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(shí)，形成波浪，此時(shí)，風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為海水動(dòng)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(huì)引起海水的波動(dòng)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(guó)教授索爾特發(fā)明了“鴨式”波浪能發(fā)電裝置1970年英國(guó)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(guó)海岸線長(zhǎng)達(dá)兩萬(wàn)多公里，可供開發(fā)和利用的波浪能資源極其豐富。3、我國(guó)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(diǎn)缺點(diǎn)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(dòng)能空氣動(dòng)能波浪能電能重力勢(shì)能浮子動(dòng)能波浪能發(fā)電：能量轉(zhuǎn)換過程第一階段轉(zhuǎn)換是重點(diǎn)，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?？諝鈩?dòng)能：震蕩水柱式重力勢(shì)能：振蕩浮子式浮子動(dòng)能：越浪式①②③7.2.2.1海洋波浪的形成機(jī)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(gè)更大的力，使波浪進(jìn)一步生長(zhǎng)。1吹拂海面的風(fēng)形成一個(gè)水面切線壓力，從而產(chǎn)生波浪并持續(xù)增強(qiáng)。2大氣湍流產(chǎn)生壓力和剪應(yīng)力波動(dòng)，若剪應(yīng)力波動(dòng)于波浪相同，則產(chǎn)生更多的波浪。1、波浪的形成機(jī)理：

7.2.2.1海洋波浪的形成機(jī)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(jī)理及性質(zhì)3、波浪的特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在特定的角頻率附近，海浪具有一個(gè)能量集中的極值點(diǎn)。設(shè)計(jì)一個(gè)合適的機(jī)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(dòng)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。日本室蘭測(cè)試點(diǎn)實(shí)測(cè)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(lì)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(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí)，質(zhì)量塊的振動(dòng)最為劇烈，達(dá)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(shí)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(jī)理法——分別計(jì)算、疊加求和第n個(gè)波浪的功率：其中：代入、并疊加求和。7.2.2.3波浪功率的計(jì)算

2、功率譜的經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(dòng)能集中能量吸收器收集的能量，推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)自動(dòng)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(dòng)能）振蕩浮子式（浮子動(dòng)能）鴨式擺式筏式越浪式（重力勢(shì)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(dòng)氣室內(nèi)的水柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再通過水柱推動(dòng)氣室內(nèi)的空氣進(jìn)入空氣葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，進(jìn)而推動(dòng)發(fā)電裝置進(jìn)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(dá)，形成氣室內(nèi)上下振蕩的水柱，并帶動(dòng)空氣進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(tái)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(dòng)裝置的活動(dòng)部分的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)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(dá)浮子時(shí)，浮子向上漂浮，波浪能轉(zhuǎn)變?yōu)楦∽觿?dòng)能；浮子牽引鏈條移動(dòng)，并通過鏈輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，浮子動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能；發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能；當(dāng)波谷到達(dá)時(shí)，浮子由于自身重力下降，牽引鏈條反向移動(dòng)。不同的浮子設(shè)計(jì)：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(diǎn)頭”動(dòng)作，鴨體的起伏搖擺帶動(dòng)連桿，推動(dòng)液壓缸內(nèi)的傳動(dòng)油，將運(yùn)動(dòng)傳遞給液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。1-鴨體2-轉(zhuǎn)軸3-連桿4-液壓缸5-液壓傳動(dòng)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(jìn)入水室后，由于后墻的阻擋和反射作用，產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的波浪，擺板在海水推動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)，帶動(dòng)液壓系統(tǒng)和液壓泵，將能量傳至發(fā)電機(jī)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(dòng)，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(dòng)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(hào)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(jìn)入蓄水池，在重力作用下，水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，最后利用低水頭軸流式渦輪發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(gè)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