海洋波浪能發(fā)電的開發(fā)與展望

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1、海 洋 波 浪 能 發(fā) 電 的開 發(fā) 與 展 望 引 言 隨 著 世 界 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 、 人 口 的 激 增 、 社 會 的 進(jìn)步 ， 人 們 對 能 源 的 需 求 日 益 增 長 。 占 地 球 表 面積 7 0 的 廣 闊 海 洋 ， 集 中 了 9 7 的 水 量 ， 蘊 藏著 大 量 的 能 源 ， 其 中 包 括 波 浪 能 、 潮 汐 能 、 海流 能 、 溫 差 能 、 鹽 差 能 等 。 其 中 ， 波 浪 能 由 于開 發(fā) 過 程 中 對 環(huán) 境 影 響 最 小 且 以 機 械 能 的 形 式存 在 ， 是 品 位 最 高 的 海 洋 能 。 據(jù) 估 箅 ， 全 世

2、 界波 浪 能 的 理 論 估 算 值 為 109 kW量 級 ， 是 現(xiàn) 在 世界 發(fā) 電 量 的 數(shù) 百 倍 ， 有 著 廣 闊 的 商 前 景 ， 因 而也 是 各 國 海 洋 能 研 究 開 發(fā) 的 重 點 。 波 浪 能 波 浪 是 以 動 能 形 式 表 現(xiàn) 的 海 洋 能 之 一 ， 來源 于 空 氣 和 水 表 面 溫 度 的 不 一 致 ， 太 陽 的熱 量 導(dǎo) 致 空 氣 溫 度 上 升 ， 而 空 氣 溫 度 的 上升 產(chǎn) 生 了 風(fēng) 。 由 海 上 的 風(fēng) 推 動 海 水 ， 風(fēng) 與海 面 作 用 產(chǎn) 生 波 浪 ， 水 面 上 的 大 小 波 浪 交替 ， 有 規(guī) 律

3、 地 順 風(fēng) 滾 動 著 。 波 浪 能 發(fā) 電 是以 波 浪 的 能 量 為 動 力 生 產(chǎn) 電 能 。 波 浪 能 的 特 點 波 浪 能 是 一 種 密 度 低 、 不 穩(wěn) 定 、 無 污染 、 可 再 生 、 儲 量 大 、 分 布 廣 、 利 用 難 的能 源 。 波 浪 能 利 用 波 浪 發(fā) 電 是 波 浪 能 利 用 的 主 要 方 式 ， 此 外 ，波 浪 能 還 可 以 用 于 抽 水 、 供 熱 、 海 水 淡 化以 及 制 氫 等 。 波 浪 能 利 用 裝 置 的 種 類 繁 多 ，有 關(guān) 波 能 裝 置 的 發(fā) 明 專 利 超 過 千 項 ， 獲 得專 利 證 書

4、的 也 達(dá) 數(shù) 百 件 。 波 浪 能 利 用 被 稱為 “ 發(fā) 明 家 的 樂 園 ” 。 波 浪 能 的 轉(zhuǎn) 換 波 浪 能 的 轉(zhuǎn) 換 一 般 有 三 級 。 第 一 級 為 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 來 。 第 二 級 為 中 間 轉(zhuǎn)換 ， 即 能 量 的 傳 遞 過 程 ， 包 括 機 械 傳 動 、低 壓 水 力 傳 動 、 高 壓 液 壓 傳 動 、 氣 動 傳 動 ， 使 波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 為 有 用 的 機 械 能 。 第 三 級 轉(zhuǎn)換 又 稱 最 終 轉(zhuǎn) 換 ， 即 由 機 械 能 通

5、過 發(fā) 電 機轉(zhuǎn) 換 為 電 能 。 發(fā) 電 原 理 主 要 是 將 波 浪 力 轉(zhuǎn) 換 為 壓 縮 空 氣 來 驅(qū) 動 空氣 透 平 發(fā) 電 機 發(fā) 電 。 當(dāng) 波 浪 上 升 時 將 空 氣室 中 的 空 氣 頂 上 去 ， 被 壓 空 氣 穿 過 正 壓 水閥 室 進(jìn) 入 正 壓 氣 缸 并 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 軸 伸 端 上的 空 氣 透 平 使 發(fā) 電 機 發(fā) 電 ， 當(dāng) 波 浪 落 下 時 ，空 氣 室 內(nèi) 形 成 負(fù) 壓 ， 使 大 氣 中 的 空 氣 被 吸入 氣 缸 并 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 另 一 軸 伸 端 上 的 空 氣透 平 使 發(fā) 電 機 發(fā) 電 ， 其 旋 轉(zhuǎn) 方

