海洋波浪發(fā)電簡(jiǎn)介

1、海洋波浪發(fā)電簡(jiǎn)介摘要：文章從海洋波浪發(fā)電原理以及海洋波浪發(fā)電現(xiàn)狀和波浪發(fā)電遇到的問(wèn)題等方面敘述了海洋波浪發(fā)電的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：海洋波浪、波能、發(fā)電、能源1.前言地球表面積的71是海洋，而海洋是巨大的能源。太陽(yáng)注人地球表面的能量換算為電功率約為1013kW，而其中大約2/3是用來(lái)加熱海面表層的海水，使其與深水的溫差超過(guò)20°c以上。另外，由于地球和月球或太陽(yáng)之間相對(duì)的天體運(yùn)動(dòng)和相互作用而引起海洋的潮流、潮汐以及氣流等，并進(jìn)而引起波浪、波流等。海水的溫差、海洋的波浪、波流、潮汐、潮流等都是海洋能源，可用來(lái)發(fā)電。盡管它的特點(diǎn)是能量多變，而且密度較低，然而它確實(shí)是巨大的，而且是永恒的能源?？紤]

2、到地球環(huán)保和溫室效應(yīng)，為了取代排出廢氣較多的化石燃料發(fā)電，可再生的清潔的海洋能源便更加受到重視。2.海洋波浪發(fā)電由于地球和月球之間的作用，引起了潮流、潮汐、氣流等，并進(jìn)而引起波浪。波浪的動(dòng)力還來(lái)自海風(fēng)，可以說(shuō)波能的源泉就是太陽(yáng)能。2.1 海洋波浪發(fā)電原理由于波浪很不規(guī)則，只能采用經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理的數(shù)據(jù)，即波能的表達(dá)式如下：E =05·(H13)2·(Tl3)，kWm式中，H1/3和T1/3分別為有效波高(m)和有效波周期(s)，也是波高H 和波周期T 的算術(shù)平均值。英國(guó)蘇格蘭西北沿岸的平均波能 高達(dá)48kw/m。日本四季的平均波能約為l3kw/m(近海)和6kW/m(沿岸)。日

3、本的波能可滿足國(guó)內(nèi)能源總需求量的l/3。波力發(fā)電的原理主要是將波力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)波浪上升時(shí)便將空氣室中的空氣頂上去，被壓空氣穿過(guò)正壓水閥室進(jìn)入正壓氣缸，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)軸伸端上的空氣透平，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)波浪落下時(shí)，空氣室內(nèi)形成負(fù)壓，使大氣中的空氣被吸人氣缸，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)另一軸伸端上的空氣透平，使發(fā)電機(jī)發(fā)電，其旋轉(zhuǎn)方向不變。從中排出的空氣進(jìn)入負(fù)壓氣缸，再穿過(guò)負(fù)壓水閥室并到達(dá)負(fù)壓空氣室。由于正、負(fù)壓水閥室相當(dāng)于逆止閥的作用，正、負(fù)兩條回路互不干擾。用水閥作為逆止閥的原理是利用壓力差，壓力空氣只能單向通行。見(jiàn)圖1。圖1 波浪發(fā)電原理2.1.1振蕩水柱型波能難以直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

4、。因此，首先要使用擋板、浮筒等可動(dòng)物體或空氣室將波能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或空氣流，這種轉(zhuǎn)換裝置稱為 一次變換裝置 。進(jìn)一步再將轉(zhuǎn)換后的機(jī)械能或空氣流轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并發(fā)電的裝置，如透平發(fā)電機(jī)，可稱為“二次變換裝置”。上述一次及二次變換裝置與蓄能裝置、輸能裝置相組合，構(gòu)成波能利用(發(fā)電)系統(tǒng)。一次變換裝置型式較多，見(jiàn)表2。常見(jiàn)的多為振蕩水柱型(空氣室)，它在海面設(shè)置隱蔽的空氣室，在室上有孔， 根據(jù)液面射入原理，空氣室內(nèi)的水面隨波浪而上下，形成類似活塞式的運(yùn)動(dòng)，室內(nèi)的空氣也隨之被加壓或減壓， 并自室上的孔中流入流出，形成空氣流，推動(dòng)透平(二次變換裝)發(fā)電。這種波能利用裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)單， 機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分均在水

