“鐘擺式波浪發(fā)電設備”與海堤建設結合的研究

1、“鐘擺式波浪發(fā)電設備”與海堤建設結合的研究一、波浪發(fā)電設備的發(fā)展現(xiàn)狀（一）波浪發(fā)電技術波浪發(fā)電是通過波浪能轉換裝置，先將波浪能轉換為機械能，然后再轉換成電能的過程。波浪能的轉換一般有三級。第一級為波浪能的收集，通常采用聚波和共振的方法把分散的波浪能聚集起來。 第二級為中間轉換， 即能量的傳遞過程，包括機械傳動、 低壓水力傳動、 高壓液壓傳動、 氣動傳動等，使波浪能轉換為有用的機械能。第三級轉換，把機械能通過發(fā)電機轉換為電能。波浪發(fā)電要求輸入的能量穩(wěn)定，必須有一系列穩(wěn)速、穩(wěn)壓和蓄能等技術來保證，它同常規(guī)發(fā)電相比有特殊的要求。（二）波浪發(fā)電設備的現(xiàn)狀1. 波浪發(fā)電設備的發(fā)展歷史。1799 年，法國

2、的吉拉德父子， 獲得了波浪能的首項專利。1965 年，日本的益田善雄發(fā)明了導航燈浮標用的氣輪機波浪能發(fā)電裝置， 獲得推廣， 成為首次商品化的波浪能發(fā)電裝置。挪威在卑爾根附近的奧依加登島建成了一座裝機容量為250KW的收縮斜坡聚焦波道式波浪能發(fā)電站和一座裝機容量為 500KW的振蕩水柱氣動式波浪能發(fā)電站，標志著波浪能發(fā)電站實用化的開始。2. 波浪發(fā)電設備的發(fā)展現(xiàn)狀。據(jù)紐約時報報道，隨著技術進步，美國首個獲得商業(yè)許可的并網(wǎng)波浪能發(fā)電裝置，日前已經(jīng)進入了最后的測試階段。該裝置由海洋電力技術公司設計，獲得了美國聯(lián)邦政府的批準，并網(wǎng)之后足以為 1000 戶家庭提供電力。中科院廣州能源研究所承擔的一項國家

3、高技術研究發(fā)展計劃（即 863 計劃）課題“漂浮直驅式波浪能利用技術研究”， 2013 年通過科技部驗收， 標志著這一項新型波浪能發(fā)電技術取得階段性成果。當今世界波力發(fā)電成本基本上接近于普通電價，出于競爭，還應繼續(xù)努力進一步降低，主要是改進設備。二、海堤建設的發(fā)展現(xiàn)狀及類型（一）海堤建設的發(fā)展現(xiàn)狀近些年來，在海岸工程規(guī)劃設計方法和技術方面均取得了很大發(fā)展，這主要歸功于在海岸環(huán)境的科學認知方面所取得的進步。此外，對多學科交叉的需求、工程實踐經(jīng)驗的日益豐富以及較好的分析和預測技術的發(fā)展也促進了海岸工程技術進步。在美國、荷蘭、英國和日本等國，結合最新技術進展，按照綜合規(guī)劃設計理念，已經(jīng)完成或正在修訂

4、一些海堤防護設計方面的技術導則或手冊。我國在海浪方面的基礎研究相對西方國家比較薄弱，應該適當借鑒西方國家的經(jīng)驗，并開展必要的試驗予以補充。我國沿海地區(qū)經(jīng)濟比較發(fā)達，但不同地區(qū)之間仍有一定差異，江浙一帶的海堤結構形式以帶平臺斜坡式為主，消浪效果最好。（二）海堤的結構類型海堤作為防浪建筑物，除承受波浪作用外，同時還要擋潮。海堤一般不允許越浪，其堤頂高度要求較高。按結構形式海堤可分為斜坡式、陡墻式及混合式三種。確定選用形式時須考慮：堤身高度、風浪強度、地基地質、建材價格和施工條件等。1. 根據(jù)斷面結構，斜坡式海堤分為護坡堤和土石混合海堤。（ 1）護坡堤：以土堤為主，迎水面加干砌或漿砌塊石等輕型護坡的

5、斜坡式海堤。（ 2）土石混合海堤：由主石堤和防滲土體組成的斜坡式海堤。施工時先筑主石堤，要求能單獨抵御風浪和潮流的破壞，后加土體用以擋潮防滲。2. 陡墻式海堤：由外坡坡度系數(shù) m0.4 的陡墻或直墻的石堤構成的海堤。3. 混合式海堤：迎水面防浪結構由斜坡式和陡墻式組合而成的海堤。（ 1）下部為砌石陡墻，上部為斜坡。陡墻頂設在設計高潮附近，頂部留一“平臺”，再接斜坡，這種形式可有效地減小波浪爬高，從而降低堤頂高度。因下部砌石陡墻須干施工，一般只能用于灘面高程較高的情況。（ 2）下部為斜坡式砌石堤，上部為砌石陡墻。當灘面高程低于小潮低潮位時，宜采用這種形式。斜坡式堆石堤堤頂宜高出平均低潮位，再砌筑

