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术语表 · 水能与海洋能

潮流能发电

把水下水轮机放在湍急的潮流中发电,原理类似风机,但驱动它的水比空气密度大约 800 倍。

潮流能装置从海峡、水道和岬角附近的海流中提取动能,不需要筑坝蓄水。海水密度约 1,025 kg/m³,所以功率密度很高:

P = ½ ρ A v³ Cp

流速 2.5 m/s(典型的大潮峰值流速)时,每 m² 水流携带约 8 kW,而 12 m/s 的风只有约 0.5 kW/m²。有商业价值的地点,大潮峰值流速要超过约 2–2.5 m/s,水深在 25–50 m。

装置类型包括坐底式水平轴水轮机(苏格兰 Meygen:6 MW,最大的阵列)、把水轮机挂在船体下方的漂浮平台(Orbital O2,2 MW),以及垂直轴或导流罩设计。风轮直径一般为 15–26 m,转速很慢,叶尖速比受空化限制。Betz 极限同样适用,不过水道阻塞效应可以提高实际上限。

  • 容量系数:约 30–45%,可根据天文潮准确预测
  • 全球可开发资源:研究充分的地点估计为 100–150 TWh/年;彭特兰湾、Raz Blanchard、芬迪湾和印度尼西亚各海峡是首选区域
  • 成本:商业化前的 LCOE 通常报告为 200–300 EUR/MWh 左右(Ocean Energy Europe、JRC),英国 2022–2024 年 CfD 中标价约为 180–200 GBP/MWh(2012 年价格)

难点在于生物污损、腐蚀、极高的湍流载荷,以及只能在短暂平潮窗口内完成的昂贵海上作业。

相关术语

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  • 潮差发电

    利用高潮与低潮的水位差发电:用潮汐坝或潮汐潟湖拦蓄海水,再经低水头水轮机放出。

  • 波浪能

    用点吸收式、振荡水柱式和衰减式等装置从海面波浪运动中获取的能量;仍处于预商业化阶段。

  • Betz 极限

    开放式风轮从风中能提取的动能理论上限:16/27,约 59.3%。

  • 扫风面积

    风机叶片旋转形成的圆面积;风机功率与它成正比,它随风轮直径的平方增长。

  • 叶尖速比

    风机叶尖线速度与未受扰动风速之比;三叶片公用事业风机的设计值约为 7–10。

  • 差价合约(CfD)

    一种扶持机制或合同:发电商获得固定执行价与市场参考价之间的差额,市场价高于执行价时则返还差额。