大工14春《新能源發(fā)電》輔導(dǎo)資料七

主題：第五章海洋能多種發(fā)電技術(shù)（第1-3節(jié)）學(xué)習(xí)時間：2014年5月12日—5月18日內(nèi)容：我們這周主要學(xué)習(xí)海洋能多種發(fā)電技術(shù)（第1-3節(jié)）一、學(xué)習(xí)要求了解海洋能資源的形成原因和表現(xiàn)特征了解海洋能發(fā)電的各種方式和相關(guān)思路理解海洋能發(fā)電的特點和意義二、主要內(nèi)容第一節(jié)海洋的概念（一） 海和洋海和洋是有區(qū)別的，是不同的概念。遠(yuǎn)離陸地的水體部分為洋，靠近大陸的水體部分為海。洋是海洋的主體部分，占海洋總面積的89%。海是海洋的邊緣部分。海洋是地球上廣大而連續(xù)的咸水水體的總稱，是相互連通的。地球表面的總面積約5.1億平方公里，其中海洋的面積占71%，匯集了地球97%的水量。（二）海洋能源（簡稱海洋能）海洋能源是海水中蘊藏著的一切的能量資源的總稱，通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源。以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在。除了潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力作用以外，其他幾種都來源于太陽輻射。海洋能源又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。蘊藏于海水中的海洋能是十分巨大的，這些海洋能源可以不斷得到補充，都是取之不盡、用之不竭的。第二節(jié)海洋能資源（一） 世界海洋能資源海洋是超大的太陽能接收體和存儲器，是個“藍(lán)色油田”。據(jù)聯(lián)合國教科文組織估計，海洋能可再生總量為766億千瓦。其中溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦，潮汐能為30億千瓦，波浪能為30億千瓦，海流能為6億千瓦。實際上，上述能源不是全能利用，估計技術(shù)上允許利用的約64億千瓦，其中，鹽差能30億千瓦，溫差能20億千瓦，波浪能10億千瓦，海流能3億千瓦，潮汐能1億千瓦。（二） 我國海洋能資源《中國新能源與可再生能源1999白皮書》公布的結(jié)果：沿海潮汐能資源可開發(fā)總裝機(jī)容量為2179萬千瓦，年發(fā)電624億度；進(jìn)入岸邊的波浪能理論平均功率為1285萬千瓦；潮流能理論平均功率1394萬千瓦；溫差能理論蘊藏量約（1.2-1.3）x1019kJ，實際可用裝機(jī)（1.3-1.5）x106MW;鹽差能資源理論蘊藏量約為3.9x1015kJ，理論功率為1.25x105MW。（三） 海洋能的特點海洋能的特點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）蘊藏量豐富，可循環(huán)再生。（2） 能流分布不均，能量密度低。（3） 穩(wěn)定性較好或者變化有規(guī)律。（4） 清潔無污染。第三節(jié)波浪發(fā)電（一）波浪的成因和類型波浪的能量來自于風(fēng)和海面的相互作用，傳遞的能量取決于風(fēng)速、風(fēng)與海水作用時間及作用路程。海浪的類型風(fēng)浪，在風(fēng)的直接吹拂作用下產(chǎn)生的水面波動。由風(fēng)引起的波浪在靠近其形成的區(qū)域才被稱為風(fēng)浪。風(fēng)浪傳播開去，出現(xiàn)在距離很遠(yuǎn)的海面。這種不在有風(fēng)海域的波浪稱為涌浪。外海的波浪傳到海岸附近，因水深和地形會改變波動性質(zhì)，出現(xiàn)折射、波面破碎和倒卷，這就是近岸浪。海浪的運動水面上的大小波浪交替，有規(guī)律地順風(fēng)滾動前進(jìn)；水面下的波浪隨風(fēng)力不同做直徑不同、轉(zhuǎn)速不同的圓周或橢圓運動。（二）波浪能資源的分布和特點波浪的前進(jìn)，產(chǎn)生動能，波浪的起伏產(chǎn)生勢能。波浪的能量與波浪的高度、波浪的運動周期以及迎波面的寬度等多種因素有關(guān)。因此，波浪能是各種海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種。1、 全球波浪能資源波浪能年平均功率密度的全球分布，如下圖所示：亞洲惟洲1()4020404060歐洲€ 30-50%澳洲朋:5?050L20北美車）亞洲惟洲1()4020404060歐洲€ 30-50%澳洲朋:5?050L20北美車）1030/30廣“206(J一5dIM在盛風(fēng)區(qū)和長風(fēng)區(qū)的沿海，波浪能的密度一般都很高。2、 我國波浪能資源我國海岸線長，海域遼闊。90%以上分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而常規(guī)能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺灣省沿岸。據(jù)波浪能能流密度和開發(fā)利用的自然環(huán)境條件，首選浙江、福建沿岸，應(yīng)為重點開發(fā)利用地區(qū)，其次廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。3、 波浪能的優(yōu)點在海洋能中，波浪能除可循環(huán)再生以外，還有以下優(yōu)點：1）以機(jī)械能形式存在，在各種海洋能中品位最高；2）在海洋能中能流密度最大；3）在海洋中分布最廣；4）可通過較小的裝置實現(xiàn)其利用；5）可提供可觀的廉價能量。（三） 波浪發(fā)電裝置的基本構(gòu)成波浪發(fā)電，一般是通過波浪能轉(zhuǎn)換裝置，先把波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再最終轉(zhuǎn)換成電能。波浪上下起伏或左右搖擺，能夠直接或間接帶動水輪機(jī)或空氣渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。波浪能利用的關(guān)鍵是波浪能轉(zhuǎn)換裝置，通常經(jīng)三級轉(zhuǎn)換：1）波浪能采集系統(tǒng)，捕獲波浪的能量；2）機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，把捕獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形式的機(jī)械能；3）發(fā)電系統(tǒng)，與常規(guī)發(fā)電裝置類似，用空氣渦輪機(jī)或水輪機(jī)等設(shè)備將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。（四） 波浪能的轉(zhuǎn)換方式波浪能的轉(zhuǎn)換方式，大體上可分為四類：—機(jī)械傳統(tǒng)式—空氣渦輪式—液壓式—蓄能水庫式（1）機(jī)械傳動式，如下圖所示。

