潮汐發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)概述

【摘要】潮汐能是一種尚待大力開發(fā)的巨大可再生資源。本文簡(jiǎn)要介紹了潮汐電站的各種水電機(jī)組及其關(guān)鍵技術(shù)，如水輪機(jī)技術(shù)和防腐技術(shù)等。通過對(duì)這些技術(shù)的介紹，可以便于我們更好地學(xué)習(xí)和了解潮汐發(fā)電技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】潮汐電站；水輪機(jī)；水輪發(fā)電機(jī)；海水腐蝕防止技術(shù)

1、豐富的潮汐能量資源

潮汐能是海水在月球、太陽(yáng)等引力作用下形成周期性海水漲落而產(chǎn)生的能量。根據(jù)世界能源會(huì)議《1992年能源資源調(diào)查報(bào)告書》，全世界潮汐能的理論資源量為22億kW。其中可開發(fā)潮汐能約10～11億kW，年發(fā)電量約12400億kWh。

2、潮汐電站水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)技術(shù)

潮汐電站利用水頭低，潮差變化大，水頭變動(dòng)頻繁，這些都給水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)帶來一些困難。另外，許多潮汐電站運(yùn)行工況復(fù)雜、轉(zhuǎn)換頻繁，例如不僅要求正反向發(fā)電，還要求正反向抽水、正反向泄水，這更增大了水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)的難度。因此，要根據(jù)電站實(shí)際情況和用戶具體要求，應(yīng)用現(xiàn)代CFD技術(shù)，權(quán)衡協(xié)調(diào)各種工況的要求和性能，設(shè)計(jì)出綜合效率高、過流量大、空化性能好的轉(zhuǎn)輪及流道。對(duì)多種工況運(yùn)行的轉(zhuǎn)輪而言，通常只要求正向發(fā)電和反向抽水運(yùn)行的高效率，不追求反向發(fā)電和正向抽水運(yùn)行時(shí)的效率。

2.2 大型全貫流式水輪發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

全貫流式水電機(jī)組在潮汐電站中有廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)針對(duì)大型全貫流式水電機(jī)組進(jìn)行專項(xiàng)研究。特別要對(duì)大型全貫流式水電機(jī)組的特殊關(guān)鍵問題，如水密封技術(shù)、機(jī)組動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題等，開展專題調(diào)查和研究。

2.3 海水腐蝕防止技術(shù)

潮汐電站水電機(jī)組部件長(zhǎng)期浸泡在海水中或處于鹽霧彌漫的空氣中，這不但對(duì)結(jié)構(gòu)中的金屬要產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用，產(chǎn)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕，而且對(duì)機(jī)組中的電氣元器件及絕緣也要產(chǎn)生很大的影響。在潮汐電站機(jī)組中，防止海水腐蝕的主要措施有：

（1）合理選擇材料，關(guān)鍵金屬部件采用Cr、Mo含量較高，甚至還含有Ni的不銹鋼。法國(guó)朗斯電站曾對(duì)水輪機(jī)部件的材料進(jìn)行大量研究，對(duì)普通鋼、不銹鋼和青銅進(jìn)行調(diào)查比較和實(shí)驗(yàn)，最后決定12臺(tái)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采用含17%Cr和4%Ni的不銹鋼，另外12臺(tái)采用含9%Al的青銅制造（運(yùn)行結(jié)構(gòu)證明，兩種材料均有較好的抗海水腐蝕性能，抗腐蝕性能相近），水輪機(jī)輪轂及燈泡體采用18Cr8Ni3Mo的不銹鋼，而機(jī)械強(qiáng)度要求較高的一般部件則采用普通鋼。

（2）涂敷耐海水腐蝕涂料

所有與海水接觸的普通鋼部件表面應(yīng)涂敷一層耐海水腐蝕的涂料。法國(guó)朗斯電站經(jīng)過比較，選用乙烯樹脂系涂料，運(yùn)行效果良好。我國(guó)江廈電站的防海水腐蝕涂料則采用以H-36厚漿型環(huán)氧瀝青漆為底漆，氯化橡膠涂料作中間漆，高接觸型氧化亞銅防污涂料為面漆，這套防腐涂料不僅具有良好的耐海水腐蝕性能，而且還具有良好的防止生物附著的功能。

（3）采用陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)技術(shù)是一種化學(xué)防護(hù)技術(shù)，是一種以犧牲陽(yáng)極、保護(hù)陰極來防止金屬結(jié)構(gòu)海水腐蝕的方法。我國(guó)江廈電站也采用了陰極保護(hù)技術(shù)。

陰極保護(hù)技術(shù)有兩種，一種是不帶外部電流裝置的，由金屬構(gòu)件（被保護(hù)陰極）與具有更高負(fù)電位的金屬護(hù)件（犧牲陽(yáng)極）之間的電接觸來實(shí)現(xiàn)極化。如轉(zhuǎn)輪的輪轂體，可在噴鍍鋅以后涂以封閉層、防腐層。另一種陰極保護(hù)方式是帶有外部電流裝置的，它通過外部電流來維持金屬構(gòu)件的負(fù)電位。

（4）發(fā)電機(jī)防海水腐蝕技術(shù)

潮汐電站空氣中的鹽霧除對(duì)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)件、定子鐵心等造成損害外，還可能在定子繞組表面產(chǎn)生放電現(xiàn)象，損傷絕緣結(jié)構(gòu)。因此，發(fā)電機(jī)繞組絕緣要采用防鹽霧絕緣材料和結(jié)構(gòu)，定子背面及定子槽要涂以適當(dāng)涂料。定子槽涂層應(yīng)為半導(dǎo)電的，以便將線棒外部的電暈保護(hù)接地，并防止相鄰定子疊片間發(fā)生短路。

2.4 防海生物附著技術(shù)

海水中的海生物容易附著在金屬結(jié)構(gòu)表面，影響過流部分的過流條件，影響機(jī)組出力，降低運(yùn)動(dòng)部件的靈活度。而且海生物的附著力極強(qiáng)，清除非常困難。例如，法國(guó)朗斯電站24臺(tái)機(jī)組每年要清除約1t的海生物附著物，花費(fèi)60萬法郎。

潮汐電站機(jī)組中防海水物附著主要采用兩種方法。一是過流表面涂敷能殺死海生物的涂料；二是電解海水，產(chǎn)生毒性氯離子，抑止海生物附著。前蘇聯(lián)基斯洛電站研究出一種含有能殺死海生物組份的漿料，涂敷過流表面，同時(shí)采用從海水中制取氯離子，輸送至流道表面，驅(qū)除污著物的幼蟲。這兩種措施，雙管齊下，能保證10多年內(nèi)流道內(nèi)無海生物附著。

3、結(jié)束語(yǔ)

潮汐發(fā)電的發(fā)展方興未艾，對(duì)于我國(guó)廣闊的海岸線，相信越來越多的潮汐發(fā)電站得以建設(shè)。因此，總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，啟迪創(chuàng)新思維，攻克潮汐發(fā)電的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)我們掌握和運(yùn)用潮汐發(fā)電技術(shù)意義非凡。

作者簡(jiǎn)介：周春蘭（1976-），2000年學(xué)士畢業(yè)于四川輕化工學(xué)院電子工程自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司輔機(jī)事業(yè)部技術(shù)開發(fā)室工作，從事水輪機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)，汽輪發(fā)電機(jī)配套冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)研究工作，工程師。