【《水平轴水轮发电装置分析的国内外分析现状文献综述》2900字】

水平轴水轮发电装置研究的国内外研究现状文献综述潮流能发电装置可分为回转式和摆动式两类，水平轴水轮发电装置就属于回转式，其分类依据考察了叶轮回转轴与水流流向的关系，除水平轴水轮发电装置外，回转式还包括垂直轴水轮发电装置。叶轮扫掠面与海流方向垂直的即属于水平轴，水流冲击叶轮使其产生转矩，转矩通过主轴传入主传动系统，进而转换为电能，这种获能方式与风能发电装置极为类似。目前各国都对水轮发电装置这类海洋能获取装置投入了大量的财力、精力并获得了一定的成果。1.1国外研究现状英国环海的特殊地理优势，其对潮流能的利用在世界范围内处于领先地位。英国MCT公司自1993年起开始研制第一代水下风车式水轮机“Seaflow”于2003年进行海况试验，并一直工作至今，图1.1即为全球第一台潮流能水轮发电装置“Seaflow”。该装置同时也是第一台大功率的水平轴水轮发电装置，其额定输出功率为300kW，转子直径约为11m。该公司在2008年安装了第二代SeaGen双叶片水平轴式水轮机，是利用潮流能获得电能的、世界上第一个完成商业化并网发电的装置。其在流速为3m/s的海洋环境中可持续输出1.2MW的额定功率，拥有着18m的叶轮直径，其每年产生的电量可供约一千户家庭正常用电。与第一代Seaflow不同的是，第二代SeaGen的叶片可以进行180°范围的桨距角变化，以更好根据不同流速、流向的工作环境中达到额定输出功率如图1.2所示。图1.1全球第一台潮流能水轮发电装置图1.2SeaGen水轮发电装置意大利研发的OceanKite水轮发电装置，和传统水轮发电装置不同，其发电机构与转子分别安装在漂浮装置两侧，并用锚固定于海底。英国SMD公司遵循水下风车式设计观念，研发的水下风车式水轮发电装置“TIDEL”，可在流速为2.3m/s的海洋环境中持续输出1MW的额定功率，拥有着18.5m的叶轮直径，设计有实时变桨距功能，同时整个机组悬浮在水面下，进一步解决了Seaflow水轮发电装置在退潮时大概率浮出水面的问题如图1.3所示。美国VerdantPower公司研发的定桨距水轮发电装置和挪威HS公司研发的水平轴水轮发电装置，均采用三个叶片的方案，如图1.4所示。前者可在流速为2.2m/s的水流环境中稳定工作，并全时段安全输出约36kW的电功率，其叶轮直径为5m，该水轮机设计有偏航作用，同时将叶片与轮毂一体化，也可在复杂海洋环境中稳定发电。图1.3TIDEL水轮发电装置图1.4VerdantPower水轮发电装置1.2国内研究现状国内对于该领域的研究要从1970年算起，虽然起步晚但进步速度较快，虽然1970年我国才研发出第一台潮流能水轮发电装置，但至2018年时，我国研制的水轮发电装置已达成多项技术世界领先的目标。图1.5为我国1970年研制的潮流能水轮发电装置，图1.6为2018年国内完全自主研发的可以进行270°变桨的联合动力水平轴水轮发电装置，该装置可实现300kW的额定输出功率，采用两叶片半直驱传动方案，结构紧凑且可漂浮在水面上。图1.5全球第一台潮流能水轮发电装置图1.6我国自主研发的水轮发电装置该装置的研究攻克了叶轮变桨与潮流波动联合作用对水轮发电装置稳定性影响的技术难关，研制出的电动变桨技术可领先世界。同时，解决了双向获能的问题，大幅度提高了发电效率和潮流能捕获效率，该装置的诞生造就了多项世界领先技术，是国内水轮发电装置走向世界前列的重要标志。（1）270°变桨范围是实现双向获能的重要原因，是水轮机研究的突破性进展；（2）将碳纤维应用在水轮发电装置中，结合预埋式螺栓成就了高效的水动力叶片；（3）自适应密封同样是该水轮发电装置的亮点，这种主动密封技术的采用是世界首例，事实证明这种密封在深水中具有极强的可靠性；（4）将潮流能水轮发电装置运行状况通过动态仿真技术投影到计算机控制系统，解决了发电装置全生命周期的监测；（5）机组内内设计有废油回收机构，同时应用可降解油脂技术，实现了零污染，在捕获清洁能源时做到了环境污染的最小化。在国内的一些涉及海洋类的高校，包括哈尔滨工程大学、东北师范大学、浙江大学等都有在潮流能捕获装置领域做出了贡献：（1）哈尔滨工程大学研发的潮流能水轮发电装置哈尔滨工程大学自1982年开始先后对垂直轴和水平轴式、漂浮式以及底座式潮流能发电装置进行研究。图1.7为万向Ⅰ/万向Ⅱ（40kW），是中国的第一台垂直轴潮流发电机。海能Ⅰ是2012年下水的垂直轴水轮机，如图1.8所示，该垂直轴水轮机是漂浮式双机获能，在海洋环境中单机可持续输出150kW的额定功率。图1.9为海明Ⅰ10kW潜水艇式垂直轴潮流能发电装置，海能Ⅱ是2013年下水的水平轴水轮机。