新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 7.2 波浪能發(fā)電

7.2波浪能發(fā)電技術(shù)任課老師：2018年06月目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.3目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.1波浪能概述1、波浪能成因主要原因：海風(fēng)吹過海面時，形成波浪，此時，風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為海水動能，并以波浪形式表現(xiàn)。其他原因：包括天體引力、海底地震、大氣壓力變化等因素，都會引起海水的波動天體引力海底地震大氣壓力變化7.2.1波浪能概述2、波浪能發(fā)展歷史波契克斯·普萊西克建造了第一座振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置1910年益田山雄發(fā)明了利用波浪能發(fā)電的導(dǎo)航燈浮標(biāo)1964年英國教授索爾特發(fā)明了“鴨式”波浪能發(fā)電裝置1970年英國建造功率75kW的振蕩水柱式波浪能電站1992年上述電站改建為500kW岸式波浪能電站2000年7.2.1波浪能概述我國海岸線長達兩萬多公里，可供開發(fā)和利用的波浪能資源極其豐富。3、我國波浪能資源7.2.1波浪能概述能量密度高潛在能源總量大無污染可再生波浪能發(fā)電技術(shù)發(fā)電量受環(huán)境的影響較大波浪能量的收集難度較大極不穩(wěn)定優(yōu)點缺點目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.2波浪能發(fā)電原理2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動能空氣動能波浪能電能重力勢能浮子動能波浪能發(fā)電：能量轉(zhuǎn)換過程第一階段轉(zhuǎn)換是重點，是波浪能發(fā)電技術(shù)的核心,是區(qū)分不同波浪能發(fā)電技術(shù)的標(biāo)志。空氣動能：震蕩水柱式重力勢能：振蕩浮子式浮子動能：越浪式①②③7.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)3波浪形成一定的規(guī)模，風(fēng)將在波浪的迎風(fēng)面作用一個更大的力，使波浪進一步生長。1吹拂海面的風(fēng)形成一個水面切線壓力，從而產(chǎn)生波浪并持續(xù)增強。2大氣湍流產(chǎn)生壓力和剪應(yīng)力波動，若剪應(yīng)力波動于波浪相同，則產(chǎn)生更多的波浪。1、波浪的形成機理：

7.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)表面張力波引力波慣性波重力波

7.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)3、波浪的特性實驗發(fā)現(xiàn)：在特定的角頻率附近，海浪具有一個能量集中的極值點。設(shè)計一個合適的機械系統(tǒng)，可以吸收海浪中的大部分能量，即可以利用波浪能驅(qū)動一個機械系統(tǒng)。日本室蘭測試點實測海洋功率譜7.2.2.2波浪能吸收原理彈簧質(zhì)量塊阻尼器激勵力海洋波浪能吸收器力學(xué)模型系統(tǒng)固有頻率：

共振：當(dāng)激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時，質(zhì)量塊的振動最為劇烈，達到最大振幅，阻尼器吸收的能量也為最大。當(dāng)波浪頻率與波浪能吸收裝置的固有頻率相同時發(fā)生共振，波浪能吸收裝置的能量轉(zhuǎn)換效率最高。

1、波浪形成機理法——分別計算、疊加求和第n個波浪的功率：其中：代入、并疊加求和。7.2.2.3波浪功率的計算

2、功率譜的經(jīng)驗擬合算法：能量譜方程：波浪總功率：代入，得：可以發(fā)現(xiàn)：波浪總功率與有效波高的平方和有效波周期成正比。

7.2.2.3波浪功率的計算

7.2.2.4波浪能發(fā)電系統(tǒng)波浪能波浪能吸收裝置能量集中裝置發(fā)電裝置電能吸收波浪動能集中能量吸收器收集的能量，推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)自動化控制設(shè)備目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.3波浪能發(fā)電技術(shù)形式波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)振蕩水柱式（空氣動能）振蕩浮子式（浮子動能）鴨式擺式筏式越浪式（重力勢能）目前主流的波浪能發(fā)電技術(shù)形式：1、原理振蕩水柱式（OWC、空氣渦輪式發(fā)電裝置）：利用波浪驅(qū)動氣室內(nèi)的水柱往復(fù)運動，再通過水柱推動氣室內(nèi)的空氣進入空氣葉輪機旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)動能，進而推動發(fā)電裝置進行發(fā)電。7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖

通過海浪波峰波谷的交替到達，形成氣室內(nèi)上下振蕩的水柱，并帶動空氣進行往復(fù)運動水平出入氣流

多用于：靠岸的固定式和波浪能發(fā)電電站豎直出入氣流多用于航標(biāo)燈和發(fā)電船7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置水平出入豎直出入3、應(yīng)用實例7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置蘇格蘭艾拉島OWC發(fā)電裝置1990年建造75kW世界第一臺振蕩水柱式波浪能電站LIMPET5002000年由上述電站改建岸式振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置功率500kW，電力可供400戶居民使用1、原理振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置：利用波浪推動裝置的活動部分的往復(fù)運動，推動機械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動能，并最終轉(zhuǎn)換為電能。7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖能量轉(zhuǎn)化過程：當(dāng)海浪的波峰到達浮子時，浮子向上漂浮，波浪能轉(zhuǎn)變?yōu)楦∽觿幽?；浮子牽引鏈條移動，并通過鏈輪帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，浮子動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的動能；發(fā)電機將轉(zhuǎn)子動能轉(zhuǎn)換成電能；當(dāng)波谷到達時，浮子由于自身重力下降，牽引鏈條反向移動。不同的浮子設(shè)計：鴨式、擺式、筏式（1）振蕩浮子式：鴨式原理：工作狀態(tài)下，表層波浪的沖擊力大于內(nèi)部水的沖擊力，使得鴨體產(chǎn)生一上一下的“點頭”動作，鴨體的起伏搖擺帶動連桿，推動液壓缸內(nèi)的傳動油，將運動傳遞給液壓馬達旋轉(zhuǎn)，再帶動發(fā)電機發(fā)電。1-鴨體2-轉(zhuǎn)軸3-連桿4-液壓缸5-液壓傳動油漂浮式半漂浮式發(fā)電裝置安裝位置7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置（2）振蕩浮子式：擺式7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置原理：波浪進入水室后，由于后墻的阻擋和反射作用，產(chǎn)生兩個方向相反的波浪，擺板在海水推動下進行往復(fù)擺動，帶動液壓系統(tǒng)和液壓泵，將能量傳至發(fā)電機發(fā)電。懸掛擺浮力擺擺板布置方式原理：由于海浪的不斷波動，閥體之間的夾角也不斷變化，從而將波浪能轉(zhuǎn)換為筏體的動能，再轉(zhuǎn)換為鉸鏈內(nèi)部液壓系統(tǒng)的液壓能，最終轉(zhuǎn)換為電能。（3）振蕩浮子式：筏式7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置“海蛇”（Pelamis）號筏式波浪能發(fā)電系統(tǒng)鉸鏈內(nèi)液壓系統(tǒng)1、原理利用人造或自然形成的水池，將傳播至水池的波浪聚集于坡道，海水越過坡道后進入蓄水池，在重力作用下，水的勢能轉(zhuǎn)換為動能，最后利用低水頭軸流式渦輪發(fā)電機，實現(xiàn)動能向電能的轉(zhuǎn)換。7.2.3.3越浪式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖7.2.3.3越浪式波浪能發(fā)電丹麥開發(fā)主體的結(jié)構(gòu)由兩個引浪坡道和混凝土結(jié)構(gòu)的水池組成。固定式漂浮式發(fā)電裝置安裝位置在該裝置的引浪面前的坡道上