6、向 不 變 。 波 浪 能 發(fā) 電 波 浪 發(fā) 電 的 要 求 波 浪 發(fā) 電 要 求 輸 人 的 能 量 穩(wěn) 定 ， 必 須 有 一系 列 穩(wěn) 速 、 穩(wěn) 壓 和 蓄 能 等 技 術(shù) 來 確 保 ， 它同 常 規(guī) 發(fā) 電 相 比 有 著 特 殊 的 要 求 。 利 用 波浪 發(fā) 電 ， 必 須 在 海 上 建 造 浮 體 ， 并 解 決 海底 輸 電 問 題 ； 在 海 岸 處 需 要 建 造 特 殊 的 水工 建 筑 物 ， 以 利 收 集 海 浪 和 安 裝 發(fā) 電 設(shè) 備 。波 浪 電 站 與 海 水 相 關(guān) ， 各 種 裝 置 均 應(yīng) 考 慮海 水 腐 蝕 、 海 生 物 附 著 和

7、 抗 御 海 上 風(fēng) 暴 等工 程 問 題 ， 以 適 應(yīng) 海 洋 環(huán) 境 。 波 浪 發(fā) 電 站 示 意 圖 波 浪 能 供 電 的 燈 光 浮 標(biāo) 值 得 一 提 的 是 ， 若 在 海 岸 邊 排 列 幾 艘 大 型 的 波浪 能 發(fā) 電 裝 置 ， 不 僅 可 利 用 波 浪 能 發(fā) 電 ， 做 成移 動 式 發(fā) 電 站 ， 還 可 將 它 們 當(dāng) 做 防 波 堤 ， 起 到消 波 作 用 ， 移 動 電 站 還 具 有 靈 活 的 戰(zhàn) 備 作 用 ，戰(zhàn) 時 可 作 為 單 用 發(fā) 電 站 。 波 浪 能 發(fā) 電 方 式 按 能 量 中 間 轉(zhuǎn) 換 環(huán) 節(jié) 主 要 分 為 機械 式 、

8、 氣 動 式 和 液 壓 式 三 大 類 機 械 式 ： 通 過 某 種 傳 動 機 構(gòu) 實 現(xiàn) 波 浪 能 從 往 復(fù) 運 動 到 單 向 旋 轉(zhuǎn) 運動 的 傳 遞 來 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 發(fā) 電 的 方 式 。采 用 齒 條 、 齒 輪 和 棘 輪 機 構(gòu) 的 機 械 式裝 置 。 隨 著 波 浪 的 起 伏 ， 齒 條 跟 浮 子一 起 升 降 ， 驅(qū) 動 與 之 嚙 合 的 左 右 兩 只齒 輪 作 往 復(fù) 旋 轉(zhuǎn) 。 齒 輪 各 自 以 棘 輪 機構(gòu) 與 軸 相 連 。 齒 條 上 升 ， 左 齒 輪 驅(qū) 動其 軸 逆 時 針 旋 轉(zhuǎn) ， 右 齒 輪 則 順 時 針 空轉(zhuǎn) 。 通 過

9、 后 面 一 級 齒 輪 的 傳 動 ， 驅(qū) 動發(fā) 電 機 順 時 針 旋 轉(zhuǎn) 發(fā) 電 。 機 械 式 裝 置多 是 早 期 的 設(shè) 計 ， 往 往 結(jié) 構(gòu) 笨 重 ， 可 靠 性 差 ， 未 獲 實 用 。 氣 動 式 ： 通 過 氣 室 、 氣 袋 等 泵 氣 裝 置 將 波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 成 空 氣 能 ， 再由 氣 輪 機 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 發(fā) 電 。 由 于 波 浪 運 動 的 表 面 性 和 較 長 的 中 心 管 的 阻 隔 ， 管 內(nèi) 水面 可 看 作 靜 止 不 動 的 水 面 。 內(nèi) 水 面 和 氣 輪 機 之 間 是 氣 室 。當(dāng) 浮 體 帶 中 心 管 隨 波 浪