（2）空氣渦輪式這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且以空氣為工質(zhì)，沒有液壓油泄露的問題。（3）液壓式通過某種泵液裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為液體的壓能或位能，再由油壓馬達(dá)或水輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)。這類裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。但由于液體的不可壓縮性，當(dāng)與波浪相互作用時，液壓機(jī)構(gòu)能獲得很高的壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率也明顯高。（4）蓄能水庫式也叫收縮斜坡聚焦波道式，其實就是借助上漲的海水制造水位差，然后實現(xiàn)水輪機(jī)發(fā)電，類似潮汐發(fā)電。這類裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，而且由于有水庫儲能，可實現(xiàn)較穩(wěn)定和便于調(diào)控的電能輸出，是迄今最成功的方式之一。但一般效率不高，而且對地形條件依賴性強(qiáng)，應(yīng)用受到局限。（五） 波浪能裝置的安裝模式根據(jù)系留狀態(tài)，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為固定式和漂浮式。各種波浪能轉(zhuǎn)換裝置，往往都需要一個主梁或主軸，即一種居中的、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，系錨或固定在海床或海灘。根據(jù)主梁與波浪運動方向的關(guān)系，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為：（1）終結(jié)型模式（2）減緩型模式（3）點吸收模式（六）典型的波浪能發(fā)電裝置（1）振蕩水柱式（OWC）利用波浪起伏引起的水柱振蕩來抽吸或者壓縮空氣，從而推動空氣渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。(2)振蕩浮子式隨著波浪運動，浮子上下起伏使軟管伸張及松馳，可以壓迫海水經(jīng)過閥到中心的渦輪機(jī)及發(fā)電單元。(3)點頭鴨式(duck)鴨子的“胸脯”對著海浪傳播的方向，隨著海浪的波動，像不倒翁一樣不停地擺動。搖擺機(jī)構(gòu)帶動內(nèi)部的凸輪/鉸鏈機(jī)構(gòu)，改變工作液體的壓力，從而帶動工作泵，推動發(fā)電機(jī)發(fā)電?？赏瑫r將波浪的動能和勢能轉(zhuǎn)換，理論效率達(dá)到90%以上。浮動主梁骨架上，可并排放置多個“鴨子”。(4)海蛇式(Pelamis)由一系列圓柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成，外型類似火車。當(dāng)波浪起浮帶動整條裝置時就會起動鉸接點，其內(nèi)部的液壓圓筒的泵油會起動液壓馬達(dá)經(jīng)過一個能量平滑系統(tǒng)。(5)擺式(Pendulum)1983年建造了一座推擺式波浪能電站。通過浮板的擺動將波浪能轉(zhuǎn)換為液壓產(chǎn)生電力。

這是日本的波浪能電站中效率較高的一個。（6）收縮坡道式在電站入口處設(shè)置喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽，當(dāng)波浪進(jìn)入寬闊一端向里傳播時，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊墻，轉(zhuǎn)換成勢能。水流從楔形流道上端流出，進(jìn)入一個水庫，然后經(jīng)過水輪機(jī)返回大海。（7）其它海浪發(fā)電裝置其它多種新型海浪發(fā)電裝置的原理和圖片，可查閱相關(guān)的資料。波浪能轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)的主要構(gòu)造

