国内外潮流能利用技术现状与发展
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172
表4潮流能利用技术比较
序号装置名称
所属公司尺寸参数额定功率
额定流速(m/s)
最低工作流速(m/s)
是否聚流
获能系数*载体方式
发展现状
国家
1 SeaGen MCT 16m×2 1.2MW 2.25 0.7否0.48桩柱
式建成，投入使用英国2 RITE Verdant Power5m
35.9kW 2.2 0.7否
/ / / /是0.45 / /
英国14 Tideng /展长20m叶片长2m 4.2MW 3.0 /是/
座底式1MW项目在建丹
麦
15万向Ⅱ哈尔滨工程大学2.5×2.5m（D×H）70/40kW 3.5/2.51.0否/是0.26/0.35
漂浮
/座底式
40kW实验电站中
国
16柔性叶
片水轮机中国海洋大学1.5m×1.3m
pitch marine current turbines[J]. Renewable Energy, 2007 (32): 662–679
[15] In Seong Hwang, Yun Han Lee, Seung Jo Kim. Optimization of cycloidal water turbine and the
目前潮流能的规模化的开发利用，虽然还没有成功运作的商业化项目，但在选址、经济技术和环境影响等全面评估的基础上，提出了不同类型的原型设计，并在实验室、海域进行实验研究。其中英国海
图16振荡式潮流能装置
2.5其他形式潮流能获取装置
新加坡Atlantis Resources Co.公司设计的Nereus潮流能装置，如图17所示，Nereus专门为浅水工况设计，叶片以一定的倾斜角度安装在链形式的机构上，水轮机提取流体动能驱动链条转动，于2008年7月进行了400kW的拖拽试验[19]，目前没有相关性能参数资料。
[2] 2008 Annual Report of International Energy Agency Implementing Agreement on Ocean Energy Systems [3] International Energy Agency Implementing Agreement on Ocean Energy Systems, 2008 AnnuAl Report [4] http://www.marineturbines.com/
[13] http://www.cleancurrent.com/powerroducers/index.htm
[14] Alessandro Schnborn, Matthew Chantzidakis. Development of a hydraulic control mechanism for cyclic
潮流发电装置载体主要有桩柱式、漂浮式和座海底式三种固定方式。桩柱式固定方式相对稳定，系统可设计为升降式，便于设备维护，但成本较高，不适于水深处；座底式固定方式对海面航行影响小，但靠近海底流速较低，对海底状况要求较高，不便于检修和回收；漂浮式锚泊固定方式可较好的利用表层水流，易于维护，移动和回收方便，但受风浪影响较大，稳定性较差。文献[22]中统计水平轴水轮机潮流发电项目不同固定方式所占的比例为：座海底式37%，漂浮式33%，桩柱式27%；竖轴水轮机潮流发电项目不同固定方式所占的比例为：桩柱式52%，漂浮式28%，座底式8%。对于不同的海况地点，应根据水深、流速等选用合适的载体和固定方式。4我国潮流能开发利用建议
2kW实验机瑞
典
11 Stingray Engineering
Business
弦长3m展长15m 150kW 1.54 /否/座底式/
英国12 Nereus Atlantis
Resources
/ / / / / / / 400kW实验样机新
加
坡
13Neptune
Proteus
Neptune
Renewable Energy
174
参考文献
[1] European Commission，The exploitation of tidal and marine currents energy, project result, Technical
report, Commission of the European Communities. Directorate General for Sciense Research and Development,1996
[5] http://www.openhydro.com/news/archive.html [6] http://www.lunarenergy.co.uk/ [7] http://www.verdantpower.com/ [8] http://www.hammerfeststrom.com/
[9] http:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/www.atlantisresourcescorporation.com/
是0.7
水底锚链/美国6
Open Centre OpenHydro 15m×2 1520kW 2.57 0.7否0.51
桩柱式250kW示范样机并网发电爱尔兰7
Cleaner Current turbine
Cleaner
Current
17m 1MW 2.6 /是0.5
桩柱式65kW示范项目正在测
试加拿大
171
图18英国NRE公司Neptune Proteus潮流能发电装置
丹麦人Bent Hilleke发明了Tideng水轮机，如图19所示，该水轮机叶片在转动过程中可伸缩，以减小反向转矩的影响，底座还起到提高流速的作用，大大提高了能量的获取，底座是转子2-3倍高，可使流速提高1.3-2倍。对于一个底座长20m，高10m，叶片高2m，在3m/s的流速下，可发电4.167MW。2009年将有一个1MW的项目建成，于2010年在英国的奥克尼郡测试[21]。
8 Kobold
Ponte di
Archimede
6m×5m 25kW 2..0 1.2否0.23
漂浮式
250 kW在
建
意大利9 GHT Gorlov Helical
Turbine
1m×2.5m（D×H）1.5kW 1.5 0.5否0.36 / /
美国10 EXIM Seapower 1m×1.5m（D×H）2kW 2.5 /否0.17 /
图17新加坡Atlantis公司Nereus潮流能装置
英国的NRE（Neptune Renewable Energy）公司的Neptune Proteus潮流能发电装置，如图18所示，该装置主要由转子和导流罩组成，采用漂浮式锚泊，导流罩带有导叶可改变流向减小反向力矩，提高获能效率。NRE设计的了6m×6m转子的潮流能发电装置，并对1/100、1/40、1/10的模型进行了水槽实验，结果表明Neptune Proteus装置的获能系数高达0.45[20]。
[10] C A Douglas, G PHarrison, J P Chick. Life cycle assessment of the Seagen marine current turbine[J].