10、上 升 時 ， 氣 室 容 積 增 大 ， 經(jīng) 閥 門 吸入 空 氣 。 當(dāng) 浮 體 帶 中 心 管 隨 波 浪 下 降 時 ， 氣 室 容 積 減 小 ，受 壓 空 氣 將 閥 門 關(guān) 閉 經(jīng) 氣 輪 機 排 出 ， 驅(qū) 動 沖 動 式 氣 輪 發(fā) 電機 組 發(fā) 電 。 這 是 單 作 用 的 裝 置 ， 只 在 排 氣 過 程 有 氣 流 功 率輸 出 。 振 蕩 水 柱 氣 動 式 裝 置 工 作 原 理 。 它 有 兩 組 吸 氣 閥 和 兩 組 排 氣 閥 ， 固 定 氣 室 的 內(nèi) 水 位 在 波浪 激 勵 下 升 降 ， 形 成 排 氣 、 吸 氣 過 程 。 四 組 吸 、 排

11、 氣 閥 相應(yīng) 開 啟 和 關(guān) 閉 ， 使 交 變 氣 流 整 流 成 單 向 氣 流 通 過 沖 動 式 氣輪 機 ， 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 發(fā) 電 。 這 是 雙 作 用 的 裝 置 ， 在 吸 、 排 氣過 程 都 有 功 率 輸 出 。 氣 動 式 裝 置 使 緩 慢 的 波 浪 運 動 轉(zhuǎn) 換 為氣 輪 機 的 高 速 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 機 組 縮 小 ， 且 主 要 部 件 不 和 海 水接 觸 ， 提 高 了 可 靠 性 。 氣 動 式 裝 置 在 日 本 益 田 善 雄 發(fā) 明 的導(dǎo) 航 燈 浮 標(biāo) 用 波 浪 能 發(fā) 電 裝 置 上 獲 得 成 功 的 應(yīng) 用 。 液 壓 式

12、 通 過 某 種 泵 液 裝 置 將 波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 為 液 體 (油 或 海 水 )的 壓 能 或 位 能 ， 再 由 油 壓馬 達(dá) 或 水 輪 機 驅(qū) 動 發(fā) 電 機 發(fā) 電 的 方 式 。 波 浪 運 動 產(chǎn) 生 的 流 體 動 壓 力 和 靜 壓 力 使 靠 近 鴨 嘴 的 浮 動 前 體 升 沉 并 繞相 對 固 定 的 回 轉(zhuǎn) 軸 往 復(fù) 旋 轉(zhuǎn) ， 驅(qū) 動 油 壓 泵 工 作 ， 將 波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 為 油 的 壓能 ， 經(jīng) 油 壓 系 統(tǒng) 輸 送 ， 再 驅(qū) 動 油 壓 發(fā) 電 機 組 發(fā) 電 。 點 頭 鴨 裝 置 有 較 高 的波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 效 率 ， 但 結(jié)

13、 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 海 上 工 作 安 全 性 差 ， 未 獲 實 用 。 聚 焦 波 道 裝 置 已 在 挪 威 奧 依 加 登 島2 5 0 kW波 浪 能 發(fā) 電 站 成 功 的 應(yīng) 用 。 這 種裝 置 有 海 水 庫 儲 能 ， 可 實 現(xiàn) 較 穩(wěn) 定 和 便于 調(diào) 控 的 電 能 輸 出 ， 是 迄 今 最 成 功 的 波 浪 能 發(fā) 電 裝 置 之 一 。 但 對 地 形 條 件 依賴 性 強 ， 應(yīng) 用 受 到 局 限 。 收 縮 斜 坡 聚 焦 波 道 式 裝 置 簡 圖 。 波 浪進(jìn) 入 寬 度 逐 漸 變 窄 、 底 部 逐 漸 抬 高 的 收縮 波 道 后 ， 波 高 增

14、 大 ， 海 水 翻 過 導(dǎo) 波 壁進(jìn) 入 海 水 庫 ， 波 浪 能 轉(zhuǎn) 換 為 海 水 位 能 ，然 后 用 低 水 頭 水 輪 發(fā) 電 機 組 發(fā) 電 。 葡 萄 牙 的 “海 蛇 ”海 浪 發(fā) 電 站 英 國 研 制 的 水 莽 波 浪 發(fā) 電 裝 置水 蟒 ” 工 作 原 理 非 常 簡 單 ： 將 “ 水 蟒 ” 安 裝在 距 離 海 岸 1 .6 公 里 -3 .2 公 里 遠(yuǎn) 、 3 6 米 -9 1 米深 的 水 下 ， 并 系 在 海 床 上 ， 同 時 使 “ 水 蟒 ” 的 橡 膠 管 道 內(nèi) 充 滿 海 水 。 這 樣 每 當(dāng) 有 波 浪 經(jīng)過 時 ， 彈 性 極 強

