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一种浮力摆式海洋波浪能发电装置设计文献综述

 2020-04-30 16:11:53  

1.目的及意义


辽阔的海洋蕴含着巨大的能量,在涨潮落潮的潮汐以及海浪过程中就蕴含着大量的动能,如果将这些动能转变为电能将为人类提供充足的能源。波浪力是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪力具有能量密度高、分布面广等优点,是一种可再生清洁能源。而波浪发电是利用波浪力的主要方式。

波浪力是海洋能利用研究中近期研究最多、政府投资项目最多和最重视的一种能源。目前,波浪力开发利用技术趋于成熟,已进入商业发展阶段,将向规模利用和独立稳定发电方向发展。波浪发电是波浪力利用的主要方式,可以为边远海和海上设施提供清洁能源。

自20世纪70年代世界石油危机以来,各国不断投入大量资金人力开展波浪力开发利用的研究,并取得了较大的进展。日、英、美、澳等国家都研制出应用波浪发电的装置,并应用于波浪发电中。我国对波浪力的研究、利用起步较晚,目前我国东南沿海福建、广东等地区已在试验一些波浪发电装置。

摆式波浪力发电装置发电原理为利用摆在波浪力的作用下作往复摆动从而捕获波浪力量,通过与摆相连的机械结构或液压系统转换将摆的动能和势能转换为机械能或液压能,进而转换为电能。

日本的度部富治教授最早提出了摆式波浪力发电技术的概念,见图。日本室兰工业大学于1983年建造了世界上首台悬挂摆式波浪力发电装置,其装机容量为5KW。

英国的Aquamarine Power公司和女王大学合作研发的Oyster装置是目前最为成功的浮力摆装置,Oyster的设计工作水深10~15m,离岸约500m,浮力摆铰接于位于海底的基础上,顶部露出平均水面。装机功率315 kW的第一代Oyster装置(下图左)于2009年开始海试(摆宽18m,高12m),已累计运行6000多小时。目前,AquamarinePower公司正在开发总装机功率2.4MW的大型波浪力电站,拟建3座装机功率800kW的第二代Oyster装置 (摆宽26m,高12m),项目建成后将能满足2000多户居民的用电需求。

根据调查和统计,我国沿岸波浪力资源理论平均功率为1285.22万千瓦,这些资源在沿岸的分布很不均匀。以台湾省沿岸为最多,为429万千瓦,占全国总量的1/3。其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也较多,在160~205万千瓦之间,约为706万千瓦,约占全国总量的55%,其他省市沿岸则很少,仅在143~56万千瓦之间。广西沿岸最少,仅8.1万千瓦。 全国沿岸波浪力源密度(波浪在单位时间通过单位波峰的能量,单位千瓦/米)分布,以浙江中部,台湾,福建省海坛岛以北,渤海海峡为最高,达 5.11~7.73千瓦/米。

这些海区平均波高大于1米,周期多大于5秒,是我国沿岸波浪力能流密度较高,资源蕴藏量最丰富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南部。福建南部和山东半岛南岸等能源密度也较高,资源也较丰富。其他地区波浪力能流密度较低,资源蕴藏也较少。根据波浪力能流密度及其变化和开发利用的自然环境条件,应首选浙江、福建沿岸作为重点开发利用地区,其次是广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。也可以选择条件较好的地区,如峡山岛、南鹿岛、大骰山、云澳、表角、遮浪等处。这些地区具有能量密度高、季节变化小、平均潮差小、近岸水较深、均为基岩海岸;岸滩较窄,坡度较大等优越条件,是波浪力源开发利用的理想地点,应作为优先开发的地区。

日本的度部富治教授最早提出了摆式波浪力发电技术的概念,见图。日本室兰工业大学于1983年建造了世界上首台悬挂摆式波浪力发电装置,其装机容量为5KW。

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