轮机进口直径：4030mm 转轮水轮机出口直径：2045mm
最大瞬态飞逸转速：720 r/min 最大稳态飞逸转速：680 r/min 水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产，投产以来运行情况表明，机组性能良好，效率较高，但也出现了一些问题，在技术人员的努力下，通过采取措施，相关问题已得到了较好的解决。 1水泵水轮机的性能和结构特点 1.1效率 按照合同规定，水泵水轮机的效率按照模型试验来验收，合同要求水轮机工况的最高效率≥92.20％，加权平均效率≥90.41％，水泵工况最高效率≥ 91.70％，加权平均效率≥ 91.52％。根据模型试验报告，水轮机工况的模型最优效率为90.61%，折算为原型其整个运行范围内的最优效率为92.28%，加权平均效率为90.317%，而水泵工况下模型最优效率为89.84%，折算原型最优效率为92.17%，加权平均效率为92.01%，除水轮机工况加权平均效率略低于保证值0.083％外，其余均达到合同要求。为了检验真机效率，我们于2001年5月在5号机组上进行了部分水头（扬程）的热力法效率试验，测得水轮机工况下在试验平均净水头566.23 m时，机组出力为210~304.06 MW,水轮机最高效率为92.11％，相应机组出力272.00 MW；水泵工况试验平均净扬程为542.09 m，水泵平均效率为88.99％。从上述结果可以看出，水轮机工况的最高效率已接近模型推算值，水泵工况效率偏
国内外潮流能研究的最新进展 一、海洋潮流能国内开发现状 1、海洋能的主要能量形式概述 海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。 海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。全世界海流能的理论估算值约为10^8kW量级。利用中国沿海130个水道、航门的各种观测及分析资料，计算统计获得中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1.4X10^7kW。属于世界上功率密度最大的地区之一，其中辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能较为丰富，不少水道的能量密度为15～30kW／m^2，具有良好的开发值。特别是浙江的舟山群岛的金塘、龟山和西候门水道，平均功率密度在20kW／m2以上，开发环境和条件很好。 2、海洋能的利用现状与前景展望 上述不同形式的能量有的已被人类利用，有的已列入开发利用计划，但人们对海洋能的开发利用程度至今仍十分低。尽管这些海洋能资源之间存在着各种差异，但是也有着一些相同的特征。每种海洋能资源都具有相当大的能量通量：潮汐能和盐度梯度能大约为2TW；波浪能也在此量级上；而海洋热能至少要比此大两个数量级。但是这些能量分散在广阔的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。 全球海洋能的可再生量很大。根据联合国教科文组织1981年出版物的估计数字，五种海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。其中温差能为400亿千瓦，盐差能为300亿千瓦，潮汐和波浪能各为30亿千瓦，海流能为6亿千瓦。但如上所述是难以实现把上述全部能量取出，设想只能利用较强的海流、潮汐和波浪；利用大降雨量地域的盐度差，而温差利用则受热机卡诺效率的限制。因此，估计技术上允许利用功率为64亿千瓦，其中盐差能30亿千瓦，温差能20亿千瓦，波浪能10亿千瓦，海流能3亿千瓦，潮汐能1亿千瓦（估计数字）。 3、我国的海洋能 我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今建成的潮汐电站8座，80年代以来浙江、福
第四章水轮机选择 §4.1 水轮机的标准系列 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 一、反击式水轮机的系列型谱 表4—1、4—2、4—3、4—4中给出了轴流式、混流式水轮机转轮的参数。 1)、水轮机的使用型号规定一律采用统一的比转速代号。 2)、每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 二、水斗式水轮机转轮参数 表4—5，系列型谱尚未形成 三、水轮机转轮尺寸系列表（表4—6） 四、水轮发电机标准同步转速（表4—7） 五、水轮机系列应用范围图 为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 以H为横座标，N 单 1、根据H r、N r→范围→D1，n。 2、水轮机吸出高度的确定H s：根据h s~H的关系曲线确定。 由H r→h s，H s＝h s－▽／900
§4.2水轮机的选择 一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组 3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、H s、Z a；Z0、d0 (4)、绘制水轮机运转特性曲线
开题报告 海洋科学 潮流能发电装置的研发 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、国内外研究动态 人类对潮流现象的观察、认识由来已久。但是，基于各种原因，直到1970年代，人类才开始研究潮流能的利用问题，近年来，由于传统潮汐发电因环境影响等问题在许多国家受阻，人们才开始重视潮流能发电的开发及规划建设问题。 美国是世界上最早开展海流发电研究的国家之一。1973年美国首先提出在佛罗里达海域采用“科里奥利斯”巨型海流发电装置发电的方案，该方案为一种管道形水轮发电机，机组长110米，装置布置在海平面以下30米处，当海流速度为2.3m/s时，可以发电83MW。 加拿大大不列颠哥伦比亚潮汐能公司与英国MCT公司合作，计划在温哥华Campbell河建设至少装机3台Seagen型1.2MW机组的潮流能发电场；2009年4月，加拿大新斯科帝亚动力司与英国Open Hydro公司签订合同，在芬地湾建设一个1MW 的潮流能发电站。 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利用较早、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的SeaGen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潮流能发电站将共安装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SeaGen型机组及其他型式的潮流能发电机组。 中国是世界上最早开展潮流能发电试验的国家之一。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。试验水轮机转子直径0.6m，
