海浪发电的现状及前景展望.pdf

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1、万方数据海浪发电的现状及前景展望焦永芳，刘寅立(天津科技大学理学院，天津300222)摘要：海洋波浪能作为一种清洁、可再生能源而备受重视。文章针对海浪发电技术的基本原理以及多级能量转换进行了概述，介绍了国内外海浪发电技术的进展状况及主要发电装置，分析了波浪能利用理论和实践研究的发展方向。关键词：海浪发电；波能转换；新能源；发电技术；波浪能中图分类号：P743文献标识码：A文章编号：1009—2374(2010)12-0089-02随着科学技术的发展和现代化进程的加快，人类对能源的需求与日俱增，造成一次能源消耗直线上升并且在不久的将来被用尽。因此人

2、们把目光纷纷投向地球上最大的能源库——海洋，海洋能源是一种不污染环境的清洁能源，而且是可再生能源，取之不尽、用之不竭。世界各国竞相研究如何利用海洋高科技技术开发蕴藏在深海中的多种资源和能源。其中，利用海洋波浪能发电是当前开发海洋资源的重要方式之一。利用波浪发电可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源．此外，还可以利用波浪能提供的动力进行海水淡化、从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。随着波能发电技术的日渐成熟还可以使波浪能代替部分常规能源，对于缓解世界所面临的能源紧缺、温室效应和环境污染等都将有着重要的经济社会意义。一、波浪能与波能转换海浪的产

3、生主要由于风力，而归根结蒂源于太阳能。起风时，平静的水面在摩擦力的作用下便会出现水波．随着风速增大，波峰随之增大，相邻两波峰之间的距离也逐渐增大，当风速继续增大到一定程度时，波顶会发生破碎，这时就形成了波浪。海浪能以海洋表面波浪所蕴含的动能与势能形式存在，水质点绕其轨迹中心运动，具有动能；同时，在重力作用下。相对于平衡位置有高低变化．因而具有位能。对于简谐波。单位面积内的平均动能和平均动能相等，进行波单位面积内波的总能量为：万=E—p幔=丢彬2实际上海洋波浪是复杂的不规则波，波浪功率的大小还与风速、风向、流速等很多因素有关，近年来采用了波谱的概念

4、．把波浪看成是由许多振幅和频率不等且初相位杂乱的简谐波的叠加，不同海域有不同的波谱，能谱包括频率为零至无限大的各组成波，但谱的显著部分集中于一段频率范围内，波能转换装置为了最大限度地吸收波能，在设计上就必须适应该特定海域的波谱。波能转换就是将波浪能通过一定方法转换成有用动力。一般来说，转换波浪发电装置大都可看作为一个包括三级能量转换的系统。一级能量转换机构直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中问介质的动能与压能等；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等；三级能量转换将

5、旋转机械的动能通过发电机转换成电能。其中波能发电的关键技术在于装置系对波浪能的有效吸收．目前研究最多、最有前途的三种装置为：振荡水柱波能装置、摆式波能装置、聚波水库波能装置。振荡水柱渡能装置以空气作为转换的介质，其一级能量转换机构为气室，气室的下部开口在水下与海水相通，气室的上部也开口(喷嘴)，与大气相通。在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内作强迫振动．压缩气室的空气往复通过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能；--级能量转换机构为空气透乎，将其安装在喷嘴处并将透乎转轴与发电机相连，这样就可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。这种装置的

6、优点是转动机构不与海水接触，避免了海水对装置的腐蚀。缺点是二级转换效率低，发电不稳定。摆式波能装置是通过摆体在波浪力的作用下发生的前后或上下摆动，将波浪能转换为摆轴的动能。摆轴与液压装置相连，就可将摆的动能转换成液力泵的动能，再带动发电机发电。这种装置的优点是转换效率高，可以方便地与相位控制技术相结合，使波能装置能吸收到装置迎波宽度以外的波浪能。缺点是机械的维护较为困难。聚波水库波能装置的关键技术是—个喇叭形的聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波能转换成势能．收缩波道具有聚波器和转能器的双重

7、作用。利用水库和外海间的水头落差驱动水轮发电机组发电。聚波水库波能装置的优点是波能的转换没有活动部件，可靠性好且稳定。不足之处是建造这种电站对地形要求严格。不易推广。．对波能转换的理论研究大都采用基于线性理论的微幅波理论。假定液体为无粘流体，且不可压缩、运动无旋，采用格林函数法对波能装置进行三维水动力学分析。海浪对漂浮体产生的波浪力的计算方法有切片理论法、压力积分法、能量动量守恒法以及弗汝德一克雷洛夫假定j去(F—K假定法)等。优化设计的研究主要在水动力参数优化(附加质量、阻尼、波浪力等)和耦合匹配设计两方面展开。波能转换理论研究中的另一课题是相

8、位控制，通过控制波能装置的运动相位，使装置与来波产生共振，诱导波浪在装置周围聚集，使发电装置的效一89—万方数据率得到提高，但由于控制机