摘要：利用海洋能源，是當(dāng)今世界能源研究的方向。特別是在能源關(guān)系到國(guó)家安全，地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日益惡化的形勢(shì)下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯十分重要，慣性波浪發(fā)電技術(shù)就是在現(xiàn)有利用海洋波浪能發(fā)電研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用成熟的機(jī)械制造及發(fā)電技術(shù)進(jìn)行有效的組合。將廣闊海岸取之不盡，用之不竭的波浪能低成本地轉(zhuǎn)化為電能，為改善我國(guó)東部沿海地區(qū)能源短缺和環(huán)境改善開(kāi)辟一條新的途徑。
1 波浪能的應(yīng)用
1.1 波浪能概述。海洋能與潮汐能、海洋溫差能、鹽梯度能、洋流能等能源一樣，是海洋能源中最豐富、最普遍、較難利用的資源之一。波浪能又是海洋能中所占比重較大的海洋能源。海水的波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生十分巨大的能量。據(jù)估算，世界海洋中的波浪能達(dá)700億千瓦，占全部海洋能量的94％，是各種海洋能中的“首戶(hù)”。波浪是海水的運(yùn)動(dòng)形式之一，它的產(chǎn)生是外力（如風(fēng)、大氣壓力的變化、天體的引潮力等等）、重力與海水表面張力共同作用的結(jié)果。波浪形成時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作震蕩和位移運(yùn)動(dòng)，水質(zhì)點(diǎn)的位置變化產(chǎn)生位能。波浪能的大小與波高與周期有關(guān)，波浪的波高和周期與該波浪形成地點(diǎn)的地理位置、常年風(fēng)向、風(fēng)力、潮汐時(shí)間、海水深度、海床形狀、海床坡度等因素有關(guān)。椐有關(guān)資料估算。全世界沿海岸線(xiàn)連續(xù)耗散的波浪能功率達(dá)27×105 MW，技術(shù)上可利用的波浪能潛力為10×105 MW，我國(guó)陸地海岸線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)一萬(wàn)八千多公里、大小島嶼6960多個(gè)。根據(jù)海洋觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沿海海域年平均波高在2.0M左右，波浪周期平均6s左右。臺(tái)灣及福建、浙江、廣東等沿海沿岸波浪能的密度可達(dá)5～8kW/m。波浪能資源十分豐富，總量約有5億千瓦，可開(kāi)發(fā)利用的約1億千瓦。我國(guó)近海受季風(fēng)控制，冬季浪大，夏季浪小，特別是冬季在強(qiáng)烈的偏北風(fēng)吹拂下，從黃海到南海形成一條東北—西南走向的大浪帶，平均波高在2米以上，且周期在4-8s之間，有利于波浪能發(fā)電，具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。波浪能是最清潔的可再生資源，它的開(kāi)發(fā)利用，將大大緩解由于礦物能源逐漸枯竭的危機(jī)，改善由于燃燒礦物能源對(duì)環(huán)境造成的破壞。
1.2 波浪能開(kāi)發(fā)利用的特點(diǎn)、現(xiàn)狀及前景。
1.2.1 特點(diǎn)。波浪能是一種密度低、不穩(wěn)定、無(wú)污染、可再生、儲(chǔ)量大、分布廣、利用難的能源。由于波浪能的利用地點(diǎn)局限在海岸附近，還容易受到海洋災(zāi)害性氣候的侵襲。開(kāi)發(fā)成本高，規(guī)模小，社會(huì)效益好但是經(jīng)濟(jì)效益差，投資回收期長(zhǎng)，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，束縛了波浪能的大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)利用和發(fā)展。
1.2.2 現(xiàn)狀及前景。雖然波浪能開(kāi)發(fā)的技術(shù)復(fù)雜、成本高、投資回收期長(zhǎng)。但是近200年來(lái)，世界各國(guó)還投入了很大的力量進(jìn)行了不懈的探索和研究。除了實(shí)驗(yàn)室研究外，挪威、日本、英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、西班牙和中國(guó)等國(guó)家已建成多個(gè)數(shù)十瓦至數(shù)百千瓦的試驗(yàn)波浪發(fā)電裝置。主要的形式有活動(dòng)點(diǎn)頭鴨、波面筏、海蚌型；浮體式振蕩水拄型；固定式（岸式）振蕩水拄型；水流型；壓力柔性袋型等裝置。英國(guó)已建成750kw規(guī)模的商業(yè)波浪發(fā)電站并網(wǎng)發(fā)電。我國(guó)在廣東汕尾建設(shè)的100kw振蕩水拄式波浪發(fā)電站也已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收，存在的問(wèn)題也逐步得到改進(jìn)。隨著世界礦物能源的逐步減少，人們必須尋找新的能源，海洋能源無(wú)疑是首選的新能源之一；隨著礦物能源對(duì)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，人們也在尋找新的替代能源，可再生、清潔的海洋能源，也是最理想的替代能源之一。近年來(lái)，世界各國(guó)都制定了開(kāi)發(fā)海洋能源的規(guī)劃。我國(guó)也制定了波浪發(fā)電以福建、廣東、海南和山東沿岸為主的發(fā)展目標(biāo)。著重研制建設(shè)100kw以上的岸式波力發(fā)電站。因此波浪發(fā)電的前景是十分廣闊的。
2 慣性?xún)?chǔ)能波浪發(fā)電裝置
