畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）海洋能發(fā)電原理及系統(tǒng)概述

1、海洋能發(fā)電系統(tǒng)綜述報告摘要：本文通過對海洋能的幾種存在形式和能量利用原理做了簡單的描述，并簡要介紹 能量利用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)以及商業(yè)化開發(fā)的發(fā)展現(xiàn)狀。且針對海洋能波動大，不穩(wěn)定的特點(diǎn), 對能量轉(zhuǎn)化和傳輸?shù)倪^程進(jìn)行了分析，描述了從海洋能發(fā)電到電能消耗的整個過程。關(guān)鍵字：海洋能，發(fā)展現(xiàn)狀，能量轉(zhuǎn)化與傳輸1海洋能的利用形式以及發(fā)展?fàn)顩r1.1概述由于能源短缺和環(huán)境污染等問題日益加重，開發(fā)清潔高效的能源成為了人類的一項(xiàng)重要 任務(wù)。而海洋能作為i種清潔的可再生能源，具有巨大的開發(fā)價值。而其能量主要包括潮汐 能，波浪能，溫差能，鹽差能等。112潮汐能潮汐能的發(fā)電原理和水力發(fā)電類似，都是利用水位能驅(qū)動水輪機(jī)進(jìn)行

2、發(fā)電。而潮汐能發(fā) 電技術(shù)也相對成熟，主要有以下三種形式:2（1）單池發(fā)電，即漲潮蓄水，落潮發(fā)電；（2）單池雙向發(fā)電，即通過泵水，使落潮和漲潮都發(fā)電；（3）雙池雙向發(fā)電，漲潮時上池蓄水，落潮時下池放水，由此形成恒定的水位差， 從而能長吋i'可穩(wěn)定發(fā)電。該方案原理圖如下：圖1雙池雙向發(fā)電原理圖但雙池雙向發(fā)電投資較高，但建造工程復(fù)雜，所以經(jīng)濟(jì)性較差。而單池雙向發(fā)電的經(jīng)濟(jì) 性相對更好，因此實(shí)際應(yīng)用較多。從技術(shù)上而言，目前所應(yīng)用的主要是筑壩式發(fā)電。即建造跨海大壩，在大壩中安裝門控 水閘和低水頭水輪發(fā)電機(jī)。在單池雙向發(fā)電系統(tǒng)中。不管是漲潮還是落潮吋，都可以讓水流 驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。實(shí)現(xiàn)水位能

3、和電能的轉(zhuǎn)換。圖2筑壩式發(fā)電原理圖酒汐友電肚hv風(fēng)潮吋海灣水泌、低丁海山|水他?、水輪機(jī)海灣一海面退潮水位海辭潮水位丄壁麼鬼燼海洋此外，目前尚有對潮汐能流發(fā)電的研究，英主要原理是，當(dāng)潮汐波浪通過狹長的水道時， 會產(chǎn)生很大的動能，在水下安裝潮汐渦輪機(jī),就可以實(shí)現(xiàn)對潮汐波浪動能的轉(zhuǎn)化。其優(yōu)點(diǎn)是， 既克服了筑壩式發(fā)電對生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，又放寬了選址要求，還減少了耗材。但該項(xiàng)技 術(shù)尚處于研究階段。213波浪能波浪能的主要原理是，利用物體或波浪的自身上下浮動，來將波浪能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，然 后再通過電動機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，目前的波浪能發(fā)電技術(shù)主要包括：振蕩水柱技術(shù)，筏式技術(shù), 擺式技術(shù)，振蕩浮子技術(shù)等。1owe

4、技術(shù)是利用空氣作介質(zhì)，通過波浪壓縮空氣，經(jīng)過噴管驅(qū)動空氣透平，帶動發(fā)電 機(jī)的一種發(fā)電方式。由于發(fā)電設(shè)備不接觸海水，安全可靠且方便維護(hù)，但轉(zhuǎn)換效率相對較低。 其示意圖如下:3訕墻波浪方向河:床一一圖3 owc波浪能發(fā)電技術(shù)示意圖此外還有振蕩浮子發(fā)電技術(shù)，它是通過波浪的升降，帶動浮子上下運(yùn)動，從而使浮子驅(qū) 動發(fā)電機(jī)，浮力做功將波浪能轉(zhuǎn)化為電能。其示意圖如下：51.4潮流能潮流主要是指伴隨潮汐現(xiàn)彖而產(chǎn)生的有規(guī)律的海水流,潮流每天兩次改變其大小和方向。 潮汐發(fā)電指利用海水的垂直升降引起的水位差進(jìn)行發(fā)電。而所謂的潮流能發(fā)電，則是指直接 利用漲落潮水的水流沖擊葉輪等機(jī)械裝置進(jìn)行發(fā)電。4市于潮流能發(fā)電和風(fēng)力

