海洋波浪發(fā)電簡介

1、海洋波浪發(fā)電簡介摘要：文章從海洋波浪發(fā)電原理以及海洋波浪發(fā)電現(xiàn)狀和波浪發(fā)電遇到的問題等方面敘述了海洋波浪發(fā)電的特點。關(guān)鍵詞：海洋波浪、波能、發(fā)電、能源1.前言地球表面積的71是海洋，而海洋是巨大的能源。太陽注人地球表面的能量換算為電功率約為1013kW，而其中大約2/3是用來加熱海面表層的海水，使其與深水的溫差超過20°c以上。另外，由于地球和月球或太陽之間相對的天體運動和相互作用而引起海洋的潮流、潮汐以及氣流等，并進(jìn)而引起波浪、波流等。海水的溫差、海洋的波浪、波流、潮汐、潮流等都是海洋能源，可用來發(fā)電。盡管它的特點是能量多變，而且密度較低，然而它確實是巨大的，而且是永恒的能源?？紤]

2、到地球環(huán)保和溫室效應(yīng)，為了取代排出廢氣較多的化石燃料發(fā)電，可再生的清潔的海洋能源便更加受到重視。2.海洋波浪發(fā)電由于地球和月球之間的作用，引起了潮流、潮汐、氣流等，并進(jìn)而引起波浪。波浪的動力還來自海風(fēng)，可以說波能的源泉就是太陽能。2.1 海洋波浪發(fā)電原理由于波浪很不規(guī)則，只能采用經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理的數(shù)據(jù)，即波能的表達(dá)式如下：E =05·(H13)2·(Tl3)，kWm式中，H1/3和T1/3分別為有效波高(m)和有效波周期(s)，也是波高H 和波周期T 的算術(shù)平均值。英國蘇格蘭西北沿岸的平均波能 高達(dá)48kw/m。日本四季的平均波能約為l3kw/m(近海)和6kW/m(沿岸)。日

3、本的波能可滿足國內(nèi)能源總需求量的l/3。波力發(fā)電的原理主要是將波力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣來驅(qū)動空氣透平發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)波浪上升時便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，空氣室內(nèi)形成負(fù)壓，使大氣中的空氣被吸人氣缸，并驅(qū)動發(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。從中排出的空氣進(jìn)入負(fù)壓氣缸，再穿過負(fù)壓水閥室并到達(dá)負(fù)壓空氣室。由于正、負(fù)壓水閥室相當(dāng)于逆止閥的作用，正、負(fù)兩條回路互不干擾。用水閥作為逆止閥的原理是利用壓力差，壓力空氣只能單向通行。見圖1。圖1 波浪發(fā)電原理2.1.1振蕩水柱型波能難以直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

4、。因此，首先要使用擋板、浮筒等可動物體或空氣室將波能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或空氣流，這種轉(zhuǎn)換裝置稱為 一次變換裝置 。進(jìn)一步再將轉(zhuǎn)換后的機(jī)械能或空氣流轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動并發(fā)電的裝置，如透平發(fā)電機(jī)，可稱為“二次變換裝置”。上述一次及二次變換裝置與蓄能裝置、輸能裝置相組合，構(gòu)成波能利用(發(fā)電)系統(tǒng)。一次變換裝置型式較多，見表2。常見的多為振蕩水柱型(空氣室)，它在海面設(shè)置隱蔽的空氣室，在室上有孔， 根據(jù)液面射入原理，空氣室內(nèi)的水面隨波浪而上下，形成類似活塞式的運動，室內(nèi)的空氣也隨之被加壓或減壓， 并自室上的孔中流入流出，形成空氣流，推動透平(二次變換裝)發(fā)電。這種波能利用裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)單， 機(jī)械運動部分均在水

5、面以上，易保養(yǎng)維修，大浪時較安全。缺點是當(dāng)波高、波周 期偏離設(shè)計條件時將導(dǎo)致效率下降，并有噪音。 2.1.2擺式波能裝置擺式波能裝置是利用裝置的活動部件，在波浪的推動下，將其從波浪中吸收的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或勢能。這種波能裝置最先是由日本提出的，其方式是波浪的水室中形成立波，在立波的駐點處，水質(zhì)點做往返運動，表現(xiàn)在宏觀上，即水團(tuán)的往復(fù)運動，將波浪能轉(zhuǎn)換成擺球的動能，與擺軸相連的通常是液壓裝置，他將擺球的動能轉(zhuǎn)換成液壓泵的動能，再由液壓馬達(dá)帶動發(fā)動機(jī)發(fā)電。如圖3所示。3.海洋波浪發(fā)電現(xiàn)狀世界上波力發(fā)電設(shè)備開發(fā)最早的國家是法國(19l0年)。后來英國、挪威、印度、日本等相繼開發(fā)。英國波力發(fā)電的開發(fā)目

6、標(biāo)是總?cè)萘繛?GW的設(shè)備，并使它與陸地電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)現(xiàn)已完成這個研究項目。英國的75kW 這種設(shè)備自l992年以來已營業(yè)運行至今。挪威的350kW 這種設(shè)備從1985年以來也已營業(yè)運行至今。挪威l984年投運的500kW 和印度投運的150kW 這種設(shè)備在完成驗證試驗以后現(xiàn)已停運，總結(jié)經(jīng)驗。日本自1965年以來投運了12臺這種設(shè)備，除了用于驗證試驗外，還有4臺作商業(yè)運營至今，其最大容量為130kW?，F(xiàn)在世界上已有2000多臺這種設(shè)備，最大的是500kW。世界上最新投運的是日本東北電力公司原町火電站南部防波堤上裝設(shè)的l30kW 這種設(shè)備，1996年9月投運以來成為日本當(dāng)前容量最大的這種設(shè)備。它的能