2.1 現(xiàn)有波浪發(fā)電裝置的狀況。目前已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)比較成熟的波浪發(fā)電裝置基本上有三種類(lèi)形。一是振蕩水拄型，用一個(gè)容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過(guò)波浪產(chǎn)生的水面位置變化引起容器內(nèi)的空氣容積發(fā)生變化，壓縮容器內(nèi)的空氣（中間介質(zhì)），用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)葉輪，帶動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電；中科院廣州能源研究所在廣東訕尾建成的100KW波浪發(fā)電站（固定岸式），日本海明發(fā)電船（浮式）以及航標(biāo)燈式波力裝置都是屬于這種類(lèi)型。二是機(jī)械型，利用波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置的活動(dòng)部分——鴨體、筏體、浮子等，活動(dòng)部分壓縮（驅(qū)動(dòng)）油、水等中間介質(zhì)，通過(guò)中間介質(zhì)推動(dòng)轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置發(fā)電。三是水流型，利用收縮水道將波浪引入高位水庫(kù)形成水位差（水頭），利用水頭直接驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這三種類(lèi)型各有優(yōu)缺點(diǎn)，但有一個(gè)共同的問(wèn)題是波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，效率低，電力輸出波動(dòng)性大，這也是影響波浪發(fā)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來(lái)，集中、經(jīng)濟(jì)、高效地轉(zhuǎn)化為有用的電能，裝置及其構(gòu)筑物能承受災(zāi)害性海洋氣候的破壞，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，是當(dāng)今波浪能開(kāi)發(fā)的難題和方向。
2.2 慣性波浪儲(chǔ)能發(fā)電裝置的工作原理。慣性波浪儲(chǔ)能發(fā)電裝置是區(qū)別于前述幾種類(lèi)型的，直接將波浪能轉(zhuǎn)換為電能的波浪發(fā)電裝置。其特點(diǎn)是直接將波浪的勢(shì)能變成動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)直接發(fā)電。利用飛輪的慣性?xún)?chǔ)能作用減少或去除波浪勢(shì)能的波動(dòng)。該裝置能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)少，效率高，電力輸出波動(dòng)小，運(yùn)行過(guò)程中消耗小，維護(hù)簡(jiǎn)單。其工作原理是見(jiàn)圖一。
在一個(gè)波浪周期中，水面向上波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浮力將具有一定質(zhì)量的重力浮子室托起產(chǎn)生位能，達(dá)到波峰時(shí)位能達(dá)到最大值（圖一a）。當(dāng)水面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，浮力消失，由于地心引力的作用，重力浮子室向下運(yùn)動(dòng)做功。通過(guò)鋼絲繩驅(qū)動(dòng)棘輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，棘輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)儲(chǔ)能飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將重力浮子的上下運(yùn)動(dòng)變?yōu)轱w輪和飛輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圖一b）并將大部分勢(shì)能儲(chǔ)存在飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中。進(jìn)入下一波浪周期后，又將重力浮子抬起至波峰，形成最大的位能，開(kāi)始下一輪做功。在水面將重力浮子室托起不能直接做功的半個(gè)周期內(nèi)，由于慣性飛輪的慣性作用，對(duì)不做功這一時(shí)段進(jìn)行補(bǔ)償，飛輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)，機(jī)械傳動(dòng)的阻力，雖然飛輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速逐漸有所降低。但是很快被下一周期重力浮子的做功來(lái)恢復(fù)慣性飛輪的旋轉(zhuǎn)勢(shì)能。通過(guò)變速機(jī)構(gòu)將重力浮子所做的功傳遞給發(fā)電機(jī)，直接將波浪能轉(zhuǎn)換成電能。
該裝置減少了其他裝置中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和介質(zhì)，提高了轉(zhuǎn)換效率。
為了盡量減少電力輸出的波動(dòng)，提高轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)兩級(jí)變速和慣性?xún)?chǔ)能變速飛輪系統(tǒng)，起到相互補(bǔ)償，穩(wěn)定和提高輸出轉(zhuǎn)速。
來(lái)源：百思論壇
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