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1、中国海洋大学工程学院海洋能资源开发利用课程论文题目： 意大利海洋能研究新进展 课程名称： 海洋能资源开发利用 姓 名： 高文芳 学 号： 21120933018 院 系： 工程学院机电工程系 专 业： 机械工程 时 间： 2013-12-01 任课老师： 王树杰 教授 课程成绩： 1.意大利能源概况1.1意大利概况意大利位于欧洲南部，地中海北岸，其领土包括阿尔卑斯山南麓和波河平原地区，亚平宁半岛及西西里岛、撒丁岛和其他的许多岛屿。亚平宁半岛占其全部领土面积的80%，它像一只巨大的长筒靴深入蔚蓝色的地中海之中。意大利陆界北部与法国、瑞士、奥地利毗邻，东部与斯洛文尼亚接壤。高大的阿尔卑斯山脉像一个
2、弧形的屏障将意大利与上述国家隔开。意大利是一个高度发达的民主共和国，亦为欧洲民族及文化的摇篮，曾孕育出罗马文化及伊特拉斯坎文明。服务业、旅游业及对外贸易尤为突出，同时也是北大西洋公约和欧盟的创始会员国之一。意大利是欧洲第4大经济体，世界第8大经济体，生活水平位居世界前列。图1 意大利地理位置1.2意大利资源现状意大利工业主要以加工工业为主，所需能源和原料依赖外国进口，工业产品的1/3以上供出口。国家参与制企业比较发达，意国原油年加工能力为1亿吨左右，有“欧洲炼油厂”之称；钢产量居欧洲第二；塑料工业、拖拉机制造业、电力工业等也位居世界前列。伊利、埃尼和埃菲姆三大国营财团掌握着经济命脉。同时，意大
3、利也是一个能源短缺的国家,石油和天然气储量不足,其产量只能分别满足4.5%和22%的国内需求,电力能源大多依靠进口。据欧盟统计,意能源需求的84%依赖进口,远远超过欧盟49.5%的平均水平。日益严峻的能源危机和环境污染问题,迫使意政府调整能源政策,转向更为多样化的能源战略。按京都议定书的规定,2020年意大利温室气体的排放总量须在1990年5.21亿吨的基础上减少6.5%。为实现这一目标,意政府于1998年建立了部际工作组,制订了“国家能源计划”,把节能和提高能效作为能源政策的核心。政府每年拨款15亿欧元,用于传统工业、交通运输和能源方面的技术改造,同时鼓励节能及可再生能源的开发和利用,并准备
4、大幅提高对温室气体排放的税收。在太阳能利用方面意国家电力公司建意国内最大的太阳能发电站。意全国铁路公司也推出了其最新研制的太阳能列车样车，利用安装在每节车厢顶部的太阳能电池板,向列车的空调、照明及安全设施系统提供能源。意新的能源价格法规定,使用太阳能发电设备的家庭可将剩余电量卖给国家电力公司,以鼓励更多的家庭使用太阳能。风力发电近年在意大利也得到了迅猛发展。目前,意全国风力发电总量约1800兆瓦,名列世界第七。计划在未来几年达到8000至10000兆瓦。2 意大利海洋能开发概况2.1意大利海洋能种类意大利位于地中海北岸，亚平宁半岛占其全部领土面积的80%，它像一只巨大的长筒靴深入蔚蓝色的地中海
5、之中。意大利的海洋能开发也主要以地中海海洋能资源开发为主，由于地中海内陆海的性质，其波浪能、潮汐能等资源并不丰富，尚未达到可以开发利用的程度，但同时地中海蕴含着丰富的潮流能资源，故意大利的海洋能开发利用主要以潮流能为主。2.2意大利潮流能形成原因一受地中海地区气候的影响，地中海蒸发旺盛，周围又无大河注入，海水的盐度高，密度大，水面低。而毗邻的大西洋比地中海盐度低，密度小，水面高。于是，大西洋表层海水便经由直布罗陀海峡流入地中海（由水面高的海区流向水面低的海区）。二深层海水由地中海流入大西洋，使地中海的海水减少，水面变低，由相邻大西洋的海水来补偿。三北半球冬季，全球的气压带、风带南移，地中海地区
