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Research on Water Resources Utilization and Water Affairs Management
水资源利用与水务管理研究
水轮机旋转面的面积只占据了潮流截面的一小部分，对潮流能的利用率较低，同
时要求潮流流速达到一定的条件来保证发电量。当前，国际上潮流能发电技术以
欧洲国家较为成熟，在潮流能资源丰富的地区，进行了多种类型的全比例水轮机
样机真实海况测试。2020 年，苏格兰 Texo 公司计划在 EMEC 试验场安装 2MW
的 SR2000 机组，潮流能行业已然进入试商业化运行阶段。
1. 水平轴式水轮机
当水流方向与水轮机叶轮旋转轴平行，为水平轴式水轮机。该类型水轮机
的叶片均布于轮毂上，现主要以三叶片叶轮为主，通过水流作用在叶片上产生的
升力和转矩推动叶轮绕着横轴旋转，以此将水流动能转化为旋转的机械能，然后
旋转的主轴将驱动发电机发电，将机械能转化为电能。水平轴式水轮机的发电技
术与风轮机发电技术有很大相似性，很多技术沿用了风轮机技术，有较好的前期
基础，目前水平轴式水轮机主要包括英国 MCT 公司研发的 SeaGen 系列，英国
SMD 公司的 TidEL 项目以及爱尔兰 OpenHydeo 公司的 OpenVentre 装置等。与垂
直轴式水轮机相比，水平轴式水轮机结构简单，稳定性好。同时，水平轴叶轮具
有更佳的效率转换、自启动力矩大、转动稳定等优点；但其叶片结构较垂直轴式
更为复杂，且简单高效叶片以及如何避免空化有待深入研究，需换向或变桨机构
以适应潮流的双向特性，结构整体比较复杂。据 Corsatea 等调查显示，潮流能行
业 76% 的投资都用于研发水平轴式潮流能水轮机。
2. 垂直轴式水轮机
垂直轴式水轮机发电原理与水平轴式类似，但其水流方向与水轮机叶轮旋
转轴垂直。该类型水轮机的叶轮旋转面平行于水流，叶片均布于轮缘上，叶片
在水流作用下产生的升力、阻力及其转矩推动叶轮绕主轴旋转，主轴带动发电
机运转，从而达到发电状态。目前垂直轴式水轮机主要包括加拿大 NE 公司设计
的 EnCurrent 垂直轴式潮流发电系统、美国 ORP 公司通过螺旋叶片方案设计的
CGen 潮流能发电装置以及哈尔滨工程大学设计的万向系列水轮机等。与水平轴
式叶轮相比，垂直轴式叶轮主要优点是：有着更为简单的设计，较大降低了装置
总成本，可以利用来自任何方向的水流，并不需要用到任何偏航设备；适合大规
模阵列布置；叶片采用对称翼型结构简单便于制造；发电机可置于叶轮主轴的上
端水面之上以降低水下密封的难度和成本；也有研究表明它能更好地适应湍流环
境。此外，工作转速较低，不易空化、减少叶尖损失，更有效地降低噪音，这样
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