海洋波浪能發(fā)電的開發(fā)與展望課件

海洋波浪能發(fā)電的開發(fā)與展望引言隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的激增、社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源的需求日益增長。占地球表面積70％的廣闊海洋，集中了97％的水量，蘊(yùn)藏著大量的能源，其中包括波浪能、潮汐能、海流能、溫差能、鹽差能等。其中，波浪能由于開發(fā)過程中對(duì)環(huán)境影響最小且以機(jī)械能的形式存在，是品位最高的海洋能。據(jù)估箅，全世界波浪能的理論估算值為109kW量級(jí)，是現(xiàn)在世界發(fā)電量的數(shù)百倍，有著廣闊的商前景，因而也是各國海洋能研究開發(fā)的重點(diǎn)。波浪能波浪是以動(dòng)能形式表現(xiàn)的海洋能之一，來源于空氣和水表面溫度的不一致，太陽的熱量導(dǎo)致空氣溫度上升，而空氣溫度的上升產(chǎn)生了風(fēng)。由海上的風(fēng)推動(dòng)海水，風(fēng)與海面作用產(chǎn)生波浪，水面上的大小波浪交替，有規(guī)律地順風(fēng)滾動(dòng)著。波浪能發(fā)電是以波浪的能量為動(dòng)力生產(chǎn)電能。波浪能利用波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用裝置的種類繁多，有關(guān)波能裝置的發(fā)明專利超過千項(xiàng)，獲得專利證書的也達(dá)數(shù)百件。波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂園”。波浪能的轉(zhuǎn)換波浪能的轉(zhuǎn)換一般有三級(jí)。第一級(jí)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(jí)為中間轉(zhuǎn)換，即能量的傳遞過程，包括機(jī)械傳動(dòng)、低壓水力傳動(dòng)、高壓液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)，使波浪能轉(zhuǎn)換為有用的機(jī)械能。第三級(jí)轉(zhuǎn)換又稱最終轉(zhuǎn)換，即由機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電原理主要是將波浪力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)波浪上升時(shí)將空氣室中的空氣頂上去，被壓空氣穿過正壓水閥室進(jìn)入正壓氣缸并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)波浪落下時(shí)，空氣室內(nèi)形成負(fù)壓，使大氣中的空氣被吸入氣缸并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)另一軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機(jī)發(fā)電，其旋轉(zhuǎn)方向不變。波浪發(fā)電的要求波浪發(fā)電要求輸人的能量穩(wěn)定，必須有一系列穩(wěn)速、穩(wěn)壓和蓄能等技術(shù)來確保，它同常規(guī)發(fā)電相比有著特殊的要求。利用波浪發(fā)電，必須在海上建造浮體，并解決海底輸電問題；在海岸處需要建造特殊的水工建筑物，以利收集海浪和安裝發(fā)電設(shè)備。波浪電站與海水相關(guān)，各種裝置均應(yīng)考慮海水腐蝕、海生物附著和抗御海上風(fēng)暴等工程問題，以適應(yīng)海洋環(huán)境。波浪發(fā)電站示意圖

波浪能供電的燈光浮標(biāo)

波浪能發(fā)電方式按能量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要分為機(jī)械式、氣動(dòng)式和液壓式三大類機(jī)械式：

通過某種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)波浪能從往復(fù)運(yùn)動(dòng)到單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳遞來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的方式。采用齒條、齒輪和棘輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械式裝置。隨著波浪的起伏，齒條跟浮子一起升降，驅(qū)動(dòng)與之嚙合的左右兩只齒輪作往復(fù)旋轉(zhuǎn)。齒輪各自以棘輪機(jī)構(gòu)與軸相連。齒條上升，左齒輪驅(qū)動(dòng)其軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右齒輪則順時(shí)針空轉(zhuǎn)。通過后面一級(jí)齒輪的傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)發(fā)電。機(jī)械式裝置多是早期的設(shè)計(jì)，往往結(jié)構(gòu)笨重，可靠性差，未獲實(shí)用。氣動(dòng)式：

通過氣室、氣袋等泵氣裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成空氣能，再由氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于波浪運(yùn)動(dòng)的表面性和較長的中心管的阻隔，管內(nèi)水面可看作靜止不動(dòng)的水面。內(nèi)水面和氣輪機(jī)之間是氣室。當(dāng)浮體帶中心管隨波浪上升時(shí)，氣室容積增大，經(jīng)閥門吸入空氣。當(dāng)浮體帶中心管隨波浪下降時(shí)，氣室容積減小，受壓空氣將閥門關(guān)閉經(jīng)氣輪機(jī)排出，驅(qū)動(dòng)沖動(dòng)式氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這是單作用的裝置，只在排氣過程有氣流功率輸出。液壓式通過某種泵液裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為液體(油或海水)的壓能或位能，再由油壓馬達(dá)或水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的方式。波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流體動(dòng)壓力和靜壓力使靠近鴨嘴的浮動(dòng)前體升沉并繞相對(duì)固定的回轉(zhuǎn)軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)油壓泵工作，將波浪能轉(zhuǎn)換為油的壓能，經(jīng)油壓系統(tǒng)輸送，再驅(qū)動(dòng)油壓發(fā)電機(jī)組發(fā)電。點(diǎn)頭鴨裝置有較高的波浪能轉(zhuǎn)換效率，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，海上工作安全性差，未獲實(shí)用。

聚焦波道裝置已在挪威奧依加登島250kW波浪能發(fā)電站成功的應(yīng)用。這種裝置有海水庫儲(chǔ)能，可實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定和便于調(diào)控的電能輸出，是迄今最成功的波浪能發(fā)電裝置之一。但對(duì)地形條件依賴性強(qiáng)，應(yīng)用受到局限。

收縮斜坡聚焦波道式裝置簡(jiǎn)圖。波浪進(jìn)入寬度逐漸變窄、底部逐漸抬高的收縮波道后，波高增大，海水翻過導(dǎo)波壁進(jìn)入海水庫，波浪能轉(zhuǎn)換為海水位能，然后用低水頭水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

葡萄牙的“海蛇”海浪發(fā)電站我國發(fā)展現(xiàn)狀我國波浪能源十分豐富，可利用率達(dá)1.3億千瓦。中國科學(xué)院廣東能源所從“六五”開始進(jìn)行海洋波浪能研究。1984年研制成功“航標(biāo)燈小型波浪發(fā)電裝置”，“七五”、“八五”期間，又在珠海大萬山建造了3千瓦、20千瓦岸式波浪力實(shí)驗(yàn)電站。我國首座岸式海洋波浪力發(fā)電工業(yè)示范電站“汕尾l00KW”岸式波力電站的正常運(yùn)行，標(biāo)志著我國海洋波浪力發(fā)電技術(shù)達(dá)到實(shí)用水平。2009年3月，我國第一座漂浮式海浪能發(fā)電站在浙江溫州的海邊開始建設(shè)，建成后年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí)、年收入達(dá)到5億元。這意味著我國實(shí)現(xiàn)了海浪發(fā)電的技術(shù)突破。波浪發(fā)電的局限性開發(fā)成本高，規(guī)模小，裝置龐大造價(jià)昂貴，社會(huì)效益好但是經(jīng)濟(jì)效益差，投資回收期長可靠性差輸出功率太小能量傳輸復(fù)雜由于波浪能的利用地點(diǎn)局限在海岸附近，還容易受到海洋災(zāi)害性氣候的侵襲這些原因束縛了波浪能的大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)利用和發(fā)展。發(fā)展前景目前，大規(guī)模波浪能發(fā)電的成本還難與常規(guī)能源發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)，但