6、受西风带控制。在西风吹拂下，表层海水自大西洋流入地中海的速度更快。2.3潮流能开发现状意大利还十分重视其潮流能的开发。2001年,意科研人员研制出世界上第一台海洋流发电机样机,并在意南部墨西拿海峡地区成功进行了发电试验。去年,该机组正式向国家电网输电。在意大利，从事海洋能开发与利用的企业与科研机构主要有阿基米德桥公司、那不勒斯费代里科二世大学、米兰理工综合大学、意大利全国海洋研究院、意大利的船舶注册协会（RINA）、研究国家委员会（CNR）、罗马水池（INSEAN）等科研单位。3 阿基米德桥公司（Ponte di Archimede International S.p.A.）3.1公司概况阿基
7、米德桥公司（PDA）成立于1973年，当时是作为Caronte航运集团的一部分。在海流能方面的探索已经有近40年的历史，也取得了显著的成果。从1975年开始，阿基米德桥公司与那不勒斯费代里科二世大学和米兰理工综合大学合作进行实验室研究，后来又与意大利全国海洋研究院等科研单位联手，进行“海洋流发电”试验。从20世纪90年代初起，“海洋流发电”项目得到欧盟的资助，逐步在其他国家沿海地区进行试验，取得了一定成效。近年来，在联合国工业发展组织的支持下，阿基米德桥公司在中国、印尼和菲律宾3国的沿海地区建设海洋流发电站。阿基米德桥公司是一家在创新工程和可再生能源等领域的合作研发公司，特别重视环境问题。阿基
8、米德桥公司进行的科研取得了意大利船级社（RINA），研究国家委员会（CNR），Horcynus奥卡墨西拿，罗马INSEAN，米兰理工大学和那不勒斯费德里科二世大学等科研机构中的意大利科学家的支持。在国际合作方面，拥有联合国工业开发组织（UNIDO），中国科学院（CAS）的支持，并在中国、印度尼西亚和菲律宾等国开展科学研究。3.2 Kobold水轮机的研制3.2.1 设计运行原理阿基米德桥公司的总裁，CAV博士，埃利奥.马塔切纳在80年代末开始有了利用垂直轴水轮机，从海洋中提取能量的想法。他从Caronte船舶在墨西拿海峡通过福伊特 - 施耐德船用推进器中受到启发。福伊特-施奈德（Voith S
9、chneider）推进器（VSP）是一种船舶驱动装置，该装置可在不改变转速的情况下任意改变推力大小和方向。前进和后退（行进）以及船舶横向（转舵）的操纵是通过对螺距的调整进行的。这种操纵方式赋予了船舶高度的机动性，可在不改变转速的情况下非常精确地控制推力大小和极为迅速地改变推力方向。船只如果装备了两台或多台VSP，即可向任何方向移动，包括横向（侧推）。VSP主要用于对船只的安全性和机动性要求很高的领域。VSP的特别之处在于其垂直回转轴。推力是由独立摆动的平衡桨翼产生的。由于VSP的物理工作原理和设计结构，其对推力的调节可极为迅速地完成。VSP是一种灵活的可调节推进器，可将推力做360的无极改变。
10、它既是驱动装置同时又是操纵装置。特别是按照X/Y坐标的快速无极的推力变化提高了船舶操作的安全性。相对其他推进器，VSP以非常低的转速工作，因此它以寿命长和维护费用低而出众。VSP主要被用于拖船、首尾同型渡船、客轮、航标船、猎雷舰艇、钻井平台供应船（PSV）、顶推拖轮（BSM）、豪华游艇以及水上浮吊上。图2 福伊特 - 施耐德船用螺旋桨及运行原理图3.2.2 垂直轴发电装置及其特点垂直轴发电装置由一组伸向水中并绕某一垂直水面的轴线作圆周运动的叶片组成，该组叶片在水流推动下绕转子主轴转动，并通过主轴传动带动发电机发电，从而把潮流动能转换为电能。加拿大在1980年就提出用垂直叶片的水轮机来获取潮流能
11、，并在河流中进行过试验，随后英国IT公司和意大利那不勒斯大学及阿基米德公司设想的潮流发电机都采用类似的垂直叶片的水轮机，适应潮流正反向流的变化。垂直轴水轮机特点如下：1）主轴垂直于水面，并且和水流的方向垂直，叶片展向平行于主轴；2）相对于水平轴水轮机，竖轴潮流水轮机启动方便，对水深要求不高，工作时不受来流方向改变的影响，控制机构相对简单，而且效率较高；3）垂直轴潮流发电水轮机通常安装在载体平台(例如船体、浮箱或浮筒的底部或同载体一起沉入水底)，安装方便。3.2.3 Kobold水轮机样机的研制意大利阿基米德桥公司和那不勒斯大学航空工程系合作研发了一台130kW的垂直轴水轮机模型样机，命名为Ko
