新能源发电技术 电子课件 7.2 波浪能发电

7.2波浪能发电技术任课老师：2018年06月目录Contents波浪能概述波浪能发电原理波浪能发电技术形式7.2.17.2.27.2.3目录Contents波浪能概述波浪能发电原理波浪能发电技术形式7.2.17.2.27.2.37.2.1波浪能概述1、波浪能成因主要原因：海风吹过海面时，形成波浪，此时，风能被转化为海水动能，并以波浪形式表现。其他原因：包括天体引力、海底地震、大气压力变化等因素，都会引起海水的波动天体引力海底地震大气压力变化7.2.1波浪能概述2、波浪能发展历史波契克斯·普莱西克建造了第一座振荡水柱式波浪能发电装置1910年益田山雄发明了利用波浪能发电的导航灯浮标1964年英国教授索尔特发明了“鸭式”波浪能发电装置1970年英国建造功率75kW的振荡水柱式波浪能电站1992年上述电站改建为500kW岸式波浪能电站2000年7.2.1波浪能概述我国海岸线长达两万多公里，可供开发和利用的波浪能资源极其丰富。3、我国波浪能资源7.2.1波浪能概述能量密度高潜在能源总量大无污染可再生波浪能发电技术发电量受环境的影响较大波浪能量的收集难度较大极不稳定优点缺点目录Contents波浪能概述波浪能发电原理波浪能发电技术形式7.2.17.2.27.2.37.2.2波浪能发电原理2转子旋转动能空气动能波浪能电能重力势能浮子动能波浪能发电：能量转换过程第一阶段转换是重点，是波浪能发电技术的核心,是区分不同波浪能发电技术的标志。空气动能：震荡水柱式重力势能：振荡浮子式浮子动能：越浪式①②③7.2.2.1海洋波浪的形成机理及性质3波浪形成一定的规模，风将在波浪的迎风面作用一个更大的力，使波浪进一步生长。1吹拂海面的风形成一个水面切线压力，从而产生波浪并持续增强。2大气湍流产生压力和剪应力波动，若剪应力波动于波浪相同，则产生更多的波浪。1、波浪的形成机理：

7.2.2.1海洋波浪的形成机理及性质表面张力波引力波惯性波重力波

7.2.2.1海洋波浪的形成机理及性质3、波浪的特性实验发现：在特定的角频率附近，海浪具有一个能量集中的极值点。设计一个合适的机械系统，可以吸收海浪中的大部分能量，即可以利用波浪能驱动一个机械系统。日本室兰测试点实测海洋功率谱7.2.2.2波浪能吸收原理弹簧质量块阻尼器激励力海洋波浪能吸收器力学模型系统固有频率：

共振：当激励频率与系统的固有频率相同时，质量块的振动最为剧烈，达到最大振幅，阻尼器吸收的能量也为最大。当波浪频率与波浪能吸收装置的固有频率相同时发生共振，波浪能吸收装置的能量转换效率最高。

1、波浪形成机理法——分别计算、叠加求和第n个波浪的功率：其中：代入、并叠加求和。7.2.2.3波浪功率的计算

2、功率谱的经验拟合算法：能量谱方程：波浪总功率：代入，得：可以发现：波浪总功率与有效波高的平方和有效波周期成正比。

7.2.2.3波浪功率的计算

7.2.2.4波浪能发电系统波浪能波浪能吸收装置能量集中装置发电装置电能吸收波浪动能集中能量吸收器收集的能量，推动发电机转子高速旋转自动化控制设备目录Contents波浪能概述波浪能发电原理波浪能发电技术形式7.2.17.2.27.2.37.2.3波浪能发电技术形式波浪能转换技术振荡水柱式（空气动能）振荡浮子式（浮子动能）鸭式摆式筏式越浪式（重力势能）目前主流的波浪能发电技术形式：1、原理振荡水柱式（OWC、空气涡轮式发电装置）：利用波浪驱动气室内的水柱往复运动，再通过水柱推动气室内的空气进入空气叶轮机旋转，得到旋转动能，进而推动发电装置进行发电。7.2.3.1振荡水柱式波浪能发电原理及装置2、结构示意图

通过海浪波峰波谷的交替到达，形成气室内上下振荡的水柱，并带动空气进行往复运动水平出入气流

多用于：靠岸的固定式和波浪能发电电站竖直出入气流多用于航标灯和发电船7.2.3.1振荡水柱式波浪能发电原理及装置水平出入竖直出入3、应用实例7.2.3.1振荡水柱式波浪能发电原理及装置苏格兰艾拉岛OWC发电装置1990年建造75kW世界第一台振荡水柱式波浪能电站LIMPET5002000年由上述电站改建岸式振荡水柱式波浪能发电装置功率500kW，电力可供400户居民使用1、原理振荡浮子式波浪能发电装置：利用波浪推动装置的活动部分的往复运动，推动机械系统或液压系统，转换为发电机转子的动能，并最终转换为电能。7.2.3.2振荡浮子式波浪能发电原理及装置2、结构示意图7.2.3.2振荡浮子式波浪能发电原理及装置振荡浮子式波浪能发电装置结构示意图能量转化过程：当海浪的波峰到达浮子时，浮子向上漂浮，波浪能转变为浮子动能；浮子牵引链条移动，并通过链轮带动发电机转子转动，浮子动能转换为转子的动能；发电机将转子动能转换成电能；当波谷到达时，浮子由于自身重力下降，牵引链条反向移动。不同的浮子设计：鸭式、摆式、筏式（1）振荡浮子式：鸭式原理：工作状态下，表层波浪的冲击力大于内部水的冲击力，使得鸭体产生一上一下的“点头”动作，鸭体的起伏摇摆带动连杆，推动液压缸内的传动油，将运动传递给液压马达旋转，再带动发电机发电。1-鸭体2-转轴3-连杆4-液压缸5-液压传动油漂浮式半漂浮式发电装置安装位置7.2.3.2振荡浮子式波浪能发电原理及装置（2）振荡浮子式：摆式7.2.3.2振荡浮子式波浪能发电原理及装置原理：波浪进入水室后，由于后墙的阻挡和反射作用，产生两个方向相反的波浪，摆板在海水推动下进行往复摆动，带动液压系统和液压泵，将能量传至发电机发电。悬挂摆浮力摆摆板布置方式原理：由于海浪的不断波动，阀体之间的夹角也不断变化，从而将波浪能转换为筏体的动能，再转换为铰链内部液压系统的液压能，最终转换为电能。（3）振荡浮子式：筏式7.2.3.2振荡浮子式波浪能发电原理及装置“海蛇”（Pelamis）号筏式波浪能发电系统铰链内液压系统1、原理利用人造或自然形成的水池，将传播至水池的波浪聚集于坡道，海水越过坡道后进入蓄水池，在重力作用下，水的势能转换为动能，最后利用低水头轴流式涡轮发电机，实现动能向电能的转换。7.2.3.3越浪式波浪能发电原理及装置2、结构示意图7.2.3.3越浪式波浪能发电丹麦开发主体的结构由两个引浪坡道和混凝土结构的水池组成。固定式漂浮式发电装置安装位置在该装置的引浪面前的坡道上