Proc. IMechE Part M: J. Engineering for the Maritime Environment. 2008(222): 1-12
图19 Bent Hillekef发明了Tigeng水轮机
3潮流能利用技术分析与对比3.1潮流能利用技术比较
潮流能利用技术发展到现在已有数十种形式，为便于比较，对以上潮流能技术列表比较，如表4所示，其中获能系数为相关公布数据或推算得到。
潮流能开发利用近几年得到了快速发展，已有兆瓦级的电站建成，由表可见因系统稳定性因素影响，水轮机尺度都在20m以内，额定流速在2m/s左右，最低工作流速在0.5-1.2m/s，获能系数在0.3左右，带有导流装置的设备获能系数相对较高，在0.5左右。
潮流主要是由潮汐引起的海水流，储量丰富，据欧盟委员会支持的非核能项目[1](JOULE II Non-Nuclear Energy program)估计欧洲可利用的潮流能达1.25×104MW，我国潮流能资源极为丰富，据《中国沿海农村海洋能资源区划》统计，中国沿岸130个水道的理论平均功率约为1.4×104MW，其中浙江、福建、山东和台湾海峡是世界上潮流能资源最丰富的地区之一。世界能源的日益短缺和环境的不断恶化，促使世界各国加快绿色能源的开发利用，潮流能作为绿色可再生能源，具有能量密度高、可预测性强、蕴藏量丰富等特点，越来越受到世界各国的重视。
近几年，潮流能利用技术在各国的努力下有了快速的发展和长足的进步，对世界潮流能开发利用现状可总结如下：
(1)潮流能技术已达到商业化前期阶段，众多大容量开发项目正在筹划建设中，潮流能的利用有着广阔的前景。
(2)潮流能利用技术种类较多，目前较为成熟的有以SeaGen为代表的“风车”式水轮机和意大利Kobold为代表的竖轴水轮机，其他技术也在逐渐成熟。
（D×H）5kW 2.0 0.5是0.28
漂浮式5kW实验样机中国
17水下风车浙江大学1.3m 5kW 2.0 /否0.24
座底式5kW实验样机中
国18漂浮水
平轴水轮机东北师范大学/ 1kW / /否/
漂浮式1kW实验样机中
国
173
3.2潮流能利用技术分析
水平轴水轮机获能效率较高，结构简单，便于运输，技术较为成熟，实际应用项目较多，现有的在建已建项目和概念设计项目统计中[22]，轴流水轮机项目占43%，竖轴水轮机项目占33%；竖轴水轮机利用叶片的升力阻力做功，理论上能达到较高的获能系数，但叶片倾角的控制有一定难度，且影响整个系统的稳定性；柔性叶片水轮机、EXIM、GHT、等最低工作流速较低，转矩系数较高，可自启动，在低流速的工况下有一定优势。
[11] Roger Bedard, Mirko Previsic, Omar Siddiqui, etc. EPRI North American Tidal In Stream Energy
Conversion Feasibility Demonstration Project. 2005
[12] http://www.openhydro.com/
(1)对潮流能开发利用做出长期规划，继续加大对潮流能利用研究与应用的投入。
(2)加强国内外交流合作，引导和鼓励参与国际海洋能相关组织，加强国外先进技术的引进与交流。(3)建立潮流能通用实验与测试平台，避免重复建设，积极推进潮流能利用技术示范和规模化。(4)制定相关鼓励政策，引导社会力量参与和资金投入，加快潮流能规模化、产业化进程。
(3)未来几年将有众多较大容量的潮流电站建成，其中英国正在筹建项目较多，韩国计划建设的最大电站容量高达300MW。
(4)世界各国对潮流能利用愈加重视，已成立了众多相对专业的技术公司。
我国潮流能开发利用得到了国家和有关部门的高度重视，近几年来潮流能利用技术研究与应用取得了重大进展和良好的发展势头，大大缩短了与国外的差距，有望很快进入工程示范和规模化应用阶段。针对我国潮流能利用现状提出以下建议：
0.34座底式连续9000小时测试
美国3 TidEL
SMD
Hydrovision
18.5m×2 1MW 2.3 0.7否0.31锚链悬浮/英国4 RTT Lunar Energy19.5m