7、量轉(zhuǎn)換箱體長20m、寬24m、高24m，屬于固定式防波堤型。最新投運的另一套設(shè)備則屬于可動式浮體型，1998年5月建造，7月投運，位于日本三重縣度會郡南西町，長50m、寬30m、高13m，很像個大鯨魚浮在水面上(該處水深40m)，其容量l20kw。圖4 印度波能發(fā)電裝置4. 海洋波浪發(fā)電趨勢當(dāng)前波力發(fā)電設(shè)備主要分2種：振動型(波浪上下振動)和移動型(波浪平移)。振動型包括水柱型、浮體型、固定型、可動型等4種；移動型基本上就是一種低水頭發(fā)電站，此時利用大壩和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。當(dāng)前的發(fā)展趨勢是水柱型，因為開發(fā)應(yīng)用了先進(jìn)的水閥室作為逆止閥，而以前常用風(fēng)門作為逆止閥，經(jīng)常受到反復(fù)沖擊，容易損壞。另一趨勢是

8、開發(fā)固定式防波堤型，既便于建造，又能與防波堤結(jié)合，可以綜合利用。第三個趨勢是進(jìn)一步降低造價。當(dāng)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(yīng)繼續(xù)努力進(jìn)一步降低，主要是改進(jìn)設(shè)備。對于日本，波能存貯量高達(dá)50000MW ，而波力發(fā)電比普通電價高出數(shù)倍，在降價方面，任重道遠(yuǎn)。5.海洋波浪發(fā)電遇到的問題雖然有很多很成熟的波浪發(fā)電裝置都是岸基裝置，但是不可否認(rèn)，波浪能的開發(fā)正逐漸轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離近岸的深海區(qū)域。目前，國內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)將波浪發(fā)電設(shè)備的研制制定在遠(yuǎn)海區(qū)域環(huán)境條件下使用的基礎(chǔ)上了，以后的商業(yè)化海洋波浪發(fā)電會基于這些發(fā)電裝置。遠(yuǎn)海區(qū)域比起近海岸基區(qū)域蘊藏著更多更豐富的波浪能資源，需要的設(shè)備

9、也相對簡單。遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾點。首先，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置相對簡單、成本低，可選取的區(qū)域廣，適合建大規(guī)模波浪發(fā)電場。例如，如果要建一個50MW的波浪發(fā)電場，岸基發(fā)電場選址就很困難，而且成本很高，但是，如果是在遠(yuǎn)海區(qū)域，則只需將發(fā)電裝置放在海上，而且可選取的區(qū)域也很廣。其次，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置單位發(fā)電效率較高，而且這些發(fā)電裝置的裝機(jī)容量一般也比岸基裝置高很多，這一優(yōu)點使其更適用于遠(yuǎn)距離輸電以及一些島嶼的用電。由于上述優(yōu)點，所以在2004至2008年問新的波浪發(fā)電開發(fā)當(dāng)中，岸基發(fā)電裝置的裝機(jī)容量只占其中的8，而遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的占58。但是，如果在遠(yuǎn)海區(qū)域進(jìn)行波浪發(fā)電需

10、要克服許多技術(shù)難點和惡劣的環(huán)境問題。最大的問題就是發(fā)電裝置的維護(hù)問題，在這一點上，岸基的發(fā)電裝置相對遠(yuǎn)海的發(fā)電裝置就有著巨大優(yōu)勢。所以，如何研制出一種可靠性和可行性并存的裝置是解決遠(yuǎn)海區(qū)域發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。5.1由波浪發(fā)電裝置引起的環(huán)境問題波浪能具有非?？捎^的應(yīng)用前景，能夠減少人們對化石燃料的依賴性，但是，我們也要在關(guān)心波浪能開發(fā)利用的同時關(guān)注它對環(huán)境的影響。對于環(huán)境問題的考慮，歐洲各國早在2006年的歐洲海洋能合作企劃書中就已提到，所以這也是我們將來要發(fā)展波浪發(fā)電必須關(guān)心的問題。小規(guī)模波浪發(fā)電裝置可能不會引起太大的環(huán)境沖擊，但是如果以后大規(guī)模的進(jìn)行海浪發(fā)電，將會占用大面積的海面，而這必然會對海洋的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。如果在海面布置大量的發(fā)電裝置，很可能對海洋生物造成危害，甚至?xí)绊懙胶Ｑ笊险Ｉ虡I(yè)航運。6.小結(jié)對于可再生能源來說，高效轉(zhuǎn)換技術(shù)是研究的難點，由于波浪的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)常處于非設(shè)計工況，因此提高波能利用率，降低波能發(fā)電的成本始終是波能研究的目標(biāo)。同時，多元化和綜合利用是波能發(fā)展的另一新動向，結(jié)合防波堤、沿海牧場等設(shè)施建造波力電站，為波能利用開創(chuàng)新途徑，并大大降低波浪發(fā)電的成本。國外近年來在這方面的研究較為活躍，應(yīng)當(dāng)引起了很大的重視。同時，在海浪發(fā)電所帶來的生態(tài)環(huán)境方面的問題也要給予足夠的重視。隨著經(jīng)濟(jì)