作为海洋能形态之一的海流能因其密度和分布状况有较强的规律性及可预测性,能量大且稳定,更加便于开发利用。海流能主要利用形式是发电。目前,国内外海流能发电方法一般是将水轮机固定于海底或安装在海下某位置,利用海流推动水轮机叶轮旋转带动发电机发电。不同于现有海流能发电方式,本文提出一种跨界面半潜式海流能发电新方法,即水轮机叶轮一部分置于海面以下,一部分暴露于空气中工作。根据半潜式海流能发电方法进行了顺水叶轮叶片结构设计并研制了半潜式海流能发电装置,最后实验研究了半潜式海流能发电系统的性能。本文主要工作及研究结论如下:1、设计了新型半潜式海流能发电与传统全浸式海流能发电对照式实验方案,搭建了海流能发电实验台,经测试实验台运行稳定。2、在等流通面积下,跨界面半潜式海流能发电装置的发电功率、系统转换效率、发电量皆高于全浸涡轮式海流能发电装置。3、设计的半潜式顺水叶轮结构合理,顺水叶轮的半潜式工作方法使得海流能发电装置的发电功率、转换效率得到提高。4、经过实验研究发现,半潜式海流能发电装置的发电功率、转换效率与叶片的结构(弯度、数量)、叶片轴的潜水深度有直接关系。首先弯曲叶片叶轮发电功率比直板叶片叶轮发电功率更大,其次从弯曲叶片结构上讲,弧度为70°、弧长/弦长比1.16、叶片数量为8的顺水叶轮(以下称Ben5)发电功率较大;弧度为125°、弧长/弦长比为1.58、叶片数量为6的顺水叶轮(Ben6)转换效率更高。最后从叶轮潜水深度上讲,叶轮的潜水深度为叶轮直径的40-60%时系统的发电性能更佳。5、以海流能发电功率特性为评价指标,分析了半潜式海流能发电系统的性能。从电功率上,系统发电功率随着水流流速的增加而增大,其中Ben5叶轮在1.3 m/s的水流流速下工作时系统获得最大功率,约为1.7 W。在系统转换效率值上,Ben6叶轮在流速0.9 m/s时系统获得最大转换效率为34.3%。6、对比传统型全浸式海流能发电系统性能,从电功率上对比,半潜式弯曲叶片发电系统的的发电功率明显大于全浸式扭转叶片发电系统的功率。在水流流速0.5-1.3 m/s内,半潜式顺水叶轮发电功率平均超过全浸式涡轮发电功率33.7%;从转换效率上对比,在实验流速区间内,半潜式发电系统转换效率值高于全浸式发电系统7%;从年发电量上对比,半潜式海流能发电装置的年发电量比全浸式海流能发电装置的年发电量高27.3%。7、对比传统型全浸式海流能发电系统性能,以输出扭矩、系统机械功率为评价指标,在流速区间内,半潜式顺水叶轮的输出扭矩平均大于全浸式涡轮的输出扭矩0.36 N·m;在输出机械功率上,半潜式发电系统的机械功率大于全浸式发电系统机械功率,最大超出3.8 W。8、为使半潜式弯曲叶片海流能发电装置能够实际应用,在实验室研究的基础上,对发电系统进行优化改进,初步设计了一套适应海上实况的跨界面半潜式海流能发电系统,包括发电装置的漂浮系统、固定系统、调速系统、防护系统的设计。本研究成果为海流能发电技术提出了新的方法,相比于传统的全浸式水轮机海流能发电方式,跨界面半潜式海流能发电技术在发电功率、系统转换效率上都有提高,系统性能良好,具有实际工程应用价值。