海洋波浪能發(fā)電的開發(fā)與展望資料

1、海洋波浪能發(fā)電的開發(fā)與展望引言 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、人口的激增、社會的進(jìn)步，人們對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)過程中對環(huán)境影響最小且以機械能的形式存在，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109 kW量級，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。波浪能 波浪是以動能形式表現(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)推動海水，風(fēng)與海面作用產(chǎn)生波浪，水

2、面上的大小波浪交替，有規(guī)律地順風(fēng)滾動著。波浪能發(fā)電是以波浪的能量為動力生產(chǎn)電能。波浪能的特點 波浪能是一種波浪能是一種密度低、不穩(wěn)定、無污密度低、不穩(wěn)定、無污染、可再生、儲量大、分布廣、利用難染、可再生、儲量大、分布廣、利用難的的能源。能源。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，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。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(zhuǎn)換，即能量的傳遞

3、過程，包括機械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動， 使波浪能轉(zhuǎn)換為有用的機械能。第三級轉(zhuǎn)換又稱最終轉(zhuǎn)換，即由機械能通過發(fā)電機轉(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)動空氣透平發(fā)電機發(fā)電。當(dāng)波浪上升時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)電機軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機發(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入氣缸并驅(qū)動發(fā)電機另一軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機發(fā)電，其旋轉(zhuǎn)方向不變。波浪能發(fā)電波浪發(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

4、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)電站示意圖波浪發(fā)電站示意圖 波浪能供電的燈光浮標(biāo)波浪能供電的燈光浮標(biāo) 值得一提的是，若在海岸邊排列幾艘大型的波浪能發(fā)電裝置，不僅可利用波浪能發(fā)電，做成移動式發(fā)電站，還可將它們當(dāng)做防波堤，起到消波作用，移動電站還具有靈活的戰(zhàn)備作用，戰(zhàn)時可作為單用發(fā)電站。波浪能發(fā)電方式按能量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要分為機機械式械式、氣動式氣動式和液壓式液壓式三大類 機械式 ： 通過某種傳動機構(gòu)實現(xiàn)波浪能從往復(fù)運動到單向旋轉(zhuǎn)運動的傳遞

5、來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的方式。采用齒條、齒輪和棘輪機構(gòu)的機械式裝置。隨著波浪的起伏，齒條跟浮子一起升降，驅(qū)動與之嚙合的左右兩只齒輪作往復(fù)旋轉(zhuǎn)。齒輪各自以棘輪機構(gòu)與軸相連。齒條上升，左齒輪驅(qū)動其軸逆時針旋轉(zhuǎn)，右齒輪則順時針空轉(zhuǎn)。通過后面一級齒輪的傳動，驅(qū)動發(fā)電機順時針旋轉(zhuǎn)發(fā)電。機械式裝置多是早期的設(shè)計，往往結(jié)構(gòu)笨重，可靠性差，未獲實用。氣動式 ： 通過氣室、氣袋等泵氣裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成空氣能，再由氣輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。 由于波浪運動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的水面。內(nèi)水面和氣輪機之間是氣室。當(dāng)浮體帶中心管隨波浪上升時，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，

6、氣室容積減小，受壓空氣將閥門關(guān)閉經(jīng)氣輪機排出，驅(qū)動沖動式氣輪發(fā)電機組發(fā)電。這是單作用的裝置，只在排氣過程有氣流功率輸出。振蕩水柱氣動式裝置工作原理。 它有兩組吸氣閥和兩組排氣閥，固定氣室的內(nèi)水位在波浪激勵下升降，形成排氣、吸氣過程。四組吸、排氣閥相應(yīng)開啟和關(guān)閉，使交變氣流整流成單向氣流通過沖動式氣輪機，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。這是雙作用的裝置，在吸、排氣過程都有功率輸出。氣動式裝置使緩慢的波浪運動轉(zhuǎn)換為氣輪機的高速旋轉(zhuǎn)運動，機組縮小，且主要部件不和海水接觸，提高了可靠性。氣動式裝置在日本益田善雄發(fā)明的導(dǎo)航燈浮標(biāo)用波浪能發(fā)電裝置上獲得成功的應(yīng)用。 液壓式液壓式 通過某種泵液裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為液體(油或海

7、水)的壓能或位能，再由油壓馬達(dá)或水輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的方式。 波浪運動產(chǎn)生的流體動壓力和靜壓力使靠近鴨嘴的浮動前體升沉并繞相對固定的回轉(zhuǎn)軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動油壓泵工作，將波浪能轉(zhuǎn)換為油的壓能，經(jīng)油壓系統(tǒng)輸送，再驅(qū)動油壓發(fā)電機組發(fā)電。點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，未獲實用。 聚焦波道裝置已在挪威奧依加登島250 kW波浪能發(fā)電站成功的應(yīng)用。這種裝置有海水庫儲能，可實現(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。但對地形條件依賴性強， 應(yīng)用受到局限。 收縮斜坡聚焦波道式裝置簡圖。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

8、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)電機組發(fā)電。 葡萄牙的“海蛇”海浪發(fā)電站英國研制的水莽波浪發(fā)電裝置水蟒”工作原理非常簡單：將“水蟒”安裝在距離海岸1.6公里-3.2公里遠(yuǎn)、36米-91米深的水下，并系在海床上，同時使“水蟒”的橡膠管道內(nèi)充滿海水。這樣每當(dāng)有波浪經(jīng)過時，彈性極強的橡膠管就會隨之上下擺動，橡膠管內(nèi)部就會產(chǎn)生一股水流脈沖。隨著波浪幅度的加大，脈沖也會越來越強，并匯集在尾部的發(fā)電機中，最終產(chǎn)生電能，然后通過海底電纜傳輸出去。 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

9、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驗電站。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行，標(biāo)志著我國海洋波浪力發(fā)電技術(shù)達(dá)到實用水平。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、年收入達(dá)到5億元。這意味著我國實現(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 造價昂貴，社會效益好但是經(jīng)濟效益差，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。引起的環(huán)境問題 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