5、發(fā)電都是利用流體的動能發(fā)電，所以許多潮流能獲取裝置的結(jié)構(gòu) 和風(fēng)力機(jī)很類似。且大多數(shù)為旋轉(zhuǎn)式水輪機(jī)。1.5海洋溫差能由于表層海水和深層海水的溫差較大，可以使用表層溫海水加熱某些低沸點(diǎn)工質(zhì)使之汽 化（或通過降壓使海水汽化），以驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電；同時利用深層冷海水將做功后的乏汽重新變?yōu)橐后w，形成系統(tǒng)循環(huán)。工作方式主要分為開式循環(huán)，閉式循環(huán)和混合循環(huán)幾種。閉式 循環(huán)示意圖如下：圖5閉式循壞示意圖占地球表面積71%的海洋是地球上最大的太陽能存儲裝置，每天吸收的能量相當(dāng)于2.45 x1011桶原油的熱量。而在多種海洋能資源中，海洋溫差能資源存儲量僅次于波浪能，位于 第二。另外海洋能還有隨時間變化相對穩(wěn)定的特

6、性。因此有望提供提供大量穩(wěn)定的熱量。 但就目前來看，該領(lǐng)域技術(shù)條件仍然不成熟，且成本較高。目前依ih處于試驗(yàn)階段。1.6海洋鹽差能海洋鹽差能是指在江河入海口，由于淡水和海水鹽度濃度不同所存在的一種物理化學(xué)能, 常以滲透壓形式表現(xiàn)出來。滲透壓能產(chǎn)生位能差。鹽差能發(fā)電的基本方式是將不同鹽濃度的海水之間的化學(xué)電位差能轉(zhuǎn)換成水的勢能，再利用水輪機(jī)發(fā)電。主要有滲透壓式，蒸汽壓式 和反向電滲析等。3.5%海水與河水之間的化學(xué)電位差相當(dāng)于240m高的水位落差，因此鹽差能是海洋能屮 能量密度最大的一種可再生能源。但由于基礎(chǔ)投資大，技術(shù)也未足夠成熟，目前尚未商業(yè)化2電能轉(zhuǎn)換和控制模塊電能傳輸示意圖：圖7發(fā)電機(jī)段

7、電能變換結(jié)構(gòu)圖以上討論了海洋能的幾種主要的利用形式，但如果要并網(wǎng)運(yùn)行，則涉及到電能變換和電 能傳輸設(shè)備。將幅值和頻率不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化為可利用的穩(wěn)定的電能。海底電境 陸上電韁炸卜變電站上變爪器無功補(bǔ)償段涪i圖8試驗(yàn)場交流輸電系統(tǒng)雖然海洋能形式多樣，但在將其電能收集利用的過程屮，主要便是ac/dc和dc/dc的 變換，如果要并網(wǎng)運(yùn)行，如圖7所示，需要加上一個逆變電路。而要實(shí)現(xiàn)將不穩(wěn)定的電能變 穩(wěn)定,則需要如下結(jié)構(gòu)的控制器:11圖9控制器結(jié)構(gòu)簡圖3 海洋能轉(zhuǎn)換利用流程綜上所述，對于海洋能的整個轉(zhuǎn)換傳輸利用流程而言，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖大致歸納如 下：水位檢測潮汐龍幵稱儲水/閉稱放水叭啦 i_ 液浪能電

8、機(jī)發(fā)電ac/dc»a 廠"、/一_ 11/t涓差能1相關(guān)荼呂dc/ac傳綸、芥網(wǎng)圖10海洋能利用系統(tǒng)框圖4總結(jié)與展望海洋能雖然儲量豐富，但市于技術(shù)不足和投資較大等原因，再加上這些能量分散在廣闊 的地理區(qū)域，因此實(shí)際上它們的能流密度相當(dāng)?shù)停疫@些資源川的大部分均蘊(yùn)藏在遠(yuǎn)離用 電中心區(qū)的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發(fā)利用。此外，發(fā)電不穩(wěn)定, 難以維護(hù)，轉(zhuǎn)換效率低等難題也阻礙了海洋能的推廣利用。但這些難題正在逐漸被克服，海 洋能發(fā)電的功率和穩(wěn)定性正在不斷提高?？偟膩碚f，海洋能的開發(fā)利用前景十分廣闊。參考文獻(xiàn)：古云蛟.海洋能發(fā)電技術(shù)的比較與分析j.裝備機(jī)械,201

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