Page 201 - 水资源利用与水务管理研究

第六章 海岛水资源的开发与利用

有利于保护海洋生物的栖息地。缺点主要是：相对于水平轴式较低的自启动能力、
较高的扭矩波动以及通常低于水平轴式水轮机的获能效率，且其叶片攻角在一个
旋转周期内处于变化的状态，会导致输出功率的不平衡。同时，这也会令其在紧

急情况下很难停止，因为它不容易在水流中旋出，而水平轴式可以通过变桨将叶
片与水流方向平行以达到停止，它需要比水平轴式叶片具有更光洁的表面，以保
持较高的升阻比，这是达到合理效率所必需的，但这在海水中很难得到有效保持，
也会导致其制造和维护成本显著增加。

3. 振荡水翼技术
该类型机组主要由振荡悬臂、水翼及液压发电单元组成，振荡悬臂在水翼两
侧潮流的推动下摆动，其摆动可驱动高压液体从而带动液压发电机发电，从而将
动能转换为电能。区别于传统水轮机旋转获能发电，振荡水翼技术克服传统水轮

机占用水深大和环境影响强的缺点。水翼转轴竖向安装，可以避免因水翼与水密
度不同而引起的水翼上浮或下沉，优化了其运动效果。水翼结构形式十分简单，
相对于其他获能结构制造简便，不易损坏，即便破坏也易于更换，具有更好的工
程利用价值。振荡水翼的悬臂扫掠的区域宽而浅，所以在浅海中有着一定的优势，

但相对于研究相对成熟的水平轴式和竖直轴式潮流发电技术而言，振荡水翼技术
在水域中进行的是非定常运动，所带来的更为复杂的尾部湍流与大尺度涡旋难以
模拟，使得该技术存在极大的不稳定性，这意味着设计必须采用保守的安全裕度，
产生更高的成本，同时控制策略也不是最优的，也会导致能源利用率的降低。因

此，目前振荡水翼运行项目相对较少，主要有英国 EBL 公司设计的 150kW 振荡
式潮流能装置 Stingray 和 PT 公司开发的 100kW“Pulse-Stream100”样机等。
（二）支撑结构
水轮机装置在运行过程中，除了多变的海洋环境会影响其工作状态，也会受

到水轮机装置支撑结构的影响。水轮机生命周期在很大程度上取决于结构与水动
力相互作用，如 Mason-Jones 等分别对多种不同形状的支撑桩柱以及在有、无支
撑结构时对水平轴式水轮机性能的影响进行了对比研究，结果发现不同的支撑结
构会使扭矩、功率和轴向推力的振幅变化皆有不同，且支撑结构的存在会使扭矩、

功率和轴向推力的振幅增大。因此，在几何设计和材料选择阶段，准确量化荷载
（包括所选用的支撑结构上的阻力）是相当重要的。当前，水轮机支撑结构安装
形式主要有重力式、桩柱式和漂浮式。

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