浙大海流能发电配备立异记
来源:人口网 发表于2019-07-12 21:41:41 编辑:向华强
摘要: 海洋是动力之海。海洋能永世不竭,对人类永续开展含义非凡。 4月艳阳天,东海之滨的舟山摘箬山岛边,三座硕大的火红色海流能发电渠道正平稳作业。

  海洋是动力之海。海洋能永世不竭,对人类永续开展含义非凡。

  4月艳阳天,东海之滨的舟山摘箬山岛边,三座硕大的火红色海流能发电渠道正平稳作业。

  一个月来,在浙江大学原创大长径比半直驱水平轴120kW份额样机基础上,国电联合动力技能有限公司研发的300kW电气变桨机组,在舟山摘箬山海洋科技演示岛浙大海流能发电实验基地实海况发电成功,完成270度变桨和并网作业!

  “这台机组是工业级的样机,这次海试完善之后,将成为我国榜首个成型的海流发电配备产品。”正在现场的浙江大学海洋研讨院副院长、机械学院教授李伟介绍说。

  从2004年开端,李伟团队即致力于海流能的开发使用,迄今已成功研发了30kW-650kW系列化半直驱机组和涉海特种仪器专用50W- 500W直驱机组两大系列化配备,首先构成水平轴机组列阵并网作业体系和海流能海岛独立安稳供电体系,在海流能发电配备的研发上走出了一条自主研发的立异之路。

  世界难题:高效性、可靠性、安稳性

  所谓海流能,首要是指因为月球的潮汐效果,引起海底水道或海峡中的海水活动所发生的动能。依据我国滨海130个水道、港口的观测及剖析材料显现,我国滨海海流能的年均匀功率理论值约为1.4X107kW,归于世界上功率密度最大的区域之一。特别是浙江舟山群岛邻近水道,均匀功率密度在20kW/m2以上,开发环境和使用条件十分有利。

  海流能发电的首要使用,是满意无电、无水、无人的‘三无’岛屿或一些远离大陆海岛的特别供电需求,完成就地取能、海能海用。

  要从活动的海水中获取动能发电,要害在于捕获转化能量的配备,有必要霸占作为动力机械的高效性、作为海洋执役环境配备的可靠性和作为间歇能量供电单元的安稳性三大世界性难题。

  “术业有专攻,国内外同行在某一方面有他的特长,处理了单个的问题。但一起处理这三大问题的,现在就属浙大研发的大长径比半直驱高效水平轴海流能系列机组。”李伟表明,浙江大学供给了一个全体处理的计划,构成了我国原创的新机型。

  技能计划:大长径比、半直驱、整机优化规划

  海流发电配备首要有水平轴、垂直轴和振荡式3种基本方式,浙江大学研发的海流发电机组归于水平轴结构。“和另两种比较,只要水平轴方式能冠以‘高效’。海水流过去,挨近一半的能量能够提取出来。”李伟介绍,垂直轴的优势是能够“万向”,不论流从哪来,是涨潮仍是落潮,都可作业。但水流过来时,垂直轴一边发生动力矩,对称的一边必定发生阻力矩,本质上是转矩差做功,其功率不及水平轴的一半。振荡式功率更低一些。

  “欧美和世界上其他一些国家首要选用高效水平轴的技能道路,特别是在大型机组中,英、美、法、德、挪威等国的首要项目均无破例选用干流的水平轴结构方式。”

  水平轴怎么做,其先进技能道路是什么?李伟团队在对比剖析后发现,在中大型的水平轴配备中,传统高升速型与直驱型的配备都有其局限性。

  世界上传统选用机械升速计划,发电机转速为每分钟几千转,而叶轮的转速每分钟只要几十转,中心经过升速齿轮箱来匹配。但此计划难以处理功率与转速成正比,而旋转体系可靠性与升速比大致成反比的对立。

