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基于波浪能发电装置的技术性研究
作者：邵斌 等
来源：《价值工程》2012年第27期
摘要： 波浪能是海洋能中蕴藏最为丰富的能源之一，也是近期研究最多的海洋能源之一。本文通过系统分析，设计出了一种新型的波浪能发电装置，该装置能连续不间断地供应波浪能并将其转化为电能。其主要工作原理是利用不同浮子在波的作用下的延时性和与浮动平台的高度差来不间断供能。该装置能有效的增强工作范围内对波浪能的吸收率和吸收量，具有较高的经济价值和实用价值。
Abstract： The wave energy is one of the most abundant energy in the ocean energy latent recent study one of the largest ocean energy. Though the Systems analysis， we design a new kind of wave power generation device， the device uninterrupted supply of wave energy and convert it to
electricity. Its main principle is to use the height difference between different float delay in the effect of wave and floating platforms to uninterrupted energy supply. The device can effectively enhance the absorption rate and absorption of wave energy within the scope of work， has a high economic value and practical value.
关键词： 波浪能；波能转换；发电装置
Key words： wave energy；wave energy conversion；generating device
中图分类号：TV139.2 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0030—02 0 引言
随着人类对能源需求的与日俱增，单一利用传统化石类燃料已远远不能满足人类现阶段的日常所需，因此积极开发新型可再生无污染的新能源已是迫在眉睫。现在，越来越多的国家将目光投向了海洋，海洋占世界总面积的71%，拥有大量的海洋资源，譬如海洋生物资源、海洋化学资源、海洋动力资源、海洋水资源、海洋矿产资源、海洋油气资源、海洋生态资源等。作为资源的宝库，海洋是世界上尚未充分开发利用的最大领域，同时又是一种有利于环保可再生的清洁能源。以海洋能源而言，据研究，海洋中可再生能源可供利用的能量约为70多亿KW，是目前全世界发电能力的几十倍。各类海洋能全球总储量和我国可开发的能量如表1所示。
波浪能发电主要是通过波浪能发电装置将波浪能首先转换为机械能，然后再将其转换为电能。这一技术始于20世纪80年代，西方海洋大国利用各种新技术优势纷纷展开实验。海洋能作为一种取之不尽的可再生无污染的清洁能源，其具有分布面广，波浪能量密度高等特点。尤其是能源消耗量大的冬季，可利用的波浪能量也最大。现阶段利用波浪能并将其转换为电能的转换装置主要有陆地式和离岸漂浮式两种。按能量的传递方式可分为直接机械式、低压水力
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式、高压液压传动、启动传动4种。而波浪能发电装置种类也非常繁多，主要有竹筏式波浪能发电、点头鸭式波浪能发电、振荡水柱式波浪能发电、环礁式波浪能发电、收缩水道式波浪能发电等。
我国是海洋大国，可利用的海洋能极为丰富，尤其是东海沿岸（福建、浙江近海）海洋能蕴藏量大，能量密度高，开发条件优越，具有较大的开发利用价值。我国在波浪能资源方面也具有非常丰富的资源。我国理论波浪能存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为2千瓦至7千瓦之间再能流密度较高的地方，每1米海岸线外的波浪能的能留能够满足约20个家庭的照明所需。
基于上述，本文提出了一种新型波浪能发电装置，其可以单独使用也可以同时多台串联或并联使用，能实现同一区域波浪能区域发电厂的功能，因此具有重要的理论和实际意义。 1 概述
本文提供了一个新型波浪能发电装置。（如图1所示）