中国海洋大学工程学院 海洋能资源开发利用课程论文 题目：意大利海洋能研究新进展 课程名称：海洋能资源开发利用 姓名：高文芳 学号：21120933018 院系：工程学院机电工程系 专业：机械工程 时间：2013-12-01 任课老师：王树杰教授 课程成绩：
1.意大利能源概况 1.1意大利概况 意大利位于欧洲南部，地中海北岸，其领土包括阿尔卑斯山南麓和波河平原地区，亚平宁半岛及西西里岛、撒丁岛和其他的许多岛屿。亚平宁半岛占其全部领土面积的80%，它像一只巨大的长筒靴深入蔚蓝色的地中海之中。意大利陆界北部与法国、瑞士、奥地利毗邻，东部与斯洛文尼亚接壤。高大的阿尔卑斯山脉像一个弧形的屏障将意大利与上述国家隔开。意大利是一个高度发达的民主共和国，亦为欧洲民族及文化的摇篮，曾孕育出罗马文化及伊特拉斯坎文明。服务业、旅游业及对外贸易尤为突出，同时也是北大西洋公约和欧盟的创始会员国之一。意大利是欧洲第4大经济体，世界第8大经济体，生活水平位居世界前列。 图1 意大利地理位置 1.2意大利资源现状 意大利工业主要以加工工业为主，所需能源和原料依赖外国进口，工业产品的1/3以上供出口。国家参与制企业比较发达，意国原油年加工能力为1亿吨左右，有“欧洲炼油厂”之称；钢产量居欧洲第二；塑料工业、拖拉机制造业、电力工业等也位居世界前列。伊利、埃尼和埃菲姆三大国营财团掌握着经济命脉。同时，意大利也是一个能源短缺的国家,石油和天然气储量不足,其产量只能分别满足4.5%和22%的国内需求,电力能源大多依靠进口。据欧盟统计,意能源需求的
84%依赖进口,远远超过欧盟49.5%的平均水平。日益严峻的能源危机和环境污染问题,迫使意政府调整能源政策,转向更为多样化的能源战略。 按《京都议定书》的规定,2020年意大利温室气体的排放总量须在1990年5.21亿吨的基础上减少6.5%。为实现这一目标,意政府于1998年建立了部际工作组,制订了“国家能源计划”,把节能和提高能效作为能源政策的核心。政府每年拨款15亿欧元,用于传统工业、交通运输和能源方面的技术改造,同时鼓励节能及可再生能源的开发和利用,并准备大幅提高对温室气体排放的税收。在太阳能利用方面意国家电力公司建意国内最大的太阳能发电站。意全国铁路公司也推出了其最新研制的太阳能列车样车，利用安装在每节车厢顶部的太阳能电池板,向列车的空调、照明及安全设施系统提供能源。意新的《能源价格法》规定,使用太阳能发电设备的家庭可将剩余电量卖给国家电力公司,以鼓励更多的家庭使用太阳能。风力发电近年在意大利也得到了迅猛发展。目前,意全国风力发电总量约1800兆瓦,名列世界第七。计划在未来几年达到8000至10000兆瓦。 2 意大利海洋能开发概况 2.1意大利海洋能种类 意大利位于地中海北岸，亚平宁半岛占其全部领土面积的80%，它像一只巨大的长筒靴深入蔚蓝色的地中海之中。意大利的海洋能开发也主要以地中海海洋能资源开发为主，由于地中海内陆海的性质，其波浪能、潮汐能等资源并不丰富，尚未达到可以开发利用的程度，但同时地中海蕴含着丰富的潮流能资源，故意大利的海洋能开发利用主要以潮流能为主。 2.2意大利潮流能形成原因 一．受地中海地区气候的影响，地中海蒸发旺盛，周围又无大河注入，海水的盐度高，密度大，水面低。而毗邻的大西洋比地中海盐度低，密度小，水面高。于是，大西洋表层海水便经由直布罗陀海峡流入地中海（由水面高的海区流向水面低的海区）。 二．深层海水由地中海流入大西洋，使地中海的海水减少，水面变低，由相邻大西洋的海水来补偿。 三．北半球冬季，全球的气压带、风带南移，地中海地区受西风带控制。在
冲击式机组水轮机安装概述与流程 冲击式水轮机适用水头100-1000米，是水从压力水管经喷嘴，形成一股射流冲击水轮机转轮旋转作功。水斗式水轮机具有结构紧凑、运行稳定、操作方便等特点。是适合于高水头、小流量的水电站。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做功次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机：1．切击式水轮机，其工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机；其转轮叶片均由一系列呈双碗状的水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300m-2000m，目前最高应用水头已达1771.3m（澳大利亚的列塞克—克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW），挪威塞马(Sima)水电站新近安装的水轮机刚刚试验完成,已记录出力为31万瓦——奥斯陆的制造商克维诺伯拉杰称之为世界记录。在水头为1126米时机组的额定出力为25.7万瓦,在试验期间,当水头为1136米时,该水轮机获得更高的出力。2．斜击式水轮机，其主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一个角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在35～350m、轴功率为10～500kw、比转速s =18～45的中小型水电站。3. 双击式水轮机，水流先从转轮外周进入部分叶片流道，付出大约70%～80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又二次进入转轮另一部分叶道又付出余下的大约20%～30%的动能。这种水轮机效率低，一般只适用于H<60m，N<150kW的小型水电站。综上所述，冲击式水轮机适用于高水头小流量的水力条件。它是19世纪后期，随着水工技术的不断发展，人们已能建造高的水Word 资料
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