  “假如选用直驱型,撤销齿轮箱,可靠性相应进步,这在风力发电中十分遍及。但这个计划用于海流发电时有适当的局限性,中小型的能够,中大型不可。为什么?榜首,多级对数直驱型机组的径向尺度必定大,无效挡水面就大,功率就低;第二,海水不能像空气相同能紧缩,假如中心有阻挠,必定要从周围流过去,会构成流态变差,添加叶片的力学载荷,对可靠性发生影响;第三,因径向尺度大,发电机中心发生的热量传导至水冷外壳的间隔较远,晦气温升的操控;第四,便是密封问题,这与温升及其改变梯度、频度有关,温度动摇会加快水下密封材料的老化。”

  针对上述传统技能计划存在问题,浙大团队另辟蹊径,提出了“大长径比束缚半直驱整机优化”的规划思路,和“大长径比(轴径向比)”这一归纳功用表征方针;提醒了平等功率机组,长径比大者,功用更佳的规则。

  “即依据用户对发电功率的需求,对叶轮、低速齿轮箱和亚低速电机等首要部件径向尺度进行束缚性优化规划,终究构成外形细长流通,内涵功用优异的大长径比半直驱新机型。”李伟介绍说。

  一起,课题团队还在变桨和密封两个要害部件上进行立异。一是发明晰在细长叶轮概括里具有大推力的液压变桨组织,完成变桨对流增效、变速操控增效、安全发电增效三大功用。二是发明晰根据压差概念和三层组合密封结构的动密封技能,使机组水下作业时刻到达世界领先水平。

  “大长径比、半直驱、高效水平轴”海流能配备研讨在世界国内发生了广泛影响。在世界IEC/TC114标委会2019年、2019年主席团全体会议上,我国代表接连两年把浙大原创机型及其发展作为亮点作业进行了专门介绍。

  立异途径:原理样机、工程样机、演示作业

  浙大团队从事海洋能配备研讨是从自选项目开端的。“其时咱们想在机械与动力两个范畴完成学科会聚和技能穿插,结合浙江滨海资源优势和服务浙江的方针,将目光盯在海流能发电配备这个研讨方向上,在实验室做出了一个5kW原理性样机。”李伟说。

  2006年,浙大研发的国内榜首台水平轴“水下风车”面世,该配备选用了机械传动原理,在舟山岱山海域发电成功。

  2009年,课题组得到国家自然科学基金重点项目赞助,成功研发出30kW“半直驱”海流发电设备原型机组,在舟山海域海试发电成功。

  2019年,课题组得到国家863项目支撑,研发出世界首台液压传动和变桨的海流发电机组。

  2019年,浙江大学与国电树立战略协作关系,协作研发系列半直驱高效水平轴的潮流能发电配备。

  2019年,课题组在国家科技部十二五重大项目课题、海洋局专项支撑下,自主研发的60kW大长径比半直驱水平轴机组,在新建成的摘箬山海洋科技演示岛浙大海流能实验渠道入海实验。

  ?“60kW机组项目获得十多项国家授权发明专利,在‘大长径比’束缚条件下的整机优化规划、一次捕能组织(叶片)高效规划、动态密封结构规划等方面均有所立异。”李伟介绍,机组至今继续作业时刻近四年,是现在国内实践作业时刻最长的海流能发电机组,累计作业时刻方针到达世界领先水平,海上实验进程与成果被我国船级社验证。

  2019年,课题组在国家海洋局专项支撑下120kW水平轴半直驱液压变桨机组成功下海,完成了并网作业。该机组在世界上初次完成了在半直驱水平轴海流能发电机组细长轮毂空间内的大驱力液压变桨,在进步机组获能功率和可靠性方面获得打破。

  

  2019年,浙江大学课题组自主研发的大长径比半直驱650kW机组成功海试并网发电,成为现在国内单机功率最大的海流能发电配备。

  2019年3月,由国家海洋局专项支撑,国电企业(浙大为项目参与单位)研发的300kW工业级样机在浙大摘箬山岛海域发电成功。

  现在,浙大摘箬山海洋科技演示岛海流能发电配备实验基地已建成3个漂浮式海试渠道。经国家海洋局统筹,哈尔滨电机厂有限责任公司、杭州江河水电科技有限公司和国家海洋局海洋技能中心研发的配备也将连续来到基地进行实海况实验。

  (文/图 高楚清)

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