受波體 傳動介質(zhì)艇蕩水柱蓄能水庫隨波相對運動體液壓發(fā)電機(jī)組 電能調(diào)整和輸出變爪器換流器I換流器ACZDC/AC海水受波體 傳動介質(zhì)艇蕩水柱蓄能水庫隨波相對運動體液壓發(fā)電機(jī)組 電能調(diào)整和輸出變爪器換流器I換流器ACZDC/AC海水（七） 代表性波浪能發(fā)電項目1、英國75kW和500kW的LIMPET岸式海洋動力能源轉(zhuǎn)換器，是一種振蕩水柱型（OWC）波浪能裝置。1991年在蘇格蘭愛雷島上建成75kW項目。2000年又在同一島嶼上建成一座500kW的項目，是目前世界上最成功的海浪發(fā)電裝置。2、挪威350kW的TAPCHAN1986年，在挪威貝爾根附近一個小島上，建造了一座裝機(jī)容量為350kW波浪能電站。特色：開口約60m的喇叭形聚波器和長約30m的楔形導(dǎo)槽。電站從1986年建成后，一直正常運行到1991年，年平均輸出功率約為75kW，是比較成功的一座波浪電站。3、英國750kW的海蛇“海蛇”由英國海洋動力傳遞公司設(shè)計。漂浮式，由若干圓柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成。第一個“海蛇”波能裝置2002年3月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪發(fā)電項目，每條“海蛇”的裝機(jī)容量為750kW。4、日本“海明”號“海明”號波浪發(fā)電計劃是由日本海洋科學(xué)技術(shù)中心牽頭，美、英、挪威、瑞典、加拿大等國參加。研究工作在一個由船舶改造的漂浮結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，帶有13個振蕩水柱氣室，在船的內(nèi)室里，安裝了幾臺海浪發(fā)電裝置。“海明”號的船身結(jié)構(gòu)海底電纜和錨泊設(shè)計較成功，但發(fā)電效率令人失望，系統(tǒng)總效率不超過6.5%。作為一個大型國際合作項目，“海明”計劃的貢獻(xiàn)不僅在于獲得了大量技術(shù)成果，還在世界范圍內(nèi)推動了波浪能研究。5、日本“巨鯨”號“巨鯨”是日本海洋科學(xué)中心于1990s初開始研建。一個包括波浪發(fā)電、海上養(yǎng)殖和旅游業(yè)在內(nèi)的綜合利用計劃。安裝了1臺10kW、2臺50kW和2臺30kW的發(fā)電機(jī)組，于1998年完成制造，投放于三重縣外海。1998年9月開始持續(xù)兩年的實海況試驗，裝置的各部分工作正常，總發(fā)電效率最大可達(dá)12%。6、 歐共體2MW的OSPREYOSPREY意思是海洋涌浪動力可再生能源，實際上是波浪能和風(fēng)能兩用的近岸裝置。1995年英國制造了OSPREY-1，總?cè)萘?MW，其中沉箱式波能發(fā)電裝置500kW，風(fēng)能1500kW，造價$350萬，下水時裝置受到損壞。英國又開始研建OSPREY2000，裝機(jī)容量仍為2MW。7、 中國大萬山島3kW和20kW岸基OWC1989年，中科院廣州能源研究所，在珠海市大萬山島，建成中國第一座波浪能試驗電站。這座3千瓦的岸式振蕩水柱型波浪能電站，采用人造水道和Wells渦輪機(jī)。在該電站原有基礎(chǔ)上，1996年完成20千瓦電站的建造。8、 中國廣東汕尾100kW岸基OWC2001年建成的100kW岸式波力電站，位于廣東省汕尾市遮浪鎮(zhèn)，是一座與并網(wǎng)運行的岸式OWC型波浪能電站。有較大程度的提高，使我國的波能轉(zhuǎn)換研究基本達(dá)到國際同時期的先進(jìn)水平。（八） 波浪發(fā)電的發(fā)展1799年，世界上第一個關(guān)于波浪能發(fā)電的專利。20世紀(jì)中葉以來，波浪能利用得到了越來越多的關(guān)注和重視。波浪能發(fā)電的設(shè)想在世界各地不斷涌現(xiàn)。1964年，世界上第一個海浪發(fā)電裝置——航標(biāo)燈。20世紀(jì)70年代末期，日本、美、英等國合作研制了“海明”號發(fā)電船，還有遠(yuǎn)離海岸的電力傳輸裝置，并進(jìn)行了海上試驗。中國也是波浪能研發(fā)的主要國家之一，在世界上有一定影響。1989年，中國第一座波浪電站建成并試發(fā)電成功。1996年改建為20千瓦。1999年，100千瓦擺式波浪能電站試運行成功。2000年，100千瓦岸式振蕩水柱式電站建成發(fā)電。目前至少已累計生產(chǎn)600多臺在中國沿海使用，并出口到日本等國家。

三、習(xí)三、習(xí)波浪可以用 、