15、 的 橡 膠 管 就 會 隨 之 上 下 擺 動 ，橡 膠 管 內(nèi) 部 就 會 產(chǎn) 生 一 股 水 流 脈 沖 。 隨 著 波浪 幅 度 的 加 大 ， 脈 沖 也 會 越 來 越 強 ， 并 匯 集在 尾 部 的 發(fā) 電 機 中 ， 最 終 產(chǎn) 生 電 能 ， 然 后 通過 海 底 電 纜 傳 輸 出 去 。 我 國 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 我 國 波 浪 能 源 十 分 豐 富 ， 可 利 用 率 達(dá) 1 .3 億 千 瓦 。中 國 科 學(xué) 院 廣 東 能 源 所 從 “ 六 五 ” 開 始 進(jìn) 行 海 洋波 浪 能 研 究 。 1 9 8 4 年 研 制 成 功 “ 航 標(biāo) 燈 小 型 波 浪發(fā)

16、 電 裝 置 ” ， “ 七 五 ” 、 “ 八 五 ” 期 間 ， 又 在 珠海 大 萬 山 建 造 了 3 千 瓦 、 2 0 千 瓦 岸 式 波 浪 力 實 驗 電站 。 我 國 首 座 岸 式 海 洋 波 浪 力 發(fā) 電 工 業(yè) 示 范 電 站“ 汕 尾 l0 0 KW” 岸 式 波 力 電 站 的 正 常 運 行 ， 標(biāo) 志 著我 國 海 洋 波 浪 力 發(fā) 電 技 術(shù) 達(dá) 到 實 用 水 平 。 2 0 0 9 年 3月 ， 我 國 第 一 座 漂 浮 式 海 浪 能 發(fā) 電 站 在 浙 江 溫 州的 海 邊 開 始 建 設(shè) ， 建 成 后 年 發(fā) 電 量 可 達(dá) 1 0 億 千

17、瓦時 、 年 收 入 達(dá) 到 5 億 元 。 這 意 味 著 我 國 實 現(xiàn) 了 海 浪發(fā) 電 的 技 術(shù) 突 破 。 波 浪 發(fā) 電 的 局 限 性 開 發(fā) 成 本 高 ， 規(guī) 模 小 ， 裝 置 龐 大 造 價 昂 貴 ， 社 會 效 益 好 但 是 經(jīng) 濟 效 益 差 ， 投 資 回收 期 長 可 靠 性 差 輸 出 功 率 太 小 能 量 傳 輸 復(fù) 雜 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(zāi) 害 性 氣 候 的 侵 襲這 些 原 因 束 縛 了 波 浪 能 的 大 規(guī) 模 商 業(yè) 化 開 發(fā)利 用 和 發(fā) 展 。 引 起

18、的 環(huán) 境 問 題 小 規(guī) 模 波 浪 發(fā) 電 裝 置 可 能 不 會 引 起 太 大 的環(huán) 境 沖 擊 ， 但 是 如 果 以 后 大 規(guī) 模 的 進(jìn) 行 海浪 發(fā) 電 ， 將 會 占 用 大 面 積 的 海 面 ， 而 這 必然 會 對 海 洋 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 沖 擊 。 如 果 在海 面 布 置 大 量 的 發(fā) 電 裝 置 ， 很 可 能 對 海 洋生 物 造 成 危 害 ， 甚 至 會 影 響 到 海 洋 上 正 常商 業(yè) 航 運 。 發(fā) 展 前 景 目 前 ， 大 規(guī) 模 波 浪 能 發(fā) 電 的 成 本 還 難 與 常規(guī) 能 源 發(fā) 電 競 爭 ， 但 特 殊 用 途 的 小 功 率 波浪 能 發(fā) 電 ， 已 在 導(dǎo) 航 燈 浮 標(biāo) 、 燈 樁 、 燈 塔等 上 獲 得 推 廣 應(yīng) 用 。 在 邊 遠(yuǎn) 海 島 ， 小 型 波浪 能 發(fā) 電 已 可 與 柴 油 發(fā) 電 機 組 發(fā) 電 競 爭 。預(yù) 計 隨 著 化 石 能 源 資 源 的 日 趨 枯 竭 ， 技 術(shù)的 進(jìn) 步 ， 波 浪 能 發(fā) 電 將 在 波 浪 能 豐 富 的 國家 逐 步 占 有 一 定 的 地 位 。 謝 謝 觀 看 ！ ！ ！