①课题来源与背景 化石资源的过度开采濒临枯竭及其造成环境污染日益严重，海流能、波浪能，这类以海洋流体动力发电的新能源得到全世界的重视。本课题研究成果“海洋流体动力新能源发电技术与装备” 结合国家863项目、国家海洋局海洋可再生能源专项资金项目、国家自然科学基金重点项目等技术要求，经10年的努力和攻关完成项目规定的各项技术指标和要求。 ②技术原理及性能指标 课题组研究的海流能以水平轴半直驱海流发电装备为主要代表，其利用潮汐或其它原因产生的海水流动推动叶轮旋转，经传动机构带动发电机工作输出电能；动静密封防止海水进入机组内部引起机械和发电机损坏；变桨机构控制桨叶角度实现机组双向对流发电，并在流速高于额定值时，通过稳定输入机械功率稳定发电机输出功率。 自主研发的60/75kW型水平轴半直驱海流能发电机组达到如下性能指标： （1）机组设计额定功率60kW，设计稳定输出最大功率75 kW，实际海试最大发电功率118kW； （2）叶轮海试捕获效率试验计算值超过45%； （3）流速在0.6～0.8m/s，机组可实现自启动； （4）整机具有“大长径比狭长型”特征，挡水面积小、流态好、效率高； （5）机组日发电量100～300kWh。 课题组研究的波浪能以多轴点吸收式波浪能发电装备为主要代表，相对其它波浪能装备只能吸收一个或两个方向波浪能，多轴点吸收式波浪能发电装备可在波浪力作用下同时围绕X、Y轴做旋转运动和沿Z轴做直线运动做功，从而捕获多个来波方向上的波浪能。 自主研发的多轴点吸收式波浪能发电装备达到如下性能指标： （1）机组可以吸收围绕X、Y轴做旋转运动和沿Z轴做直线运动做功 （2）机组海试捕获效率试验计算值超过15% （3）最佳阻尼匹配控制，使系统频率和波浪自然频率达到“谐振”状态，实现最大能量捕获。 ③技术的创造性与先进性 在海流能发电装备研究方面，主要创新性技术为： （1）“大长径比”约束的半直驱整机结构优化设计技术 提出水平轴半直驱海流发电机组“大长径比约束条件下整机优化设计”概念和方法。通过在可选集中遴选各部件和整机结构优化，实现机组径向尺寸“最小化”； 同时适度增加机组轮毂、低增速比齿轮箱、发电机的轴向尺寸，保证机组传动功能、强度性能和使用寿命；形成“大长径比狭长型”独特机组主体结构形式，创立一种具备可靠性和高效率的原型机组。 （2）水平轴海流能装备液压变桨距技术 国际上水平轴海流能机组变桨结构基本采用电机驱动变桨机构的方法，课题组提出一种新型水平轴海流能发电装备液压变桨机构，不同于现有风电机组仅能实现0～90度的液压变桨方式，采用液压缸驱动齿轮齿条及非接触式直线位移检测，实现桨叶180度的旋转闭环控制。 （3）水平轴海流能机组“内压大于外压”的主轴活动密封 提出和研发一种水平轴海流发电机组“内压大于外压”及三层组合（除防沙层外）密封的主轴活动密封方案，由重力油产生略大于海水压力的内压，即使密封出现故障，一定时间内海水也无法渗入机组。 在波浪能发电装备研究方面，主要创新性工作为： （1）新型多轴点吸收式波浪能发电装备结构形式 提出一种多轴点吸收式波浪能发电装备结构形式，捕能机构可实现X、Y轴做旋转运动和沿Z轴做直线运动做功，从而捕获多个来波方向上的波浪能。 （2）基于数字控制式液压缸组的波浪能最佳能量捕获控制方法 提出一种数字控制式液压缸组结构形式，替代波浪能装备中的单液压缸，通过其调整系统PTO阻尼参数，使系统频率和波浪自然频率达到“谐振”状态，实现最大功率捕获。 ④技术的成熟程度，适用范围和安全性 课题组在海流能发电方面，已研制5kW、20kW、25kW、60kW机组，而150kW和300kW机组也在装配过程中。课题组提出的大长径比半直驱结构、液压变桨和压差防渗主轴组合密封技术具有原创性，已成功应用到研发的海流能机组中，保障机组可靠、高效、稳定的运行，得到中国船级社和浙江省机电产品质量检测所检测见证。波浪能发电方面，在前期研究漂浮围堰式和浮力摆式波浪能发电装备的基础上，针对其只能吸收单方向或两方向波浪能的问题，提出新型多轴点吸收式波浪能发电装备结构形式，并将数字式液压缸组PTO阻尼控制应用其中，经过陆上和海上试验，发电装备运行正常，验证各项技术的有效性。 ⑤应用情况 项目研制的60/75kW海流发电机组安装于浙江省舟山市摘箬山海域，日发电量在100～300kWh，可满足30余户城市居民或近百户农村居民日常用电需求。机组稳定运行近一年，除了为机组全部仪器设备供电外，还为照明、通风、监控系统、海洋勘测仪器和海水淡化提供无间断电能供给。研制的多轴点吸收式波浪能发电装备在舟山东极岛海域发电运行，将非稳定波浪能转化为不间断平稳电能提供给试验平台上的测量仪器。 ⑥ 成果简介 授权国家发明专利12项，受理（公开）发明专利8项，发表SCI论文10篇，为提升我国海洋能利用的水平、推进其实用化进程奠定坚实技术基础。