5、面以上，易保養(yǎng)維修，大浪時(shí)較安全。缺點(diǎn)是當(dāng)波高、波周 期偏離設(shè)計(jì)條件時(shí)將導(dǎo)致效率下降，并有噪音。 2.1.2擺式波能裝置擺式波能裝置是利用裝置的活動(dòng)部件，在波浪的推動(dòng)下，將其從波浪中吸收的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或勢(shì)能。這種波能裝置最先是由日本提出的，其方式是波浪的水室中形成立波，在立波的駐點(diǎn)處，水質(zhì)點(diǎn)做往返運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)在宏觀上，即水團(tuán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換成擺球的動(dòng)能，與擺軸相連的通常是液壓裝置，他將擺球的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓泵的動(dòng)能，再由液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。如圖3所示。3.海洋波浪發(fā)電現(xiàn)狀世界上波力發(fā)電設(shè)備開(kāi)發(fā)最早的國(guó)家是法國(guó)(19l0年)。后來(lái)英國(guó)、挪威、印度、日本等相繼開(kāi)發(fā)。英國(guó)波力發(fā)電的開(kāi)發(fā)目

6、標(biāo)是總?cè)萘繛?GW的設(shè)備，并使它與陸地電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)現(xiàn)已完成這個(gè)研究項(xiàng)目。英國(guó)的75kW 這種設(shè)備自l992年以來(lái)已營(yíng)業(yè)運(yùn)行至今。挪威的350kW 這種設(shè)備從1985年以來(lái)也已營(yíng)業(yè)運(yùn)行至今。挪威l984年投運(yùn)的500kW 和印度投運(yùn)的150kW 這種設(shè)備在完成驗(yàn)證試驗(yàn)以后現(xiàn)已停運(yùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。日本自1965年以來(lái)投運(yùn)了12臺(tái)這種設(shè)備，除了用于驗(yàn)證試驗(yàn)外，還有4臺(tái)作商業(yè)運(yùn)營(yíng)至今，其最大容量為130kW?，F(xiàn)在世界上已有2000多臺(tái)這種設(shè)備，最大的是500kW。世界上最新投運(yùn)的是日本東北電力公司原町火電站南部防波堤上裝設(shè)的l30kW 這種設(shè)備，1996年9月投運(yùn)以來(lái)成為日本當(dāng)前容量最大的這種設(shè)備。它的能

7、量轉(zhuǎn)換箱體長(zhǎng)20m、寬24m、高24m，屬于固定式防波堤型。最新投運(yùn)的另一套設(shè)備則屬于可動(dòng)式浮體型，1998年5月建造，7月投運(yùn)，位于日本三重縣度會(huì)郡南西町，長(zhǎng)50m、寬30m、高13m，很像個(gè)大鯨魚(yú)浮在水面上(該處水深40m)，其容量l20kw。圖4 印度波能發(fā)電裝置4. 海洋波浪發(fā)電趨勢(shì)當(dāng)前波力發(fā)電設(shè)備主要分2種：振動(dòng)型(波浪上下振動(dòng))和移動(dòng)型(波浪平移)。振動(dòng)型包括水柱型、浮體型、固定型、可動(dòng)型等4種；移動(dòng)型基本上就是一種低水頭發(fā)電站，此時(shí)利用大壩和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是水柱型，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)應(yīng)用了先進(jìn)的水閥室作為逆止閥，而以前常用風(fēng)門作為逆止閥，經(jīng)常受到反復(fù)沖擊，容易損壞。另一趨勢(shì)是