水泵水轮机全特性 1．水泵水轮机全特性曲线 抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。 水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。 图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线
2．水泵水轮机全特性曲线的特点 通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点： （1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。
第３１卷第１期２０１０年１月哈尔滨工程大学学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖ０１．３ｌ№．１ Ｊａｎ．２０１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７０４３．２０１０．０１．００９ 基于遗传算法的竖轴变攻角潮流能水轮机性能优化研究 姜劲１，张亮２ （１．哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘要：为了提高竖轴变攻角潮流能水轮机能昔利用率，建立了该类水轮机在不同工况下的数学优化模型，以直叶片摆线式水轮机为原型应用遗传算法结合计算水轮机水动力的流管模型进行优化求解，给出了优化后叶轮能昔利用率系数、叶片攻角和偏角随位置角的变化规律，并据此分析ｒ该类轮机流体动力性能改变的规律及其原因。计算结果表明遗传算法是解决这类问题的有效方法． 关键词：潮流能；竖轴变攻角水轮机；遗传算法；流管模型 中图分类号：Ｐ７４３．１文献标识码：Ａ文章编号：ｉ００６－７０４３（２０１０）Ｏｌ－００５４－０５ Ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｖｅｒｔｉｃａｌ ｖａｒｉａｂｌｅｐｉｔｃｈｔｕｒｂｉｎｅｆｏｒｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ＪＩＡＮＧＪｉｎｌ，ＺＨＡＮＧＬｉａｎ９２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆｓｃｉｅｎｃｅ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｅｐｗａｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｒｅ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆａｖｅｒｔｉｃａｌ—ａｘｉｓｖａｒｉａｂｌｅｐｉｔｃｈｔｕｒｂｉｎｅｔｈａｔｕｓｅｓｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｓｗｅｌｌａｓｉｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎａｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｓｔｒｅａｍ—ｔｕｂｅｍｅｔｈｏｄ．Ａｆｔｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇａｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｖｅｒｔｉｃａｌ—ａｘｉｓｃｙｃｌｏｉｄａｌｔｕｒｂｉｎｅ，ｏｐｔｉｍａｌｒｅ—ｓｕｉｔｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓ，ｙｉｅｌｄｉｎｇａｐｏｗｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎａｔｔａｃｋａｎｇｌｅａｎｄａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅ．Ｔｈｉｓｅｘｐｌａｉｎｅｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔａｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄａｖａｉｌａｂｌｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｐｒｏｂｌｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙ；ｖｅｒｔｉｃａｌ—ａｘｉｓｖａｒｉａｂｌｅｐｉｔｃｈｔｕｒｂｉｎｅ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｓｔｒｅａｍｍｏｄｅｌ 源于太阳和月球的吸潮力的潮流能是优秀的可再生清洁新能源，而中国这种资源十分丰富¨Ｊ．在潮流能开发利用中，其能量转换装置的设计是其关键技术之一．目前处于试验研究和商业应用的潮流能水轮机从结构形式上大体分为水平轴和竖轴两种．相比水平轴轮机而言，垂直轴轮机不受来流方向变化影响，具有良好的自启动性能和较高的能量利用率，因而成为一种典型的潮流能转化机型．该类轮机按照竖轴轮机叶片安装形式可分为固定叶片式和可变攻角叶片式两类．前者叶片在绕轮机主轴转动 收稿日期：２００８－１２－２７． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５７６０１５）． 作者简介：姜劲（１９８０一），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｉｎｇｏｏｌ＠ｓｉｎａ． ｃｏｍ； 张亮（１９５９一），男，教授，博士生导师．的过程中自身固定不动，后者除绕轮机主轴转动外还按某种规律绕叶片轴转动．研究表明，调整叶片偏角是实现控制和改善竖轴叶轮运行和功率特性的有效手段，如摆线式和余弦式变角叶轮｝２１，因此，通过寻求合适的叶片偏角变化规律进而改善该类轮机水动力性能成为竖轴叶轮设计和控制的关键问题，近年来取得一些进展． ＴｏｓｈｉａｒｕＫＯＳＡＫＵ在文献［３］应用变分原理建立了基于动量定理的竖轴风机叶片最优偏角的必要条件并用差分法给予求解；汪鲁兵Ｈ１将叶片偏角在轨迹圆上离散为设计变量，以一定速比范围内能量利用率的加权平均值为目标函数，应用共轭梯度法进行优化计算，获得了优化的偏角规律． 本文以提高能量利用率为目标，将遗传算法与 万方数据