如图1.10所示，该水平轴水轮机继承海能Ⅰ的特点，也是漂浮式双机获能，其尺寸及测试时间如表1.2所示，作为首批开展海洋能利用装置研究的高校之一，哈尔滨工程大学是该领域的开拓者。图1.7万向Ⅰ/万向Ⅱ（40kW）图1.8海能Ⅰ2×150kW图1.9海明Ⅰ10kW图1.10海能Ⅱ2×100kW表1.2哈尔滨工程大学研发的潮流能水轮发电装置测试时间名称尺寸下水测试“万向Ⅰ”70kW18×92002年“万向Ⅱ”40kW6.5×6.5×4.52005年“海明Ⅰ”9.0×7.5×6.52011年“海能Ⅰ”2×150kW24×13.9×3.02012年“海能Ⅱ”2×100kW/2013年“海能Ⅲ”2×300kW/2013年（2）东北师范大学研发的潮流能水轮发电装置东北师范大学设计的水轮发电装置，可漂浮在水面上并在低速叶轮旋转的条件下稳定输出1kW和2kW的功率。图1.11为东北师范大学研发的1kW、2kW以及5kW的潮流能水轮发电装置。（a）1kW漂浮式水平轴低速直驱装置（b）2kW表面式低速直驱发电装置（c）1kW漂浮式水平轴低速直驱装置（d）5kW海岸设备能量供应水轮装置图1.11东北师范大学研发的潮流能水轮发电装置（3）浙江大学研发的潮流能水轮发电装置浙江大学在2005年参考风力发电装置研制出一台额定功率为5kW的潮流能发电装置，继而又设计有5kW、25kW以及更高功率的潮流能水轮发电装置，浙江大学开发的潮流能水轮发电装置在国内是较为领先的，图1.12为浙江大学研发的潮流能水轮发电装置。（a）5kW海底水平轴潮流能发电装置（b）25kW水平轴半直驱动水轮装置（c）30kW水平轴液压变速可变螺距潮流能水轮发电装置（d）60kW半直驱水平轴潮流能水轮发电装置图1.12浙江大学研发的潮流能水轮发电装置参考文献胡森林.新时代,能源转型需加快[J].中国石油石化,2017,(24):34-35.吕忻.潮流能资源调查与评估标准研究[D].中国海洋大学,2011.韩志,唐志波,丁广佳,姜云鹏,龚希武,王晋宝.杭州湾潮流能资源储量估算[J].水道港口,2012,33(04):303-309.赵建春,陆延,陈国海,杨娟,王卫远.灌门水道潮流能资源评估及开发条件初步分析[J].海洋技术学报,2017,36(04):64-69.吕新刚,乔方利,赵昌,夏长水.海洋潮流能资源的数值估算——以胶州湾口为例[J].太阳能学报,2010,31(02):137-143.刘鑫.波流耦合作用下的青岛海域海洋能资源评估[D].中国海洋大学,2015.李程,高佳,李文善,李欢,蔡仁翰,杨益.山东省周边海域潮流能资源评估[J].海洋开发与管理,2017,34(01):75-80.杨利利.山东半岛潮流能资源评估[D].中国海洋大学,2012.武贺,赵世明,张松,王鑫,马治忠.老铁山水道潮流能初步估算[J].海洋通报,2011,30(03):310-314.IgnacioAmasorrainJ,SagartzazuX,DamianJ.Loaddistributioninafourcontact-pointslewingbearing[J].MechanismandMachineTheory.2003,38(6):479-496PLiaoNT,LinJF.Anewmethodfortheanalysisofdeformationandloadinaballbearingwithvariablecontactangle[J].Journalofmechanicaldesign.2001,123(2):304-312PZupanS,PrebilI.Carryingangleandcarryingcapacityofalargesinglerowballbearingasafunctionofgeometryparametersoftherollingcontactandthesupportingstructurestiffness[J].MechanismandMachineTheory.2001,36(10):1087-1103PRumbargerJ.Thrustbearingswitheccentricloads[J].MachineDesign.1962:15PAguirrebeitiaJ,AbasoloM,AvilésR,etal.StaticLoadCarryingCapacityinFourContactPointSlewingBearings:TheoreticalandPreliminaryFiniteElementCalculations[C]//ASME2010InternationalMechanicalEngineeringCongressandExposition.