2MW 3 1.0
是0.50座底式/英国5 UEK Underwater
Electric Kite
System 5.18m×2 400kW 3 1.54
国内外潮流能利用技术现状与发展∗
赵龙武1，王树杰2，李冬2
（1水利部杭州机械设计研究所，浙江杭州310012；2中国海洋大学工程学院，山东青岛266100）摘要：潮流能是一种清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源，随着化石能源不断枯竭和环保要求的不断提高，世界各国对潮流能的开发利用愈加重视，各种潮流能发电技术得到了不断突破，其中英国等欧美国家已进入商业化运作前期。本文介绍了国内外潮流能开发利用的最新进展，以及已建、在建和计划筹建的工程项目情况；对各种水轮机的实验性能、实际应用情况进行了阐述，总结了各种水轮机电站的工作流速、额定功率、固定方式等情况，对各项技术的特点及应用前景进行了对比研究；通过对国内外潮流能利用技术的分析，总结了潮流能发电技术的发展趋势，针对我国潮流能开发利用现状提出了建议。
表4潮流能利用技术比较
序号装置名称
所属公司尺寸参数额定功率
额定流速(m/s)
最低工作流速(m/s)
是否聚流
获能系数*载体方式
发展现状
国家
1 SeaGen MCT 16m×2 1.2MW 2.25 0.7否0.48桩柱
式建成，投入使用英国2 RITE Verdant Power5m
35.9kW 2.2 0.7否
/ / / /是0.45 / /
英国14 Tideng /展长20m叶片长2m 4.2MW 3.0 /是/
座底式1MW项目在建丹
麦
15万向Ⅱ哈尔滨工程大学2.5×2.5m（D×H）70/40kW 3.5/2.51.0否/是0.26/0.35
漂浮
/座底式
40kW实验电站中
国
16柔性叶
片水轮机中国海洋大学1.5m×1.3m
pitch marine current turbines[J]. Renewable Energy, 2007 (32): 662–679
[15] In Seong Hwang, Yun Han Lee, Seung Jo Kim. Optimization of cycloidal water turbine and the
目前潮流能的规模化的开发利用，虽然还没有成功运作的商业化项目，但在选址、经济技术和环境影响等全面评估的基础上，提出了不同类型的原型设计，并在实验室、海域进行实验研究。其中英国海
图16振荡式潮流能装置
2.5其他形式潮流能获取装置
新加坡Atlantis Resources Co.公司设计的Nereus潮流能装置，如图17所示，Nereus专门为浅水工况设计，叶片以一定的倾斜角度安装在链形式的机构上，水轮机提取流体动能驱动链条转动，于2008年7月进行了400kW的拖拽试验[19]，目前没有相关性能参数资料。
[2] 2008 Annual Report of International Energy Agency Implementing Agreement on Ocean Energy Systems [3] International Energy Agency Implementing Agreement on Ocean Energy Systems, 2008 AnnuAl Report [4] http://www.marineturbines.com/
[13] http://www.cleancurrent.com/powerroducers/index.htm
[14] Alessandro Schnborn, Matthew Chantzidakis. Development of a hydraulic control mechanism for cyclic
