將北海的潮汐能用作替代能源正吸引著學(xué)術(shù)界和業(yè)界的日益關(guān)注。與 2002 年成立的新蘇格蘭公司 Scotrenewables Tidal Power Ltd. 已開發(fā)出專為北海惡劣環(huán)境設(shè)計的創(chuàng)新型潮汐渦輪發(fā)電機(jī)。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同，新型潮汐渦輪機(jī)不需要在海底進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝固定，而是浮在水面上。所有的控制功能都由基于 EtherCAT 的集成式 PC 控制平臺處理。
專為北海惡劣環(huán)境設(shè)計的潮汐渦輪機(jī)的建設(shè)
位于蘇格蘭 Stromness 的海洋再生能源技術(shù)開發(fā)商 Scotrenewables Tidal Power 已開發(fā)出了漂浮式潮汐渦輪發(fā)電機(jī) SR250。其創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計使得成本大大降低，所以，潮汐能將在不久的將來對再生能源做出巨大貢獻(xiàn)。
穩(wěn)健創(chuàng)新的設(shè)計
用于在北海惡劣環(huán)境下工作的系統(tǒng)必須穩(wěn)健且高度可靠，只需要最小量的維護(hù)要求。一臺 250 kW 的 SR250 樣機(jī)目前正在奧克尼群島外的 Fall of Warness 潮汐能測試中心進(jìn)行為期兩年的徹底測試，測試由歐洲海洋能源中心(EMEC)進(jìn)行。
兩個反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子從潮汐中獲取動能，動能隨后由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能并由被埋在海底的電纜傳輸上岸。潮汐渦輪機(jī)本質(zhì)上包括一個柱形管，與水平軸平行的轉(zhuǎn)子由折疊支柱連接到柱形管上。支柱使得潮汐渦輪機(jī)可采取兩種位置：運(yùn)行模式下，轉(zhuǎn)子將延長至水下。運(yùn)輸和生存模式下，例如，設(shè)備將在巨浪下運(yùn)行，轉(zhuǎn)子將縮回以避免過度負(fù)荷。
低廉的運(yùn)行成本確保了在競爭性行業(yè)中的生存能力
在潮汐渦輪機(jī)開發(fā)中，Scotrenewables 的主要目標(biāo)就是安裝和運(yùn)行簡單、易于訪問、維護(hù)輕松和穩(wěn)健。Scotrenewables 堅(jiān)信，與其它再生能源相比，運(yùn)行成本將是潮汐能主要的競爭力因素。傳統(tǒng)的潮汐發(fā)電廠通常需要具有相關(guān)地基的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)和用于在海域安裝和維護(hù)的昂貴專用設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)施，包括重型起重船等。相比之下，Scotrenewables 開發(fā)的漂浮式潮汐渦輪機(jī)可用通用作業(yè)船進(jìn)行安裝，使得過程費(fèi)用大大降低。一旦運(yùn)行，發(fā)電廠可快速且經(jīng)濟(jì)有效地拖到工作點(diǎn)進(jìn)行工作或拖回港口進(jìn)行維護(hù)。
基于 PC 的集成式控制技術(shù)
SR520 使用 Beckhoff 完全集成的控制平臺，包括工業(yè) PC、防護(hù)等級為 IP 67 的 EtherCAT I/O 和 TwinCAT 自動化軟件。其控制發(fā)電廠的所有運(yùn)行功能，包括渦輪機(jī)臂運(yùn)動、數(shù)據(jù)記錄、操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控。“SR250 的系統(tǒng)通信基于 EtherCAT 環(huán)型拓?fù)?，提供了線路冗余且在斷線情況下確保了系統(tǒng)運(yùn)行。這種設(shè)計確保了快速的配置，在配置期間只需要連接少數(shù)低壓電纜。本系統(tǒng)可控制所有活動件，包括液壓系統(tǒng)并可與變速驅(qū)動器等外部裝置通信。所有的監(jiān)控任務(wù)都由 TwinCAT HMI 工具處理，無需驅(qū)動程序或其它通信協(xié)議。在 TwinCAT HMI 工具中，變量在相同的軟件中被處理為程序邏輯。
Beckhoff 蘇格蘭區(qū)域經(jīng)理 Alan Smith 說：“這是一個特別具有創(chuàng)新性且要求嚴(yán)苛的項(xiàng)目。相應(yīng)地，在控制組件的穩(wěn)健性和可用性方面也具有嚴(yán)格的要求。為此，Scotrenewables 需要絕對的可靠性和高 MTBF 值。我們高度集成的控制解決方案的開放性是避免互操作性問題風(fēng)險的同時提速工程工作的重要先決條件。EtherCAT 平臺是類似 SR250 等研發(fā)項(xiàng)目的理想選擇，因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)了模塊化方法?！盨cotrenewables 的開發(fā)工程師，Angel Rua 說：“SR250 的這種設(shè)計理念使得各種測試(包括拖拽測試)的執(zhí)行成為可能。我們可以使用這些測試以可控的方式模擬潮汐并檢查所有板載系統(tǒng)。全功率測試非常成功，證明了我們的漂浮式渦輪機(jī)能夠可靠有效地生成能量并且可以達(dá)到其 250 kW 的額定輸出?！薄芭c并網(wǎng)現(xiàn)場發(fā)電相關(guān)的測試非常成功?！?Scotrenewables 的技術(shù)總監(jiān) Mark Hamilton 說。
至于將來，Scotrenewables 正按計劃進(jìn)行用于商業(yè)應(yīng)用的下一代 2 MW 渦輪機(jī)的開發(fā)。SR2000 設(shè)計用于以 3 m/s 的流速實(shí)現(xiàn) 2 MW 的額定輸出，這就意味著其將成為世界上馬力最大的潮汐渦輪機(jī)，甚至可能是迄今為止馬力最大的。
用于在北海發(fā)電的潮汐渦輪機(jī)“場”模型。Scotrenewables 目前正在開發(fā)的 SR2000 有望以 3 m/s 的流速實(shí)現(xiàn) 2 MW 的額定輸出。
帶未折疊支柱的潮汐渦輪機(jī)，其上安裝有轉(zhuǎn)子。運(yùn)行模式下(水下)，轉(zhuǎn)子將延長;運(yùn)輸和“生存”模式下 – 例如在巨浪下 – 轉(zhuǎn)子縮回以避免過度負(fù)荷。
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