能源和環(huán)境是一個(gè)國(guó)家或社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要支柱，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家安全和人民健康生活的重要保障。為了改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰，碳中和”，我國(guó)積極探索和打造清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。海洋潮流能這種零排放、無(wú)污染、儲(chǔ)量豐富可再生能源，符合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展政策要求。
物理學(xué)院朱挽強(qiáng)、陳健梅團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于海洋能源應(yīng)用研究，針對(duì)海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)的雙向運(yùn)行、主軸動(dòng)密封及發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控與運(yùn)維方面，開(kāi)展了基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、技術(shù)方法突破以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化實(shí)施，形成了一批具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的突破性關(guān)鍵核心技術(shù)。
圖1 300kW直驅(qū)自變距潮流能發(fā)電機(jī)海上示范運(yùn)行
首次提出了獨(dú)立于傳統(tǒng)電變距、液壓變距技術(shù)之外的第三種變距方式—無(wú)源雙向自適應(yīng)雙流向透平技術(shù)。針對(duì)海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)雙向運(yùn)行的世界性難題，創(chuàng)新性的提出并發(fā)明了自適應(yīng)無(wú)源雙心分離后掠葉片及自適應(yīng)無(wú)源尾舵對(duì)流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了潮流能發(fā)電機(jī)組在流向改變時(shí)高效、高可靠、無(wú)源換向，革新了海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)對(duì)流技術(shù)方案，突破了傳統(tǒng)變距機(jī)構(gòu)在海洋環(huán)境下動(dòng)密封可靠性不高的理論及技術(shù)性問(wèn)題，有效解決了潮流能及水力發(fā)電行業(yè)中水下透平機(jī)構(gòu)無(wú)動(dòng)密封自適應(yīng)雙向流的瓶頸性難題。
圖2 自變距透平葉輪CFD仿真
研發(fā)了創(chuàng)新的水下發(fā)電機(jī)離心封裝和無(wú)油水潤(rùn)滑磁推力軸承組一體化技術(shù)。針對(duì)水平軸潮流能發(fā)電裝置水下可靠密封難的問(wèn)題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠水下發(fā)電機(jī)離心封裝技術(shù)和水潤(rùn)滑磁推力軸承組一體化技術(shù)，解決了發(fā)電機(jī)在海水浸泡時(shí)的電氣絕緣性能難題，使其能夠可靠運(yùn)行。
圖3 非金屬自潤(rùn)滑磁推力軸承組技術(shù)
開(kāi)發(fā)了新型海洋潮流能的智能監(jiān)控運(yùn)維一體化技術(shù)。針對(duì)目前沒(méi)有滿(mǎn)足潮流能周期性波動(dòng)特點(diǎn)的監(jiān)控與運(yùn)維系統(tǒng)，研制了集發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行、最大功率跟蹤、系統(tǒng)健康管理一體的智能監(jiān)控與運(yùn)維系統(tǒng)，提出了基于自適應(yīng)Kalm an的系統(tǒng)工作狀態(tài)的預(yù)估算法、基于短時(shí)能量段的安全保護(hù)方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行信息的共享與數(shù)據(jù)智能分析，提高了系統(tǒng)的健康管理能力，確保系統(tǒng)安全、可靠、連續(xù)運(yùn)行。
圖4 基于自適應(yīng)Kalman的系統(tǒng)工作狀態(tài)的預(yù)估算法
以上技術(shù)解決了潮流能發(fā)電系統(tǒng)中葉輪透平適流性問(wèn)題，水下敞開(kāi)式發(fā)電機(jī)及高可靠智能化運(yùn)行問(wèn)題，使得整機(jī)的可靠性、穩(wěn)定性和效率得到了大大提升，為海洋潮流能走向商業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用起到了推進(jìn)作用。
科研團(tuán)隊(duì)先后獲得“國(guó)家科技支撐計(jì)劃”、“國(guó)家海洋可再生能源專(zhuān)項(xiàng)資金”、吉林省科技廳重點(diǎn)計(jì)劃資助，獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)，發(fā)表代表性學(xué)術(shù)論文10篇，相關(guān)技術(shù)在杭州江河水電科技有限公司等企業(yè)得到了實(shí)際推廣應(yīng)用，并獲得2023年度吉林省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
