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超低水头水轮机在可再生能源开发中的应用进展

文档作者：肖惠民1 于波1 蔡维由1·2 文档来源： 1．水力机械过渡过程教育部重点实验室(武汉大学) 2．武汉大学动力与机械学院		点击数：	更新时间： 2025年12月30日
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上一篇：转桨式水轮机调速系统节水增效控制方法研究

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2011年第3期
201l Number 3
水电与新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第95期
Total No．95
文章编号：1671—3354(2011)03—0062—02
超低水头水轮机在可再生能源开发中的应用进展
肖惠民1’。，于波1”，蔡维由1·2
(1．水力机械过渡过程教育部重点实验室(武汉大学)，湖北武汉430072；2．武汉大学动力与机械学院，湖北武汉430072)
摘要：随着世界能源日趋紧张，水能、海洋能作为清洁、可再生能源受到许多国家的蕈视。文中对超低水头水轮机在水
能、海洋能发电中的应用进行了综述和评价，并介绍了国内超低水头水轮机的研究进展。
关键词：超低水头水轮机；可再生能源；进展
中图分类号：TK730．2 文献标志码：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
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。过
去的200多年，煤炭、石油、天然气等化石燃料为基础
的能源系统极大地推进了人类社会的发展。然而，人
类在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越
感受到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源
13益枯竭，环境不断恶化；还诱发了国与国之间、地区
之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。因此，为满足
人类对能源的需求，在大量消耗煤炭、石油、天然气等
不可再生能源的同时，积极开发可再生能源已是各国
政府一项十分重要的任务。在可再生能源的开发和利
用中，能量转换装置的设计是其主要关键技术之一。
作为能琏转换装置类型之一的水轮机，其结构型式及
水动力性能的研究也就成为了可再生能源开发利用的
重点研究方向之一。
本文对超低水头水轮机在水能、海洋能发电中的
应用进行了综述和评价，并介绍了国内超低水头水轮
机的研究进展。
扩展，既有高达1 000多m的冲击式水轮机，也有水头
低至2—5 m的轴流式、贯流式水轮机。川，和一些可在
超低水头下运行的、结构比较特殊的微型水轮机、金属
水车、水力螺旋水轮机等u‘41，以及可用于转换波浪能
的超低水头水轮机(水头<5 m)。
超低水头水轮机在波浪能转换中主要用于越浪式
波浪能发电，如Tapered Channel(收缩波道式)、Wave
Dragon(波龙式)和Sea Slot—cone Generator(集波水槽
式)等。
越浪式波浪能发电是利用水道将波浪引入高位水
库形成水位差(水头)，利用水头直接驱动水轮发电机
组发电。优点是具有较好的输出稳定性、效率以及可
靠性；缺点是尺寸巨大，建造存在困难。
已建的越浪式电站有挪威的350kW固岸收缩波
道式电站、丹麦的Wave Dragon漂浮波力电站(图
1)p J、挪威的SSG槽式电站(图2)[63等。
2无压流水轮机
1 常规水轮机
超低水头水轮机的另一发展方向是无压流水轮机。
100多年来，g-规水轮机的应用水头得到不断地无压流水轮机和常规水轮机的主要区别在于前者在低
收稿日期：2011一Ol一18
作者简介：肖惠民，男，博士，主要从事水力机械内部流动数值模拟及稳定性研究。
万方数据
月gR．等：日Ⅲm女水轮机在日再哇能薛"发中的应月进展一置l Wavema聊渡力电站田2 ssc槽i蓑■
流速和低压力的水流中需要很大的水流通道面积才有
效。相反．常规水轮机设计用干高压和比较小的水道，
水流完全在术轮机内部流动，做完功后再流出水轮机。
无压流水轮机闷前主要应用f河流发电和潮海流
发电。河流发电足一种尢捧建坝获取电能的方式；潮
海流发电利用海漉和潮流的动能发电．其能量转换装
置有螺旋桨式、对称冀魁立轴转轮式(竖轴潮流发电
水轮机)、降落伞式和磁流直等多种“。
最早的无压流水轮机r 193 L年取掰r风能利用
々利，适j}j下无琏沆{牟的D．rrh,us水轮机．其结构如阳
3所求。，瞪轴Darneus水轮机的叶片攻船是固定的．
难以目扁动．且当承讹冲击直l叶片的角度改变时易发
生振动。而改进后的竖轴ur变攻角直叶水轮机则町以
根据设计要求实现低速或高速运行，模型试验已正实
其具有自宙动能力和较高的能骷系数址潮流电站水
轮机的优选机型，如一I·叫官th水道试验的摆线式轮
机、意大利M啉ina水道试验豹Kob0M轮机以瘦爱丁
嵯大学的力矩控制式轮目【部届于嵯轴变攻角直叶片水
轮机。。
美国卫尔洛夫教授(Gorlov)在20世纪90年代中
期开始研究超慨水头水轮机9。他研制的螺旋形水
轮机(图4)町稳定地竹向转动．H敏卑优于Darrieus
水轮机．町用于潮海流和河流发电。
百
册；O；器
目3 Dard㈨木轮n 图4戈尔洛熹水轮m
3中国超低水头水轮机研究进展
中陶对低水头、扭低水头水轮机的研究主要集中
在町用f常脱水电站和潮沙电站的贯流式水轮
机’””及潮海流发电水轮机等方面
东方电机厂和哈尔滨电机厂以其雄厚的科技实力
挺进韩嘲大型潮汐IE站设备市场；浙江储春江承电世
备公可也为韩国始华潮汐电站承制多种大型水电设糈
2011年5月
部套；华中理fI=大学-练莞理工学院合作．开发了·种
带皮带坩建的全贯流式永轮发电机组；文献[13]设计
出r一种越低水头涡扇形涡轮机的3D摸型，建立r
丈物摸璎。井进行丫和关的现场实验研究。
哈尔滨工张火学、东北师范大学冲科院等高校种
科研院所先后开展了潮滩水轮机的理论和实骑研究1：
作。‘。经过20多年的研究．中国在潮流水轮机的水
动力性能理论研究、模型试验研究、机构设计，叶什控
制及电站总体设计菩方面均取得了较大的技术进步。
并积累了事富的经验。目前中国潮流能利用研究已进
入宴海况下的应用示范研究Ⅳ嘏。
4结语
随着地球温室教应日渐突卅，各瑚对清亍占可再生
能源的开发步伐在连渐加快。除r大型电站外还着眼
十教毋庞大的中小喇、微型发电机组，期型开发m水能
利埘效率高、稳定性更好、更小型化的高比转速水
轮机．
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