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潮汐发电涡轮机

技术来源:牛津大学 ISIS 项目编号:02911 发布时间:2015-08-19  

  简介 – 投资机会

  该澳大利亚公司于2010年在一个经验丰富的管理团队的带领下成立,拥有独家授权,该公司的第二代潮汐涡轮发电机由英国牛津大学工程科学系的三位资深学者开发,并具有国际申请专利保护。

  涡轮机的性能在1:20比例大小下,由一个具有详实学术和理论研究基础的物理测试结果所证实。

  作为2014年度“Shell Springboard”大奖的得主,该公司向潜在的合作伙伴提供了一个绝佳的机会,包括财政支持、工程资源等,以期扩展产品商业化机会,该公司也乐于更广泛的讨论其全球业务发展机会。

  技术背景

  该装置包括一个加强桁架结构横向水平轴水轮机(Transverse Horizontal Axis Water Turbine)。 基本发电单元包括两台涡轮机和一台中央直驱发电机,仅需四个配套轴承和三个底座支架。单元被设计成篱笆型以达到最大阻塞效应。

  结构本身设计新颖(申请了专利),叶片被构造成像中心轴一样所以涡轮机(称为三角加强桁架)不需要额外支撑结构。这样的设计有较低的寄生阻力,因此可以降低功率损耗,并使用加长的转子简化结构设计。

  涡轮本身进行了优化设计,以期在世界各地的沿海水域开发低速潮汐流(低于2.5m/s)的新应用,而这一潮汐流速正是全球近海水域最常见的速度。转子安装在潮汐栅栏的标准单元上。理论分析和建模结果都通过测试得到了验证,结果显示它的输出比可高出安装在同一边的螺旋桨式涡轮50%以上。这种优势的产生,是因为同多螺旋桨式转子有限的扫掠面积相比较,加强桁架结构横向水平轴水轮机的转子有着较大的矩形扫掠面积。理论分析显示,因为潮汐涡轮流的自由水表面效应,潮汐涡轮机,不同于风力涡轮机,将不受限于贝兹功率极限。更大的功率可以通过优化阻塞比(由流动区域划分的涡轮扫掠面积)获得,而该转子的设计比传统的螺旋桨式涡轮更适用于进行此种优化设计。

  一次按比例缩放的记录水槽试验表明,一个基本直径10m, 长120m的单元(两台涡轮机和一台发电机)在2米/秒的水流速度下可发出4.4兆瓦的电能,在2.5米/秒的水流速度下发出5.3兆瓦的电能。表格1比较了该模型输出结果与安装了交汇120米长水流的10轴水流涡轮机的输出结果。更多技术详情可于http://www.keplerenergy.co.uk/ 查阅。

  表格 1 – 开普勒和轴向涡轮机性能比较

  (于2米/秒潮汐流速下)

  发展机会

  该涡轮机同轴流式涡轮机相比,拥有更加显著的技术优势,在较低水流速度的浅水水域中非常有成本竞争力,这种优势是轴流式涡轮机无可复制的。该专利桁架设计简约,确保最少的运动部件暴露在潮汐流中,而电子设备和控制装置等都被安置在干燥的圆柱中。转子安装不需要高成本专业人员。

  全世界任何有适宜潮汐流的海域,都有很大的开发机会,比如中国(专利已授予,专利号1123346)韩国、日本、印度尼西亚、新西兰、俄罗斯、南非、欧盟国家、美国(专利已申请或授予)等。

  一份使用英国标准生命周期法 (Levelised Cost of Energy) 做出的详细成本分析显示,一个30兆瓦发电量示范单元在春季2.25米/秒的峰值速度的情况下成本花费大约为190-230英镑/兆瓦时。对于更大规模如600兆瓦发电量单元,开普勒的生命周期成本将达到约100-135英镑/兆瓦时。

  该公司将与一条成熟的供应链合作,并共同执行项目设计与安装:

  Altran (建筑与系统工程)

  Gurit(转子结构设计与加工)

  Geomarine (底座)

  Mojo Maritime (安装)

  GE Energy Power Conversion (发电机、控制器集成)

  JDR Cables (电缆和连接)

  Royal Haskoning BHV (生态、环境和海洋顾问)

  Narec Capital (经济)

  Burges Salmon (律师)

  转子的技术就绪指数由Gurit评估为5级,而其他系统部件达到8/9级,这是由于这些组件均已广泛应用于海洋和风能领域。

  投资预算和案例

  以一个在英国,按阶段设置一个在布里斯托海峡沿海水域、30兆瓦发电量的商业化示范潮汐栅栏阵列为例,总共需要约一亿两千五百万英镑的投资。转子的使用寿命是25年,项目预期可提供将近20%的税后项目收益率,投资回报期约5至6年,而这些费用可以通过各类补助减少。

  投资将分阶段进行,每阶段于前一阶段的成功实施後独立进行。每个阶段的投资和时长需求如表2所示。

  如果30兆瓦的项目成功运行,该单元将扩展至大约600兆瓦容量,而追加的投资将达到约20亿英镑。

  表格 2

  投资构架和合作伙伴

  该公司现在寻求有意参与该技术在英国或其他地方实施的投资伙伴。 开普勒将同时寻求风险投资人以期提供启动资金,以及工业合作伙伴,最有可能通过许可授权方式,以将此革命性的技术发展成为一个全球性商业机会。

  持股

  该公司的股东包括Sean Westrope 和 Peter Dixon – 两位都具有高级技术和管理背景;Guy Houlsby教授 – 牛津大学工程科学系主任和海上基建及结构学领域专家;Martin Oldfield 教授 – 工程科学和涡轮空气动力学名誉教授;Malcolm McCulloch 博士 – 牛津大学电力工程学院主任。

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