8、開(kāi)發(fā)固定式防波堤型，既便于建造，又能與防波堤結(jié)合，可以綜合利用。第三個(gè)趨勢(shì)是進(jìn)一步降低造價(jià)。當(dāng)今世界波力發(fā)電成本基本上接近于普通電價(jià)，出于競(jìng)爭(zhēng)，還應(yīng)繼續(xù)努力進(jìn)一步降低，主要是改進(jìn)設(shè)備。對(duì)于日本，波能存貯量高達(dá)50000MW ，而波力發(fā)電比普通電價(jià)高出數(shù)倍，在降價(jià)方面，任重道遠(yuǎn)。5.海洋波浪發(fā)電遇到的問(wèn)題雖然有很多很成熟的波浪發(fā)電裝置都是岸基裝置，但是不可否認(rèn)，波浪能的開(kāi)發(fā)正逐漸轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離近岸的深海區(qū)域。目前，國(guó)內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)將波浪發(fā)電設(shè)備的研制制定在遠(yuǎn)海區(qū)域環(huán)境條件下使用的基礎(chǔ)上了，以后的商業(yè)化海洋波浪發(fā)電會(huì)基于這些發(fā)電裝置。遠(yuǎn)海區(qū)域比起近海岸基區(qū)域蘊(yùn)藏著更多更豐富的波浪能資源，需要的設(shè)備

9、也相對(duì)簡(jiǎn)單。遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。首先，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低，可選取的區(qū)域廣，適合建大規(guī)模波浪發(fā)電場(chǎng)。例如，如果要建一個(gè)50MW的波浪發(fā)電場(chǎng)，岸基發(fā)電場(chǎng)選址就很困難，而且成本很高，但是，如果是在遠(yuǎn)海區(qū)域，則只需將發(fā)電裝置放在海上，而且可選取的區(qū)域也很廣。其次，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置單位發(fā)電效率較高，而且這些發(fā)電裝置的裝機(jī)容量一般也比岸基裝置高很多，這一優(yōu)點(diǎn)使其更適用于遠(yuǎn)距離輸電以及一些島嶼的用電。由于上述優(yōu)點(diǎn)，所以在2004至2008年問(wèn)新的波浪發(fā)電開(kāi)發(fā)當(dāng)中，岸基發(fā)電裝置的裝機(jī)容量只占其中的8，而遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的占58。但是，如果在遠(yuǎn)海區(qū)域進(jìn)行波浪發(fā)電需

10、要克服許多技術(shù)難點(diǎn)和惡劣的環(huán)境問(wèn)題。最大的問(wèn)題就是發(fā)電裝置的維護(hù)問(wèn)題，在這一點(diǎn)上，岸基的發(fā)電裝置相對(duì)遠(yuǎn)海的發(fā)電裝置就有著巨大優(yōu)勢(shì)。所以，如何研制出一種可靠性和可行性并存的裝置是解決遠(yuǎn)海區(qū)域發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。5.1由波浪發(fā)電裝置引起的環(huán)境問(wèn)題波浪能具有非?？捎^的應(yīng)用前景，能夠減少人們對(duì)化石燃料的依賴性，但是，我們也要在關(guān)心波浪能開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)關(guān)注它對(duì)環(huán)境的影響。對(duì)于環(huán)境問(wèn)題的考慮，歐洲各國(guó)早在2006年的歐洲海洋能合作企劃書(shū)中就已提到，所以這也是我們將來(lái)要發(fā)展波浪發(fā)電必須關(guān)心的問(wèn)題。小規(guī)模波浪發(fā)電裝置可能不會(huì)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(huì)占用大面積的海面，而這必然會(huì)對(duì)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(duì)海洋生物造成危害，甚至?xí)绊懙胶Ｑ笊险Ｉ虡I(yè)航運(yùn)。6.小結(jié)對(duì)于可再生能源來(lái)說(shuō)，高效轉(zhuǎn)換技術(shù)是研究的難點(diǎn)，由于波浪的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)常處于非設(shè)計(jì)工況，因此提高波能利用率，降低波能發(fā)電的成本始終是波能研究的目標(biāo)。同時(shí)，多元化和綜合利用是波能發(fā)展的另一新動(dòng)向，結(jié)合防波堤、沿海牧場(chǎng)等設(shè)施建造波力電站，為波能利用開(kāi)創(chuàng)新途徑，并大大降低波浪發(fā)電的成本。國(guó)外近年來(lái)在這方面的研究較為活躍，應(yīng)當(dāng)引起了很大的重視。同時(shí)，在海浪發(fā)電所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境方面的問(wèn)題也要給予足夠的重視。隨著經(jīng)濟(jì)