海洋波浪能发电的开发与展望

关于海洋波浪能发电的开发与展望引言随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人们对能源的需求日益增长。占地球表面积70％的广阔海洋，集中了97％的水量，蕴藏着大量的能源，其中包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。据估箅，全世界波浪能的理论估算值为109kW量级，是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商前景，因而也是各国海洋能研究开发的重点。第2页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能波浪是以动能形式表现的海洋能之一，来源于空气和水表面温度的不一致，太阳的热量导致空气温度上升，而空气温度的上升产生了风。由海上的风推动海水，风与海面作用产生波浪，水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动着。波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能。第3页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能的特点

波浪能是一种密度低、不稳定、无污染、可再生、储量大、分布广、利用难的能源。第4页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能利用波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。第5页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能的转换波浪能的转换一般有三级。第一级为波浪能的收集，通常采用聚波和共振的方法把分散的波浪能聚集起来。第二级为中间转换，即能量的传递过程，包括机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动，使波浪能转换为有用的机械能。第三级转换又称最终转换，即由机械能通过发电机转换为电能。第6页,共26页，2024年2月25日，星期天发电原理主要是将波浪力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。当波浪上升时将空气室中的空气顶上去，被压空气穿过正压水阀室进入正压气缸并驱动发电机轴伸端上的空气透平使发电机发电，当波浪落下时，空气室内形成负压，使大气中的空气被吸入气缸并驱动发电机另一轴伸端上的空气透平使发电机发电，其旋转方向不变。第7页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能发电第8页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪发电的要求波浪发电要求输人的能量稳定，必须有一系列稳速、稳压和蓄能等技术来确保，它同常规发电相比有着特殊的要求。利用波浪发电，必须在海上建造浮体，并解决海底输电问题；在海岸处需要建造特殊的水工建筑物，以利收集海浪和安装发电设备。波浪电站与海水相关，各种装置均应考虑海水腐蚀、海生物附着和抗御海上风暴等工程问题，以适应海洋环境。第9页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪发电站示意图

波浪能供电的灯光浮标

第10页,共26页，2024年2月25日，星期天第11页,共26页，2024年2月25日，星期天值得一提的是，若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置，不仅可利用波浪能发电，做成移动式发电站，还可将它们当做防波堤，起到消波作用，移动电站还具有灵活的战备作用，战时可作为单用发电站。第12页,共26页，2024年2月25日，星期天第13页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪能发电方式按能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类机械式：

通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发电机发电的方式。采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式装置。随着波浪的起伏，齿条跟浮子一起升降，驱动与之啮合的左右两只齿轮作往复旋转。齿轮各自以棘轮机构与轴相连。齿条上升，左齿轮驱动其轴逆时针旋转，右齿轮则顺时针空转。通过后面一级齿轮的传动，驱动发电机顺时针旋转发电。机械式装置多是早期的设计，往往结构笨重，可靠性差，未获实用。第14页,共26页，2024年2月25日，星期天气动式：

通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再由气轮机驱动发电机发电。由于波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔，管内水面可看作静止不动的水面。内水面和气轮机之间是气室。当浮体带中心管随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸入空气。当浮体带中心管随波浪下降时，气室容积减小，受压空气将阀门关闭经气轮机排出，驱动冲动式气轮发电机组发电。这是单作用的装置，只在排气过程有气流功率输出。第15页,共26页，2024年2月25日，星期天振荡水柱气动式装置工作原理。它有两组吸气阀和两组排气阀，固定气室的内水位在波浪激励下升降，形成排气、吸气过程。四组吸、排气阀相应开启和关闭，使交变气流整流成单向气流通过冲动式气轮机，驱动发电机发电。这是双作用的装置，在吸、排气过程都有功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水接触，提高了可靠性。气动式装置在日本益田善雄发明的导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用。第16页,共26页，2024年2月25日，星期天液压式通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机发电的方式。波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。

聚焦波道装置已在挪威奥依加登岛250kW波浪能发电站成功的应用。这种装置有海水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功的波浪能发电装置之一。但对地形条件依赖性强，应用受到局限。

收缩斜坡聚焦波道式装置简图。波浪进入宽度逐渐变窄、底部逐渐抬高的收缩波道后，波高增大，海水翻过导波壁进入海水库，波浪能转换为海水位能，然后用低水头水轮发电机组发电。第17页,共26页，2024年2月25日，星期天

葡萄牙的“海蛇”海浪发电站第18页,共26页，2024年2月25日，星期天第19页,共26页，2024年2月25日，星期天英国研制的水莽波浪发电装置水蟒”工作原理非常简单：将“水蟒”安装在距离海岸1.6公里-3.2公里远、36米-91米深的水下，并系在海床上，同时使“水蟒”的橡胶管道内充满海水。这样每当有波浪经过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动，橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。随着波浪幅度的加大，脉冲也会越来越强，并汇集在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通过海底电缆传输出去。

第20页,共26页，2024年2月25日，星期天第21页,共26页，2024年2月25日，星期天我国发展现状我国波浪能源十分丰富，可利用率达1.3亿千瓦。中国科学院广东能源所从“六五”开始进行海洋波浪能研究。1984年研制成功“航标灯小型波浪发电装置”，“七五”、“八五”期间，又在珠海大万山建造了3千瓦、20千瓦岸式波浪力实验电站。我国首座岸式海洋波浪力发电工业示范电站“汕尾l00KW”岸式波力电站的正常运行，标志着我国海洋波浪力发电技术达到实用水平。2009年3月，我国第一座漂浮式海浪能发电站在浙江温州的海边开始建设，建成后年发电量可达10亿千瓦时、年收入达到5亿元。这意味着我国实现了海浪发电的技术突破。第22页,共26页，2024年2月25日，星期天波浪发电的局限性开发成本高，规模小，装置庞大造价昂贵，社会效益好但是经济效益差，投资回收期长可靠性差输出功率太小能量传输复杂由于波浪能的利用地点局限在海岸附近，还容易受到海洋灾害性气候的侵袭这些原因束缚了波浪能的大规模商业化开发利用和发展。第23页,共26页，2024年2月25日，星期天引起的环境问题小规模波浪发电装置可能不会引起太大的环境冲击，但是如果以后大规模的进行海浪发电，将会占用大面积的海面，而这必然会对海洋的生态系统产生冲击。如果在海面布置大量的发电装置，很可能对海洋生物造成危害，甚至会影响到海洋上正常商业航运。第24页,共26页，2024年2月25日，星期天发展前景目前，大规模波浪能发电的成本还难与常规能源发电竞争，但特殊