6、陡墻?；旌鲜胶５痰姆览私Y構后側仍需填筑防滲土體。4. 基于整體穩(wěn)定和坡面防護的需要，我國海堤外坡一般沒有拋石鎮(zhèn)壓層。三、探討“鐘擺式波浪發(fā)電設備”與海堤建設結合的可行性（一）“鐘擺式波浪發(fā)電設備”的介紹本文采用“鐘擺式波浪發(fā)電設備”的發(fā)明專利來進行探討（專利申請?zhí)枮?00910019019.X ）?！扮姅[式波浪發(fā)電設備”屬于波浪能發(fā)電設備領域，是一種將波浪能轉化為電能的發(fā)電設備。它要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用波浪前后往返的推動力作用，將雙向動能轉化為機械能再轉化為電能，結構簡單、發(fā)電效率高，使用范圍廣?！扮姅[式波浪發(fā)電設備”的工作原理：利用波浪向前與向后的沖刷力，使波浪

7、動力板來回運動，從而通過連接桿帶動換向變速箱的齒輪轉動。換向變速箱把兩個方向相反的力量轉換成連續(xù)不間斷的一個方向的力量，并且進行變速，使換向變速箱的輸出轉速加快，然后帶動發(fā)電機進行發(fā)電。（二）施工上的可行性1. 海堤上安裝“鐘擺式波浪發(fā)電設備”的要求。安裝時，把支撐架固定在底座上。支撐架要用“槽鋼”來進行制作，這樣比較堅固，能傳遞較大的力量。底座是安裝在海堤的墻體里，用8 10 根實心的圓鋼（直徑100mm，長 3m）垂直鑲嵌在海堤上， 露出半米高度， 以便安裝支撐架。支撐架上安裝換向變速箱和發(fā)電機，波浪動力板通過連接桿連接到換向變速箱上。波浪動力板離海堤的距離，是連接桿加上波浪動力板長度的2

8、 倍，確保動力板不會碰到海堤。2. 海堤上安裝發(fā)電設備的難度。首先要確定海堤邊緣與動力板的距離，太遠會延長支撐架的長度，增加制作成本；太近又會增加碰撞海堤的危險。其次要考慮發(fā)電機安裝時的防水、 防潮問題。 發(fā)電機的防水、防潮做不好，會影響正常的發(fā)電和發(fā)電機的使用壽命，也會增加成本。（三）“鐘擺式波浪發(fā)電設備”與海堤建設結合后的效果1. 結合后，海堤的防海浪作用。海堤在不加“鐘擺式波浪發(fā)電設備”時，是完全靠海堤墻上的石塊或混凝土結構來抵擋海浪的沖擊。這時候，海浪的沖擊力有多少噸，作用到整個海堤墻面上的沖擊力就有多少噸，沒有緩沖。海堤在加上“鐘擺式波浪發(fā)電設備”時，是靠海堤和動力板共同來抵擋海浪的

9、沖擊。先是動力板阻擋海浪，吸收一部分沖擊力，然后海堤墻再阻擋海浪的另一部分沖擊力。這時候，海浪經(jīng)過動力板的阻擋后，沖擊力變小，作用到海堤墻上的沖擊力就小了，動力板起到了緩沖作用。2. 結合后，發(fā)電設備的發(fā)電效果?！扮姅[式波浪發(fā)電設備”在海堤上安裝，達到要求后，發(fā)電效果會很好。海水在沒有潮汐的時候，“鐘擺式波浪發(fā)電設備”處在正常的發(fā)電狀態(tài)中；漲潮時，發(fā)電設備會超常態(tài)發(fā)電；退潮時，發(fā)電設備也會超常態(tài)發(fā)電，但比漲潮時的小。（四）評價綜合前三項的內容，我們可以看到在海堤上建設和安裝“鐘擺式波浪發(fā)電設備”能起到很好的防海浪和發(fā)電效果，是一項環(huán)保、可行的海堤建設方案。這種海堤建設方案在島嶼的堤岸建設及圍海建造的島嶼上，特別適用。建議通過實驗取得關鍵數(shù)據(jù)后，加以推廣。四、“鐘擺式波浪發(fā)電設備”與海堤建設結合后的經(jīng)濟價值（一）發(fā)電的經(jīng)濟價值“鐘擺式波浪發(fā)電設備”發(fā)出的電量存儲在儲電設備中，可滿足多種用電需求。首先，能滿足道路的路燈用電和生活中的照明用電需求。路燈和生活照明的用電量相對要小一些，比較好解決；其次，發(fā)電量達到一定規(guī)模后，還能解決家用電器的用電需求。（二）海堤維護成本的降低海浪的沖擊是危及海堤安全的主要因素。海堤常年受到劇烈的沖擊，容易對海堤主體結構造成損壞?！扮姅[式波浪發(fā)電設備”的動