潮流发电装置载体主要有桩柱式、漂浮式和座海底式三种固定方式。桩柱式固定方式相对稳定，系统可设计为升降式，便于设备维护，但成本较高，不适于水深处；座底式固定方式对海面航行影响小，但靠近海底流速较低，对海底状况要求较高，不便于检修和回收；漂浮式锚泊固定方式可较好的利用表层水流，易于维护，移动和回收方便，但受风浪影响较大，稳定性较差。文献[22]中统计水平轴水轮机潮流发电项目不同固定方式所占的比例为：座海底式37%，漂浮式33%，桩柱式27%；竖轴水轮机潮流发电项目不同固定方式所占的比例为：桩柱式52%，漂浮式28%，座底式8%。对于不同的海况地点，应根据水深、流速等选用合适的载体和固定方式。4我国潮流能开发利用建议
2kW实验机瑞
典
11 Stingray Engineering
Business
弦长3m展长15m 150kW 1.54 /否/座底式/
英国12 Nereus Atlantis
Resources
/ / / / / / / 400kW实验样机新
加
坡
13Neptune
Proteus
Neptune
Renewable Energy
174
参考文献
[1] European Commission，The exploitation of tidal and marine currents energy, project result, Technical
report, Commission of the European Communities. Directorate General for Sciense Research and Development,1996
[5] http://www.openhydro.com/news/archive.html [6] http://www.lunarenergy.co.uk/ [7] http://www.verdantpower.com/ [8] http://www.hammerfeststrom.com/
[9] http:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/www.atlantisresourcescorporation.com/
是0.7
水底锚链/美国6
Open Centre OpenHydro 15m×2 1520kW 2.57 0.7否0.51
桩柱式250kW示范样机并网发电爱尔兰7
Cleaner Current turbine
Cleaner
Current
17m 1MW 2.6 /是0.5
桩柱式65kW示范项目正在测
试加拿大
171
图18英国NRE公司Neptune Proteus潮流能发电装置
丹麦人Bent Hilleke发明了Tideng水轮机，如图19所示，该水轮机叶片在转动过程中可伸缩，以减小反向转矩的影响，底座还起到提高流速的作用，大大提高了能量的获取，底座是转子2-3倍高，可使流速提高1.3-2倍。对于一个底座长20m，高10m，叶片高2m，在3m/s的流速下，可发电4.167MW。2009年将有一个1MW的项目建成，于2010年在英国的奥克尼郡测试[21]。
8 Kobold
Ponte di
Archimede
6m×5m 25kW 2..0 1.2否0.23
漂浮式
250 kW在
建
意大利9 GHT Gorlov Helical
Turbine
1m×2.5m（D×H）1.5kW 1.5 0.5否0.36 / /
美国10 EXIM Seapower 1m×1.5m（D×H）2kW 2.5 /否0.17 /
图17新加坡Atlantis公司Nereus潮流能装置
英国的NRE（Neptune Renewable Energy）公司的Neptune Proteus潮流能发电装置，如图18所示，该装置主要由转子和导流罩组成，采用漂浮式锚泊，导流罩带有导叶可改变流向减小反向力矩，提高获能效率。NRE设计的了6m×6m转子的潮流能发电装置，并对1/100、1/40、1/10的模型进行了水槽实验，结果表明Neptune Proteus装置的获能系数高达0.45[20]。
[10] C A Douglas, G PHarrison, J P Chick. Life cycle assessment of the Seagen marine current turbine[J].
