兆瓦級(jí)新型潮汐發(fā)電機(jī)組研發(fā)與選型優(yōu)化設(shè)計(jì)最終報(bào)告

內(nèi)容摘要

近年不少國(guó)家針對(duì)潮汐電站開(kāi)發(fā)中的難題加大了科研攻關(guān)的力度，世界上適宜建設(shè)潮汐電站的地方，如俄、加、法、韓等國(guó)都開(kāi)展了相關(guān)研究工作。我國(guó)潮汐能蘊(yùn)藏量十分豐富，，潮汐能具有很大的開(kāi)發(fā)潛力，建設(shè)潮汐電站有利于海岸的綜合開(kāi)發(fā)利用，發(fā)揮巨大社會(huì)效益。目前國(guó)內(nèi)潮汐電站單機(jī)容量最大為700kW，為適應(yīng)未來(lái)國(guó)家大規(guī)模開(kāi)發(fā)潮汐電站的需求，開(kāi)展兆瓦級(jí)潮汐機(jī)組的研究很有必要。 本報(bào)告主要進(jìn)行下列兩個(gè)方面的具體研究：（1）研究兆瓦級(jí)新型六工況(正反向發(fā)電、正反向抽水、正反向泄水)潮汐發(fā)電模型機(jī)組，并開(kāi)展模型機(jī)組試驗(yàn)： 5MW新型雙向潮汐機(jī)組的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)；模型機(jī)組結(jié)構(gòu)的三維優(yōu)化設(shè)計(jì)；模型機(jī)組的加工制造；模型機(jī)組在六種運(yùn)行方式下穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)的水力、動(dòng)力特性試驗(yàn)；新機(jī)組六工況運(yùn)行的各種性能分析。為待選機(jī)組提供運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。（2）選型優(yōu)化設(shè)計(jì)：根據(jù)雙向發(fā)電六工況運(yùn)行的特點(diǎn)，建立適用模型機(jī)組的性能特性曲線數(shù)據(jù)庫(kù)；基于雙向潮汐機(jī)組六工況的運(yùn)行特點(diǎn)，編寫(xiě)雙向潮汐機(jī)組選型優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊。 本報(bào)告旨在解決兆瓦級(jí)潮汐發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。報(bào)告在江廈潮汐電站6 號(hào)機(jī)組(700kW)成功優(yōu)化設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究兆瓦級(jí)雙向潮汐發(fā)電模型機(jī)組及原型機(jī)組選型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，形成系列化不同比轉(zhuǎn)速的新型高效潮汐機(jī)組，以加快潮汐能開(kāi)發(fā)的速度。研究將有助于掌握兆瓦級(jí)潮汐水輪機(jī)組的研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，特別是研究過(guò)程中獲得的各項(xiàng)科研成果，對(duì)今后我國(guó)新能源—潮汐能的開(kāi)發(fā)有著重大意義。

潮汐發(fā)電機(jī)組潮汐發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

1、能源清潔可靠，可以經(jīng)久不息地利用，且不受氣候條件的影響。

2、雖然有周期性間歇，但有準(zhǔn)確規(guī)律，可用電子計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)，并有計(jì)劃納入電網(wǎng)運(yùn)行。

3、一般離用電中心近，不必遠(yuǎn)距離送電。

4、潮汐電站興建后的最高庫(kù)水位總是低于建站前最高潮水位，因此潮汐電站庫(kù)區(qū)不但不淹沒(méi)土地，還可以促淤圍墾，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。以浙江江廈潮汐試驗(yàn)電站為例，電站年上網(wǎng)電量500*104千瓦時(shí)，按0.5元/千瓦時(shí)電價(jià)計(jì)，年售電收入扣除稅收后約200萬(wàn)元。但水庫(kù)圍墾了366hm2農(nóng)田，年收入超過(guò)1000萬(wàn)元：提供1.37km2面積的海產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)域，年產(chǎn)值在1500萬(wàn)元以上。

5、潮汐電站的主要部分建在水下，不污染環(huán)境，而且還美化環(huán)境，提高旅游效益。如法圍朗思潮汐電站建成后，高水位比天然潮位降低了0.5-1.0m，原波濤洶涌的朗斯河三角灣變成了平靜的湖泊，成了人們旅游休閑場(chǎng)所。此外，通過(guò)700m長(zhǎng)的壩頂公路連接城市，使城市之間的距離縮短了30km,每年從壩上通過(guò)的汽車(chē)達(dá)50萬(wàn)輛。

潮汐發(fā)電機(jī)組潮汐發(fā)電的缺點(diǎn)

1、潮差和水頭在一日內(nèi)經(jīng)常變化，在無(wú)特殊調(diào)節(jié)措施時(shí)，出力有間歇性，給用戶帶來(lái)不便。但可按潮汐預(yù)報(bào)提前制定運(yùn)行計(jì)劃，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，以克服其間歇性。 潮汐發(fā)電

2、潮汐存在半月變化，潮差可相差二倍，故保證出力、裝機(jī)的年利用小時(shí)數(shù)也低。

3、潮汐電站建在港灣?？?，通常水深壩長(zhǎng)，施工、地基處理及防淤等問(wèn)題較困難。故土建和機(jī)電投資大，造價(jià)較高。

4、潮汐電站是低水頭、大流量的發(fā)電形式。漲落潮水流方向相反，敵水輪機(jī)體積大，耗鋼量多，進(jìn)出水建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且因浸泡在海水中，海水、海生物對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物和海工建筑物有腐蝕和沾污作用，放需作特殊的防腐和防海生物粘附處理。

5、潮汐變化周期為太陰日（24h50min），月循環(huán)約為14天多，每天高潮落后約50min，故與按太陽(yáng)日給出之日需電負(fù)荷圖配合較差。

潮汐發(fā)電雖然存在以上不足之處，但隨著現(xiàn)代技術(shù)水平的不斷提高，是可以得到改善的。如采用雙向或多水庫(kù)發(fā)電、利用抽水蓄能、納人電網(wǎng)調(diào)節(jié)等措施，可以彌補(bǔ)第一個(gè)缺點(diǎn)；采用現(xiàn)代化浮運(yùn)沉箱進(jìn)行施工，可以節(jié)約土建投資；應(yīng)用不銹鋼制作機(jī)組，選用乙烯樹(shù)脂系列涂料，再采用陰極保護(hù)，可克服海水的腐蝕及海生物的粘附。2100433B

潮汐發(fā)電機(jī)組潮汐能

由于引潮力的作用，使海水不斷地漲潮、落潮。漲潮時(shí)，大量海水洶涌而來(lái)，具有很大的動(dòng)能；同時(shí)，水位逐漸升高，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。落潮時(shí)，海水奔騰而歸，水位陸續(xù)下降，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。海水在運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為潮汐能 。

潮汐發(fā)電機(jī)組潮汐發(fā)電機(jī)組

其進(jìn)出水口位置很低可充分利用有限的潮差水頭；其可通過(guò)控制若干個(gè)進(jìn)水口閘門(mén)及其開(kāi)閉數(shù)量的方式對(duì)不同水頭情況下形成的水輪機(jī)出力能力與變化進(jìn)行調(diào)控與實(shí)現(xiàn)電力調(diào)頻；其安裝維護(hù)方便，其將對(duì)解決困擾海島漁民的用電問(wèn)題做出貢獻(xiàn)，也將為駐島廣大官兵提供電力方便。