其包括：①振荡浮子；②波浪能传动装置；③波浪能浮动平台；④波浪能转换装置；⑤平台固定装置；⑥波浪能发电装置。本装置主要利用振荡浮子与波浪能浮动平台在同一列波中的位置差而引起的高度差来吸收波浪能，并将其通过连接绳索将能量传递到波浪能转换装置上即波浪能发电机主轴上，通过波浪能发电机主轴的转动来使波浪能发电机产生电能，以此来提供人类日常所需。其具体的能量转换路径为：波浪能——振荡浮子机械能——连接绳的机械能——波浪能发电机主轴机械能——电能。图2为新型波浪能发电装置能量转换示意图。该装置主要由波浪能吸收装置、波浪能转换装置、波浪能发电装置3部分构成。其中波浪能吸收装置和波浪能转换装置为本文设计的波浪能发电装置的核心和主体特征。 2 波浪能采集装置
波浪能吸收装置是波浪能发电装置中最为重要的一部分，它是将海洋波浪能转化为可利用的机械能的关键环节，最终利用海洋波浪能发电量的多少取决于该装置吸收海洋波浪能的多少。因此怎样收集波浪能，将波浪能转化为什么样的机械能就决定了整套波浪能发电装置工作的发电效率。下面将对波浪能吸收装置的各个环节加以分析说明。
2.1 主要结构 由图3可以看出该波浪能浮动平台为一个圆柱体，其上面有5个直径相同的圆形通孔，两个立柱固定凸台和位于其底部的海底固定装置的扣件。其中该波浪能浮动平台能够在海面上随着波浪做上下漂浮，其为悬浮泡沫型材料制成。而其内部5个通孔用于安置振荡浮子，有与浮动平台相同材料制成，其作用是使得振荡浮子在其通孔内也做上下漂浮运动。而立柱固定凸台与浮动平台为一体，用于装配立柱和横杆使得获得的波浪能能有效的传递到波浪能转换装置中。而其底部的扣件用于和位于海底的固定装置配合使得该波浪能吸收装置在运作过程中不会被冲到岸上，即使得其在一定范围内的海域内工作。
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2.2 工作原理 该波浪能吸收装置整体工作示意图如图4所示。
通过图4可知，整个波浪能吸收装置是与海底固定装置通过连接绳索相连的，以确保其在一定范围内工作。在其通孔内配合有5个大小相同的振荡浮子，该振荡浮子上均连接有能量传递绳索，且能量绳索通过滑动横杆与波浪能转换装置相连。该波浪能吸收装置的基本工作原理为：当一列海洋波向该波浪能吸收装置运动过来时，由于受到波的影响，该装置的浮动平台和振荡浮子会随着波的运动轨迹而各自做竖直方向上的起伏运动，而且由于浮动平台和振荡浮子所处的位置不同，该两者之间会在竖直方向上产生一定的高度差，而由于能量传递绳索通过平台横杆到震荡浮子的距离是固定的，因此振荡浮子与浮动平台的高度差会带动能量传递绳索处于被拉伸和放松状态，这样就将能量传递给了波浪能转换装置。如图4所示，由于5个振荡浮子在浮动平台上的位置不同，这样就会导致该5个振荡浮子与浮动平台产生高度差的时间会有偏差。例如1号浮子与平台产生高度差使得绳索处于拉伸状态时，2号或其他号振荡浮子与浮动平台的高度差很小或与1号振荡浮子做反向运动是绳索处于放松状态，这样做可以使得波浪能源源不断的输送给波浪能转换装置而不产生间断点。 3 波浪能转换装置
3.1 整体结构 如图5所示，该波浪能转换装置主要由波浪能发电机主轴，5根能量传递绳索及其末端扣件组成。其中实现波浪能转换的主要装置为波浪能发电机主轴，其由定向圆周卡槽构成，用于和绳索末端扣件配合利用绳索的拉伸来带动转轴转动。
3.2 工作原理 该波浪能转换装置的主要工作原理为：当1号能量传导绳索由于振荡浮子的作用处于拉伸状态时，带动其末端的卡键向上运动，与波浪能转换主轴相配合，从而带动波浪能发电机主轴转动，波浪能转换为主轴转动的机械能。由于振荡浮子的运动规律与波浪相同但是存在一定的时间差，则当1号绳索对波浪能转换主轴作用时，2号至5号绳索可能均不对主轴作用，因此该装置能连续不间断地对波浪能转换主轴做功，可以是单独做功也可以是联合作用。具有一定的优越性，使得其一直处于工作状态。 4 波浪能发电装置
波浪能发电装置主要是发电机，其通过波浪能转换主轴的转动带动内部线圈的转动，同时使发电机产生电能。继而发电机将产生的电能传输到电能存储装置上或直接运送到耗能设备上，实现波浪能的发电机利用。 5 结束语
海洋中蕴藏着巨大的能量，只要不枯竭，其能量就生生不息。波浪能作为海洋能源的一部分，合理设计并优化转换结构，有效的利用该能量并令其可持续供能是今后国家在该领域研究的主要内容。本装置能有效的利用和提高海洋波浪能的转换率，我国等一些发达的沿海国家可以选择该装置合理开发利用波浪能。
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参考文献：
[1]岳文艳，张友恒.波浪能发电装置的研究[J].工业科技，2011（4）. [2]李晓英.海洋可再生能源发展现状与趋势[J].四川水力发电，2006（6）. [3]王德茂.波浪能风能的联合发电装置[J].能源技术，2001（4）.
[4]张熙霖，武鑫，吴志民，许洪华.风力/光伏/波浪能混合发电系统的应用研究[J].实用技术，2004（2）.
[5]张丽珍，羊晓晨，王世明，梁拥成.海洋波浪能发电装置的研究现状与发展前景.湖北农业科技[J].2011（1）.