Proc. IMechE Part M: J. Engineering for the Maritime Environment. 2008(222): 1-12
图19 Bent Hillekef发明了Tigeng水轮机
3潮流能利用技术分析与对比3.1潮流能利用技术比较
潮流能利用技术发展到现在已有数十种形式，为便于比较，对以上潮流能技术列表比较，如表4所示，其中获能系数为相关公布数据或推算得到。
潮流能开发利用近几年得到了快速发展，已有兆瓦级的电站建成，由表可见因系统稳定性因素影响，水轮机尺度都在20m以内，额定流速在2m/s左右，最低工作流速在0.5-1.2m/s，获能系数在0.3左右，带有导流装置的设备获能系数相对较高，在0.5左右。
潮流主要是由潮汐引起的海水流，储量丰富，据欧盟委员会支持的非核能项目[1](JOULE II Non-Nuclear Energy program)估计欧洲可利用的潮流能达1.25×104MW，我国潮流能资源极为丰富，据《中国沿海农村海洋能资源区划》统计，中国沿岸130个水道的理论平均功率约为1.4×104MW，其中浙江、福建、山东和台湾海峡是世界上潮流能资源最丰富的地区之一。世界能源的日益短缺和环境的不断恶化，促使世界各国加快绿色能源的开发利用，潮流能作为绿色可再生能源，具有能量密度高、可预测性强、蕴藏量丰富等特点，越来越受到世界各国的重视。
近几年，潮流能利用技术在各国的努力下有了快速的发展和长足的进步，对世界潮流能开发利用现状可总结如下：
(1)潮流能技术已达到商业化前期阶段，众多大容量开发项目正在筹划建设中，潮流能的利用有着广阔的前景。
(2)潮流能利用技术种类较多，目前较为成熟的有以SeaGen为代表的“风车”式水轮机和意大利Kobold为代表的竖轴水轮机，其他技术也在逐渐成熟。
（D×H）5kW 2.0 0.5是0.28
漂浮式5kW实验样机中国
17水下风车浙江大学1.3m 5kW 2.0 /否0.24
座底式5kW实验样机中
国18漂浮水
平轴水轮机东北师范大学/ 1kW / /否/
漂浮式1kW实验样机中
国
173
3.2潮流能利用技术分析
水平轴水轮机获能效率较高，结构简单，便于运输，技术较为成熟，实际应用项目较多，现有的在建已建项目和概念设计项目统计中[22]，轴流水轮机项目占43%，竖轴水轮机项目占33%；竖轴水轮机利用叶片的升力阻力做功，理论上能达到较高的获能系数，但叶片倾角的控制有一定难度，且影响整个系统的稳定性；柔性叶片水轮机、EXIM、GHT、等最低工作流速较低，转矩系数较高，可自启动，在低流速的工况下有一定优势。
[11] Roger Bedard, Mirko Previsic, Omar Siddiqui, etc. EPRI North American Tidal In Stream Energy
Conversion Feasibility Demonstration Project. 2005
[12] http://www.openhydro.com/
(1)对潮流能开发利用做出长期规划，继续加大对潮流能利用研究与应用的投入。
(2)加强国内外交流合作，引导和鼓励参与国际海洋能相关组织，加强国外先进技术的引进与交流。(3)建立潮流能通用实验与测试平台，避免重复建设，积极推进潮流能利用技术示范和规模化。(4)制定相关鼓励政策，引导社会力量参与和资金投入，加快潮流能规模化、产业化进程。
(3)未来几年将有众多较大容量的潮流电站建成，其中英国正在筹建项目较多，韩国计划建设的最大电站容量高达300MW。
(4)世界各国对潮流能利用愈加重视，已成立了众多相对专业的技术公司。
我国潮流能开发利用得到了国家和有关部门的高度重视，近几年来潮流能利用技术研究与应用取得了重大进展和良好的发展势头，大大缩短了与国外的差距，有望很快进入工程示范和规模化应用阶段。针对我国潮流能利用现状提出以下建议：
0.34座底式连续9000小时测试
美国3 TidEL
SMD
Hydrovision
18.5m×2 1MW 2.3 0.7否0.31锚链悬浮/英国4 RTT Lunar Energy19.5m
2MW 3 1.0
是0.50座底式/英国5 UEK Underwater
Electric Kite
System 5.18m×2 400kW 3 1.54
国内外潮流能利用技术现状与发展∗
赵龙武1，王树杰2，李冬2
（1水利部杭州机械设计研究所，浙江杭州310012；2中国海洋大学工程学院，山东青岛266100）摘要：潮流能是一种清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源，随着化石能源不断枯竭和环保要求的不断提高，世界各国对潮流能的开发利用愈加重视，各种潮流能发电技术得到了不断突破，其中英国等欧美国家已进入商业化运作前期。本文介绍了国内外潮流能开发利用的最新进展，以及已建、在建和计划筹建的工程项目情况；对各种水轮机的实验性能、实际应用情况进行了阐述，总结了各种水轮机电站的工作流速、额定功率、固定方式等情况，对各项技术的特点及应用前景进行了对比研究；通过对国内外潮流能利用技术的分析，总结了潮流能发电技术的发展趋势，针对我国潮流能开发利用现状提出了建议。