摘要：利用海洋能源，是當今世界能源研究的方向。特別是在能源關系到國家安全，地球礦物能源逐漸枯竭及環境狀況日益惡化的形勢下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯十分重要，慣性波浪發電技術就是在現有利用海洋波浪能發電研究的基礎上，運用成熟的機械制造及發電技術進行有效的組合。將廣闊海岸取之不盡，用之不竭的波浪能低成本地轉化為電能，為改善我國東部沿海地區能源短缺和環境改善開辟一條新的途徑。
1 波浪能的應用
1.1 波浪能概述。海洋能與潮汐能、海洋溫差能、鹽梯度能、洋流能等能源一樣，是海洋能源中最豐富、最普遍、較難利用的資源之一。波浪能又是海洋能中所占比重較大的海洋能源。海水的波浪運動產生十分巨大的能量。據估算，世界海洋中的波浪能達700億千瓦，占全部海洋能量的94％，是各種海洋能中的“首戶”。波浪是海水的運動形式之一，它的產生是外力（如風、大氣壓力的變化、天體的引潮力等等）、重力與海水表面張力共同作用的結果。波浪形成時，水質點作震蕩和位移運動，水質點的位置變化產生位能。波浪能的大小與波高與周期有關，波浪的波高和周期與該波浪形成地點的地理位置、常年風向、風力、潮汐時間、海水深度、海床形狀、海床坡度等因素有關。椐有關資料估算。全世界沿海岸線連續耗散的波浪能功率達27×105 MW，技術上可利用的波浪能潛力為10×105 MW，我國陸地海岸線長達一萬八千多公里、大小島嶼6960多個。根據海洋觀測資料統計，沿海海域年平均波高在2.0M左右，波浪周期平均6s左右。臺灣及福建、浙江、廣東等沿海沿岸波浪能的密度可達5～8kW/m。波浪能資源十分豐富，總量約有5億千瓦，可開發利用的約1億千瓦。我國近海受季風控制，冬季浪大，夏季浪小，特別是冬季在強烈的偏北風吹拂下，從黃海到南海形成一條東北—西南走向的大浪帶，平均波高在2米以上，且周期在4-8s之間，有利于波浪能發電，具有廣闊的開發利用前景。波浪能是最清潔的可再生資源，它的開發利用，將大大緩解由于礦物能源逐漸枯竭的危機，改善由于燃燒礦物能源對環境造成的破壞。
1.2 波浪能開發利用的特點、現狀及前景。
1.2.1 特點。波浪能是一種密度低、不穩定、無污染、可再生、儲量大、分布廣、利用難的能源。由于波浪能的利用地點局限在海岸附近，還容易受到海洋災害性氣候的侵襲。開發成本高，規模小，社會效益好但是經濟效益差，投資回收期長，一個多世紀以來，束縛了波浪能的大規模商業化開發利用和發展。
1.2.2 現狀及前景。雖然波浪能開發的技術復雜、成本高、投資回收期長。但是近200年來，世界各國還投入了很大的力量進行了不懈的探索和研究。除了實驗室研究外，挪威、日本、英國、美國、法國、西班牙和中國等國家已建成多個數十瓦至數百千瓦的試驗波浪發電裝置。主要的形式有活動點頭鴨、波面筏、海蚌型；浮體式振蕩水拄型；固定式（岸式）振蕩水拄型；水流型；壓力柔性袋型等裝置。英國已建成750kw規模的商業波浪發電站并網發電。我國在廣東汕尾建設的100kw振蕩水拄式波浪發電站也已經通過驗收，存在的問題也逐步得到改進。隨著世界礦物能源的逐步減少，人們必須尋找新的能源，海洋能源無疑是首選的新能源之一；隨著礦物能源對環境的破壞日益嚴重，人們也在尋找新的替代能源，可再生、清潔的海洋能源，也是最理想的替代能源之一。近年來，世界各國都制定了開發海洋能源的規劃。我國也制定了波浪發電以福建、廣東、海南和山東沿岸為主的發展目標。著重研制建設100kw以上的岸式波力發電站。因此波浪發電的前景是十分廣闊的。
2 慣性儲能波浪發電裝置
2.1 現有波浪發電裝置的狀況。目前已經研究開發比較成熟的波浪發電裝置基本上有三種類形。一是振蕩水拄型，用一個容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過波浪產生的水面位置變化引起容器內的空氣容積發生變化，壓縮容器內的空氣（中間介質），用壓縮空氣驅動葉輪，帶動發電裝置發電；中科院廣州能源研究所在廣東訕尾建成的100KW波浪發電站（固定岸式），日本海明發電船（浮式）以及航標燈式波力裝置都是屬于這種類型。二是機械型，利用波浪的運動推動裝置的活動部分——鴨體、筏體、浮子等，活動部分壓縮（驅動）油、水等中間介質，通過中間介質推動轉換發電裝置發電。三是水流型，利用收縮水道將波浪引入高位水庫形成水位差（水頭），利用水頭直接驅動水輪發電機組發電。這三種類型各有優缺點，但有一個共同的問題是波浪能轉換成電能的中間環節多，效率低，電力輸出波動性大，這也是影響波浪發電大規模開發利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不穩定的波浪能吸收起來，集中、經濟、高效地轉化為有用的電能，裝置及其構筑物能承受災害性海洋氣候的破壞，實現安全運行，是當今波浪能開發的難題和方向。
2.2 慣性波浪儲能發電裝置的工作原理。慣性波浪儲能發電裝置是區別于前述幾種類型的，直接將波浪能轉換為電能的波浪發電裝置。其特點是直接將波浪的勢能變成動能，驅動發電機直接發電。利用飛輪的慣性儲能作用減少或去除波浪勢能的波動。該裝置能量轉換的中間環節少，效率高，電力輸出波動小，運行過程中消耗小，維護簡單。其工作原理是見圖一。
在一個波浪周期中，水面向上波動時產生的浮力將具有一定質量的重力浮子室托起產生位能，達到波峰時位能達到最大值（圖一a）。當水面向下運動時，浮力消失，由于地心引力的作用，重力浮子室向下運動做功。通過鋼絲繩驅動棘輪驅動機構，棘輪驅動機構帶動儲能飛輪高速旋轉，將重力浮子的上下運動變為飛輪和飛輪軸的旋轉運動（圖一b）并將大部分勢能儲存在飛輪的旋轉運動中。進入下一波浪周期后，又將重力浮子抬起至波峰，形成最大的位能，開始下一輪做功。在水面將重力浮子室托起不能直接做功的半個周期內，由于慣性飛輪的慣性作用，對不做功這一時段進行補償，飛輪繼續旋轉。由于發電機磁場，機械傳動的阻力，雖然飛輪的旋轉轉速逐漸有所降低。但是很快被下一周期重力浮子的做功來恢復慣性飛輪的旋轉勢能。通過變速機構將重力浮子所做的功傳遞給發電機，直接將波浪能轉換成電能。
該裝置減少了其他裝置中間轉換機構和介質，提高了轉換效率。
為了盡量減少電力輸出的波動，提高轉換效率，設計兩級變速和慣性儲能變速飛輪系統，起到相互補償，穩定和提高輸出轉速。
來源：百思論壇
|
返回頂部