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超低水頭水輪機在可再生能源開發中的應用進展

文檔作者：肖惠民1 于波1 蔡維由1·2 文檔來源： 1．水力機械過渡過程教育部重點實驗室(武漢大學) 2．武漢大學動力與機械學院		點擊數：	更新時間： 2025年12月30日
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2011年第3期
201l Number 3
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第95期
Total No．95
文章編號：1671—3354(2011)03—0062—02
超低水頭水輪機在可再生能源開發中的應用進展
肖惠民1’。，于波1”，蔡維由1·2
(1．水力機械過渡過程教育部重點實驗室(武漢大學)，湖北武漢430072；2．武漢大學動力與機械學院，湖北武漢430072)
摘要：隨著世界能源日趨緊張，水能、海洋能作為清潔、可再生能源受到許多國家的蕈視。文中對超低水頭水輪機在水
能、海洋能發電中的應用進行了綜述和評價，并介紹了國內超低水頭水輪機的研究進展。
關鍵詞：超低水頭水輪機；可再生能源；進展
中圖分類號：TK730．2 文獻標志碼：A
Application Development of Ultra Low-head Hydraulic Turbine
in Renewable Energy Utilization
XIAO Huiminl”，YU B01”，CAl Weiyoul·2
(1．Key Laboratory of Transients in Hydraulic Machinery(Wuhan University)，Ministry of Education，Wuhan 430072，China；
2．School of Power and Mechanical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China)
Abstract：As a clean and renewable energy，water power and ocean wave energy are paid much attention by the govem—
ments around the world while the amount of the energy is decreasing day by day．The application of ultra low-head hy—
draulic turbine in water and ocearl power generation is reviewed，and its research development in China is also discussed．
Key words：ultra low·head hydraulic turbine；renewable energy；development
能源是人類社會賴以生存和發展的物質基礎。過
去的200多年，煤炭、石油、天然氣等化石燃料為基礎
的能源系統極大地推進了人類社會的發展。然而，人
類在物質生活和精神生活不斷提高的同時，也越來越
感受到大規模使用化石燃料所帶來的嚴重后果：資源
13益枯竭，環境不斷惡化；還誘發了國與國之間、地區
之間的政治經濟糾紛，甚至沖突和戰爭。因此，為滿足
人類對能源的需求，在大量消耗煤炭、石油、天然氣等
不可再生能源的同時，積極開發可再生能源已是各國
政府一項十分重要的任務。在可再生能源的開發和利
用中，能量轉換裝置的設計是其主要關鍵技術之一。
作為能璉轉換裝置類型之一的水輪機，其結構型式及
水動力性能的研究也就成為了可再生能源開發利用的
重點研究方向之一。
本文對超低水頭水輪機在水能、海洋能發電中的
應用進行了綜述和評價，并介紹了國內超低水頭水輪
機的研究進展。
擴展，既有高達1 000多m的沖擊式水輪機，也有水頭
低至2—5 m的軸流式、貫流式水輪機。川，和一些可在
超低水頭下運行的、結構比較特殊的微型水輪機、金屬
水車、水力螺旋水輪機等u‘41，以及可用于轉換波浪能
的超低水頭水輪機(水頭<5 m)。
超低水頭水輪機在波浪能轉換中主要用于越浪式
波浪能發電，如Tapered Channel(收縮波道式)、Wave
Dragon(波龍式)和Sea Slot—cone Generator(集波水槽
式)等。
越浪式波浪能發電是利用水道將波浪引入高位水
庫形成水位差(水頭)，利用水頭直接驅動水輪發電機
組發電。優點是具有較好的輸出穩定性、效率以及可
靠性；缺點是尺寸巨大，建造存在困難。
已建的越浪式電站有挪威的350kW固岸收縮波
道式電站、丹麥的Wave Dragon漂浮波力電站(圖
1)p J、挪威的SSG槽式電站(圖2)[63等。
2無壓流水輪機
1 常規水輪機
超低水頭水輪機的另一發展方向是無壓流水輪機。
100多年來，g-規水輪機的應用水頭得到不斷地無壓流水輪機和常規水輪機的主要區別在于前者在低
收稿日期：2011一Ol一18
作者簡介：肖惠民，男，博士，主要從事水力機械內部流動數值模擬及穩定性研究。
萬方數據
月gR．等：日Ⅲm女水輪機在日再哇能薛"發中的應月進展一置l Wavema聊渡力電站田2 ssc槽i蓑■
流速和低壓力的水流中需要很大的水流通道面積才有
效。相反．常規水輪機設計用干高壓和比較小的水道，
水流完全在術輪機內部流動，做完功后再流出水輪機。
無壓流水輪機悶前主要應用f河流發電和潮海流
發電。河流發電足一種尢捧建壩獲取電能的方式；潮
海流發電利用海漉和潮流的動能發電．其能量轉換裝
置有螺旋槳式、對稱冀魁立軸轉輪式(豎軸潮流發電
水輪機)、降落傘式和磁流直等多種“。
最早的無壓流水輪機r 193 L年取掰r風能利用
々利，適j}j下無璉沆{牟的D．rrh,us水輪機．其結構如陽
3所求。，瞪軸Darneus水輪機的葉片攻船是固定的．
難以目扁動．且當承訛沖擊直l葉片的角度改變時易發
生振動。而改進后的豎軸ur變攻角直葉水輪機則町以
根據設計要求實現低速或高速運行，模型試驗已正實
其具有自宙動能力和較高的能骷系數址潮流電站水
輪機的優選機型，如一I·叫官th水道試驗的擺線式輪
機、意大利M啉ina水道試驗豹Kob0M輪機以瘦愛丁
嵯大學的力矩控制式輪目【部屆于嵯軸變攻角直葉片水
輪機。。
美國衛爾洛夫教授(Gorlov)在20世紀90年代中
期開始研究超慨水頭水輪機9。他研制的螺旋形水
輪機(圖4)町穩定地竹向轉動．H敏卑優于Darrieus
水輪機．町用于潮海流和河流發電。
百
冊；O；器
目3 Dard㈨木輪n 圖4戈爾洛熹水輪m
3中國超低水頭水輪機研究進展
中陶對低水頭、扭低水頭水輪機的研究主要集中
在町用f常脫水電站和潮沙電站的貫流式水輪
機’””及潮海流發電水輪機等方面
東方電機廠和哈爾濱電機廠以其雄厚的科技實力
挺進韓嘲大型潮汐IE站設備市場；浙江儲春江承電世
備公可也為韓國始華潮汐電站承制多種大型水電設糈
2011年5月
部套；華中理fI=大學-練莞理工學院合作．開發了·種
帶皮帶坩建的全貫流式永輪發電機組；文獻[13]設計
出r一種越低水頭渦扇形渦輪機的3D摸型，建立r
丈物摸瓔。井進行丫和關的現場實驗研究。
哈爾濱工張火學、東北師范大學沖科院等高校種
科研院所先后開展了潮灘水輪機的理論和實騎研究1：
作?！?。經過20多年的研究．中國在潮流水輪機的水
動力性能理論研究、模型試驗研究、機構設計，葉什控
制及電站總體設計菩方面均取得了較大的技術進步。
并積累了事富的經驗。目前中國潮流能利用研究已進
入宴海況下的應用示范研究Ⅳ嘏。
4結語
隨著地球溫室教應日漸突卅，各瑚對清亍占可再生
能源的開發步伐在連漸加快。除r大型電站外還著眼
十教毋龐大的中小喇、微型發電機組，期型開發m水能
利塒效率高、穩定性更好、更小型化的高比轉速水
輪機．
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