12、bold水轮机，并于2000年在墨西拿海峡进的漂浮锚泊系统进行海上试验实验，沿海地区成功进行发电试验，海洋流发电机组由固定在海底的水轮机、旋翼和电气部件组成，它采用了传动比为160的齿轮箱增速装置，并可以利用离心力进行叶片的节距调节，具有相对较大的启动力矩。Kobold水轮机在1.8m/s的水流流速下发出功率为20kW左右，系统的整体工作效率较低，约为23%，权威人士认为，它是国际上将海洋流动能转变为电能的最为成熟的发电技术。3.2.4 世界首台海洋流发电机组图3 墨西拿海峡潮流能电站位置图4 海洋流发电机组模型图5 世界首台海洋流发电机组阿基米德桥公司（Ponte di Archimede
13、International，S.p.A.）于2003年在墨西拿海峡投运了首台120kW Kobold型漂浮式潮流能发电装置，该装置的水轮机为被动变偏角式垂直轴水轮机，水轮机直径6m，高5m，装置发电接入当地电网，这是世界上第一个接入电网的基于垂直轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置。3.2.5 Kobold水轮机发电机组的研制PDA开发了以Kobold垂直轴海流水轮机为核心的ENEMAR系统 ，来获得海流产生的能量。第一台Kobold垂直轴海流水轮机样机安装于2001年墨西拿海峡，下一步将是为是在中国、菲律宾和印度尼西亚等国的偏远岛屿提供可再生能源。本ENEMAR系统船用电流代表大型可再生能源资源，
14、必须给予以满足全球能源需求显著贡献的潜力。该ENEMAR系统中的Kobold垂直轴水轮机从2001年在墨西拿海峡水中开始工作到2005年1月转移到陆地上进行维修，共试运行了近4年时间。相对于原型，该设备的主要改进是采用了更强、更小摩擦的转子轴承和使用增强材料的叶片。此外，为符合用于西西里电网所需的特性，发电机组中的发电机和逆变器也做出了相应的改变。2005年7月的Kobold发电机组连接到意大利电网。这是第一个海流水轮机在世界上可以生产电力的地方电网，在这个阶段的Kobold潮流能发电设备的效率已经可以和经历长期发展的风力水轮机相媲美。图6 建造完成的kobold水轮机通过在水中为期4年全状况
15、模拟，阿基米德桥公司获得了所有必要的信息，用来进行机械系统的优化，并进一步为与罗马水池（INSEAN）和米兰理工大学，共同开发相关产品的设计。它是可以预测不同设定条件，而不必做昂贵的模型试验，这将为在未来的项目中涡轮将可以为特定的场地条件的及时迅速的优化大有益处，该计算机模型和优化机械系统是在2005年完工。发展的历史从构思到Kobold人原形墨西拿水轮机的第一个小模型海峡建成并在水箱属于那不勒斯大学造船学系进行测试。叶片可自由摆动可达90度（相对于径向方向）和转矩由叶片拖动主要产生。第一小水轮机模型的图片如图涡轮（Panemone型）的测试在那不勒斯大学造船系的水箱第一小模型 在第二阶段的数字代码“特设”在那不勒斯大学航空工程系开发了用于预测涡轮行为和输出功率。数值活性再加上包括在Kobold水轮机的大模型风洞试验广泛的实验活动。其实第二个模型是建立在那不勒斯大学系航空工程，风洞测试。图7 叶片的三维模型与实体模型安装在属于那不勒斯费代里科二世大学AERONAUTICA风洞Kobold水轮机模型Kobold人汽轮机的设计是为了满足在尽可能高的级别，环境保障和效率的需要，以及较低的建设和维护成本的必需品。Kobold人水轮机的特点有以下几点： 旋转独立海流方向的方
