“跷跷板”型浮式波浪能发电装置研究文献综述
2020-05-01 08:42:01
我们在享受人类社会发展成果的同时,对传统石能源如石油、天然气和煤炭的过度开发利用,带来了很多能源枯竭、环境污染等问题,开发新能源成了迫在眉睫的任务。最近几年,世界各国都在着力于可再生的清洁能源的开发,所以太阳能、生物能、地热能、风能、海洋能、及其他可再生能源的开发利用成为当今
世界各国的研究重点。
其中海洋能包括潮汐能、海流能、波浪能、盐差能和温差能等。波浪能指的是海洋表面波浪所具有的势能和动能。它在海洋中蕴藏最为丰富,也是海洋能利用和研究的重点能源。它主要是由海洋上的风能转化而来,而风能又来源于太阳能,因此波浪能是一种可再生的绿色无污染能源。并且它在全球的储备可观,可谓用之不竭、取之不尽,并且具有资源分布广泛,能源流密度大等优点。在2006年国际能源署公布了一项统计表明,在全球范围内可开发的波浪能约为80000TWh/a,是海洋能总资源的86%,超出全球一年电产量的3倍左右,单位面积内可利用的波浪能约为风能或太阳能的15~20倍[1]。我国拥有 2 万千米的海岸线,波浪能资源蕴藏量比较丰富,根据“908”近海可再生能源专项调查与评价结果显示,我国近海离岸20km的波浪能蕴藏量丰富,达到了1599.52万kW,具有广阔的开发和利用前景[2]。若能充分利用波浪能将会对解决全球能源危机、环境污染具有重要意义。
目前现有的波浪能发电的几种典型形式
1、点吸收式波浪能发电装置又被称为振荡浮子式 , 是一种这几年国内外发展十分迅速且技术日渐成熟的波能转换装置。通过漂浮在海面上的浮子在波浪作用下上下相对运动来吸收波浪产生的机械能,然后利用放置在岸上的机械装置以及液压装置来将机械能转化为工作介质(液压油为主)的能量进而最终驱动液压马达进行发电。振荡浮子式的波浪能发电装置的优点主要在于其投放点选择灵活并 能够适应不同深度海域的设计要求,而且其简单有效的机械结构使得建造与实施难度相对较低,装置利于小型化和规模化推广使用,具有较高的商业经济与实际应用价值。缺点是浮子在长时间的波浪冲击作用下极易发生损坏,需要人力物力 来进行维护 [3]。
2、鸭式波浪能发电装置,其工作原理为:整体结构呈一种不倒翁式的形式,在 海面上鸭式波浪能装置的迎浪面会随着海浪前后摇摆,而内部的机械铰链结构在被带动的同时就实现了波浪能向液压能的转换,结构形式简单使得能量转换全过程耗散较低而转换效率较高。不足之处是抗风浪能力有待提高,其前端较小后端较大的鸭蛋型几何形状导致其抗浪性差 ,在恶劣海况下无法抵抗波浪的侵袭破坏。
3、收缩波道式波浪能发电装置。收缩波道技术是根据波浪在斜坡汇聚爬升的特点,利用大开口逐渐收缩的波浪通道来转换波浪能并以水的重力势能的形 式储存下来。与波浪相连面向大海的通道开口较宽,而后不断收缩变窄通向建在较高地势的水库。波浪在前进运动到通道附近时最大高度会随着通道的上升而不断变大,并最终越过水库外围储存在水库当中。这种形式的通道相当于整合了能 量三级转换过程中的俘能装置和中间转换系统。这种波浪能发电装置的高位蓄水库与海平面水位差可以达到3~8m,这祥便能够利用水力发电中常用的水轮机组进行发电。这种转换方法的 点在于:整个过程仅仅通过海水而不依赖于第二介质,波浪能的转换也没有其他的机械活动部件,可靠性良好且维护费用低、发 电功率稳定。缺点在于建造这种类型波浪能发电站对地形要求比较严格,不宜大规模推广[4]。
4、 摆式波浪能发电装置的基本原理是通过摆体即装置的俘能部分在波浪作用下绕转动轴的规律性摆动,来实现波浪能向机械能的转化。之后再通过安装在轴上的液压装置来实现机械能到液压能的转换,进而驱动发电机发电。由于转动轴的位置有所不同,主要将摆式波浪能发电装置分为浮力摆式和悬挂摆式,这两种形式各有利弊但基本的原理是相同的。其中技术最为成熟的结构形式为悬挂摆式波浪能发电装置,因为它比较适合波浪大推力 、低频不稳定的本质特性所以能量转换效率较高,但其有待改进的地方在于装置内部的机械部件和液压部件的维护和保养难度较大,维修成本较高[5][6]。
5、筏式波浪能发电装置,这种装置的特点主要体现在整体结构由若干的筏体铰接在一起漂浮在海面上,在波浪环境下筏体之间产生相对转动从而推动位于铰接轴处的液压装置,实现向机械能向液压能的转化。筏式波浪能装置一般情况下由于单位价值材料所转化的能量比较小,所以实物的尺寸相比其他类型的波浪能发电装置而言较大。由于筏体之间的运动主要以角位移的形式,这就使得其可以在极端复杂的波浪环境下正常工作,耐波能力很强[7]。
国外波浪能发电装置研究: