1、2021/2/111海洋波浪能波浪能波浪能发电波浪发电的应用波浪发电的局限性及发展前景12342021/2/1121.海洋波浪能u概述u 海洋占地球表面的70以上,集中了97的水量，蕴藏着大量的能源，其中包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。u 海浪总是周而复始，昼夜不停地拍打着海岸，其中所蕴藏的波浪能是一种取之不尽的可再生能源，有效利用巨大的海洋波浪能资源是人类几百年来的梦想。u 波浪能主要是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。2021/2/1131.波浪能u波浪能的大小 波浪能的大小可以用海水起伏势能的变化来进行估算即25
2、.0 THP P为单位波前宽度上的波浪功率,单位 kW/mT为波浪周期，单位s;H为波高，单位m。实际上波浪功率的大小还与风速、风向、连续吹风的时间、流速等诸多因素有关。波浪能的能级一般以kW/m表示,代表通过一条平行于波前的1m长的线的能量。2021/2/1141.波浪能u波浪能优缺点 波浪能 品位最高能量密度高可再生清洁能源最不稳定破坏力惊人 难利用优点缺点2021/2/1151.波浪能波浪能利用波浪能发电海水淡化供热抽水制氢 波浪能利用装置的种类繁多,有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。2021/2/1162.波浪能发电u 波浪能发
3、电（wave power generation）是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量,通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。u 波浪发电是继潮汐发电之后发展最快的海洋能源利用形式，到目前为止，世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、瑞典、丹麦、印度、美国等国家相继在海上建立了波浪发电装置。2021/2/1172.波浪能发电1799年1910年1965年1978年英国、中国、挪威等国均研制成功波浪能发电站,标志着波浪能发电站实用化的开始。日本建造了一艘长80 m、宽12 m、高5.5 m称为“海
4、明号”的波浪能发电船。日本发明了导航灯浮标用气轮机波浪能发电装置,成为首次商品化的波浪能发电装置。法国建造了一套气动式波浪能发电装置,供应他自己住宅1 kW的电力。法国的吉拉德父子,获得了利用波浪能的首项专利。1985年21世纪“海蛇”、“巨蟒”等新型波浪能发电设备问世2021/2/1182.波浪能发电u国外现状70年代末成立世界波浪能研究中心85年建成75KW震荡波力电站并网95年建造第一座波浪商业电站并网QUB建造震荡水柱式岸边电站兰卡斯特大学点头鸭式波能装置英国2021/2/1192.波浪能发电导航波力发电装置“海明号”波力发电船“巨鲸”漂浮发电装置日本公司研究所大学4座波力电站,8座试
5、运行，世界领先摆式波能装置防波堤式电站岸式电站海洋科学技术中心公司研究所大学海洋科学技术中心2021/2/1110国内现状2.波浪能发电中国拥有着473万平方千米的海洋、1.8万千米绵延的海岸线,可以说有着富饶的海洋能资源。据现有观测资料统计，全国沿岸波浪能资源平均理论功率大约为1000余万kW，其中台湾省沿岸最多，为429万kW，占全国总量的1/3;中国的波浪发电研究起始于20世纪70年代,1975年我国制成了1kW波电浮标，并在浙江省嵊山岛试验。自1985年起,我国研制了多种小型产品，其中有600多台作为航标灯用，并出口到日本等国。1989年在珠海市大万山岛建成第一座多振荡水柱型岸基式试验
6、波浪电站;广州能源研究所已将其改建成一座20kW的波力电站,并于1996年2月试发电成功。“九五”期间,广州能源研究所在广东汕尾市建设100 kW波力电站，是一座与电网并网运行的岸式振荡水柱型波能装置。我国计划至2020年,在山东、海南、广东各建1座1000kW级的岸式波力电站。由天津国家海洋局海洋技术所研建的100kW摆式波力电站,已在1999年9月在青岛即墨大官岛试运行成功。2021/2/11112.波浪能发电输入能量稳定,稳速、稳压和蓄能波浪发电要求海水腐蚀、海生物附着和抗御海上风暴在海上建造浮体,解决海底输电问题;在海岸处建造特殊水工建筑物,收集海浪和安装发电设备。2021/2/111
7、22.波浪能发电1波浪能的收集采用聚波和共振的方法把分散的波浪能聚集起来2中间转换，即能量的传递过程包括机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动，使波浪能转换为有用的机械能。3第三级转换又称最终转换由机械能通过发电机转换为电能波浪能的转换2021/2/11132.波浪能发电u波浪能发电方式数以千计,按能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类。u机械式 通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发电机发电的方式。采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式装置。机械式装置多是早期的设计,往往结构笨重，可靠性差，未获实用。机械式装置简图2021/2/1114u漂浮气动式装
8、置 由于波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔,管内水面可看作静止不动的水面。内水面和气轮机之间是气室。当浮体带中心管随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸入空气。当浮体带中心管随波浪下降时，气室容积减小，受压空气将阀门关闭经气轮机排出，驱动冲动式气轮发电机组发电。这是单作用的装置，只在排气过程有气流功率输出。漂浮气动式装置工作原理图2.波浪能发电u气动式 通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能,再由气轮机驱动发电机发电的方式。2021/2/1115u 振荡水柱气动式 它有两组吸气阀和两组排气阀,固定气室的内水位在波浪激励下升降，形成排气、吸气过程。四组吸、排气阀相应开启和关闭，使交变气流整
9、流成单向气流通过冲动式气轮机，驱动发电机发电。这是双作用的装置，在吸、排气过程都有功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水接触，提高了可靠性。气动式装置在日本益田善雄发明的导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用。振荡水柱气动式工作原理简图2.波浪能发电2021/2/1116波浪能 气动能 气轮电机 电能 涡轮机气流示意图 波浪的起伏使室内空气受到挤压和膨胀,产生一股股压缩空气流通过喷嘴，由于喷嘴剖面远小于空气室的剖面，使气流速度大为提高，从1m/s提高到100m/s。高速气流冲击空气涡轮机带动发电机而发电。2.波浪能发电2021/2/11
10、172.波浪能发电u液压式 通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能,再由油压马达或水轮机驱动发电机发电的方式。u点头鸭液压式 波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。点头鸭液压式装置简图2021/2/11183.波浪发电的应用u波浪能供电的灯光浮标2021/2/11193.波浪发电的应用u 中国的波浪能研究开始于1980。到2001年,开发了一系列振荡水柱(OWC)波能装置，装
11、机容量分别为10 W、60 W、100 W。现在，大约700台10 W振荡水柱装置用于为导航浮标供电，其它振荡水柱装置处于实验阶段。用于导航浮标的10 W振荡水柱装置用于导航标船的100 W振荡水柱装置2021/2/1120 值得一提的是,若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置，不仅可利用波浪能发电，做成移动式发电站，还可将它们当做防波堤，起到消波作用，移动电站还具有灵活的战备作用，战时可作为单用发电站。3.波浪发电的应用2021/2/11213.波浪发电的应用2021/2/11223.波浪发电的应用u中国广东汕尾市100kW岸式振荡水注波力电站2021/2/1123 为解决一直困扰着海浪发电
12、机设计和建造的各种问题,制造更先进的海浪发电机，欧洲海洋能源中心在英国政府的资助下，在2003年10月，世界上第一个专门为研究和测试而建立的海浪发电试验场在这里问世了。“海蛇”u海浪发电试验场2021/2/1124它是世界上第一个商业海浪发电厂,位于葡萄牙北部海岸，2008年刚刚投入运转。“海蛇”的发电机是一个长150米的钢铰接结构，通过弯曲移动带动水轮发电机发电，可产生750kW电量。“海蛇海蛇”2021/2/1125 Pelamis天才般的设计能够避免风暴的摧毁,它利用了仿生技术，外形像一条大海蛇。每台发电机由4节直径为3.5米的圆柱形浮筒组成，每两个金属节段之间用铰链连接起来。这条金属海
13、蛇的嘴垂直于海浪的方向，这些圆筒会像海蛇的身子一样随着波浪上下起伏，关节处的上下运动与侧向运动会推动圆筒内的液压活塞作往复运动，把液压油从发动机中间压过去，驱动发电机发电。“海蛇”2021/2/1126u“海蛇”发电站示意图3.波浪发电的应用2021/2/1127“巨蟒”u“海蛇”的出现,将当时全球海浪发电的效率发挥到了极致。然而来自南安普敦大学的约翰 查普林(John Chaplin)教授带来的“巨蟒”却更让人吃惊。它体积更大，长约200米、直径达7米，重量却更轻。主要的秘密在于材料，“巨蟒”通身用橡胶制成。u 奥克尼的试验结果表明，“巨蟒”捕获海浪能量的能力约是“海蛇”的3倍，平均可达到1
14、兆瓦的功率。这意味着它1小时的工作，就可以满足数百个家庭生活用电的需要。2021/2/1128 名为“巨蟒”的海浪发电机由英国Checkmate 海洋能源公司设计,是一种类似蟒蛇的大型发电设备，由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒”开发人员表示，全尺寸“巨蟒”投入使用后，可满足1000个普通家庭的用电需求。据他们透露，“巨蟒”将于2014年左右投入运转。“巨蟒”2021/2/11294.波浪发电的局限性u 开发成本高,规模小，装置庞大u 造价昂贵，社会效益好但是经济效益差，投资回收期长u 可靠性差u 输出功率太小u 能量传输复杂u 由于波浪能的利用地点局限在海岸附近，还容易受到海洋灾害性气候的侵袭这些原因束缚了波浪能的大规模商业化开发利用和发展。2021/2/11304.波浪能的发展前景u目前,大规模波浪能发电的成本还难与常规能源发电竞争，但特殊用途的小功率波浪能发电，已在导航灯浮标、灯桩、灯塔等上获得推广应用。在边远海岛，小型波浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。u预计随着化石能源资源的日趋枯竭，技术的进步，波浪能发电将在波浪能丰富的国家逐步占有一定的地位。
