摘 要：在對海洋的開發(fā)利用中，海洋波浪能的開發(fā)方法太過復(fù)雜、單一。針對沿海海浪方向調(diào)查分析，設(shè)計出一種雙向海洋波浪能發(fā)電裝置，并對其具體結(jié)構(gòu)和工作原理作了詳細描述，該裝置巧妙的工程設(shè)計，可以連續(xù)不斷產(chǎn)生電能，由于海浪沖擊和退去均會帶動葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機械能，可以將此轉(zhuǎn)化為電能，在該發(fā)電裝置得到推廣應(yīng)用的前提下，其有極大的提升空間和廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：海洋 波浪能 雙向 沖擊 發(fā)電

中圖分類號：TK73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0005-02

在這個星球上最廣闊的是海洋，并蘊藏著廣泛，巨大能量，與此同時，而有限的化石燃料已遠遠滿足不了人類對于能源的需求?，F(xiàn)在，海洋波浪轉(zhuǎn)換電能具有相對成本低廉的優(yōu)點，吸引著世界上的能工巧匠，知名學(xué)者們，想盡各種辦法，企圖駕馭海洋為人所用。海洋波浪能的研究在過去幾十年的時間里取得了顯著的進步，世界各國對其進行了大量的研究，研制出多種波能轉(zhuǎn)換裝置，有些已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)。而現(xiàn)在急需解決的問題就是如何充分利用波浪能，使其真正為可持續(xù)發(fā)展做貢獻，尤其在沿海居民供電的使用上[1]。

1 背景技術(shù)

海洋波浪能能流密度高、儲量巨大且分布廣泛，是未來海洋能利用的主要發(fā)展方向。

波浪能發(fā)電裝置的根據(jù)國際上最新的分類方式，波浪能技術(shù)分為：振蕩水柱技術(shù)、振蕩浮子技術(shù)和越浪技術(shù)（圖1）[2]。

目前，海洋波浪能發(fā)電技術(shù)已取得了長足的進步，海浪發(fā)電裝置種類繁多，絕大多數(shù)波浪能發(fā)電裝置都是先將波浪能轉(zhuǎn)換成某個載體的機械能，再將得到的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械（如水力透平、空氣透平、液壓電動機、齒輪增速機構(gòu)等）的機械能，最后利用發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)機械的機械能轉(zhuǎn)換成電能。大量研究表明，進一步提高波浪能裝置的能量轉(zhuǎn)換效率以及可靠性，是波浪能利用技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。但由于波浪運動的多向性和往復(fù)性，使得人們至今也未能設(shè)計出合理的能量俘獲系統(tǒng)和動力攝取系統(tǒng)，因此現(xiàn)有的海浪發(fā)電裝置普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量轉(zhuǎn)換效率低、可靠性差的問題，大大影響了該項技術(shù)的進一步發(fā)展。

2 概述及工作原理

本文提供了一個新型波浪能發(fā)電裝置。（如圖2所示）一種雙向波浪能發(fā)電裝置，構(gòu)成中包括發(fā)電機、變速器、海水引導(dǎo)槽、葉輪和四個翻板閥，所述海水引導(dǎo)槽水平放置并與海浪的沖擊方向平行；所述葉輪位于海水引導(dǎo)槽內(nèi)，其豎直中心軸的下端通過軸承與海水引導(dǎo)槽的底板中部連接，上端經(jīng)變速器驅(qū)動發(fā)電機；所述四個翻板閥分成兩組，每組的兩個翻板閥分別安裝在海水引導(dǎo)槽的兩個內(nèi)側(cè)壁上，二者相互對應(yīng)且開啟方向相反；位于海水引導(dǎo)槽的同一側(cè)壁上的兩個翻板閥開啟方向相同。

在近海由于受到海岸線阻擋，海浪會來回沖擊，海浪沖擊和退去均會帶動葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機械能，可以將此轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)海水迅速灌入時，海浪沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)海浪退去時海水繼續(xù)沖擊葉輪，使葉輪保持同一方向旋轉(zhuǎn)葉輪繼續(xù)為發(fā)電機提供動力，繼而轉(zhuǎn)換成電能造福沿海居民。

2.1 波浪能采集裝置

1、2、3、4號門均為裝有彈簧合頁的彈簧門，海浪會來回沖擊，當(dāng)波浪從左邊方向沖過來時，1號彈簧門受沖擊打開，同時4號門由于固定擋板的阻擋以及海浪的沖擊緊緊關(guān)閉，海水從左下方的開口迅速灌入，海浪沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)。與1號門同樣的原理，2號彈簧門同時受力打開，葉輪在巨大的海水沖力下快速旋轉(zhuǎn)；葉輪軸與變速裝置連接，經(jīng)變速裝置變速后帶動帶動直流發(fā)電機高速旋轉(zhuǎn)，持續(xù)發(fā)出直流電，儲存到蓄電池中，經(jīng)電路輸出裝置為負載供電。同理，當(dāng)海浪退去時，2號門和1號門在海水的反向沖擊下以及彈簧門的彈力作用下關(guān)閉，海水只能從右上方的開口涌入流道，沖開門3，海水繼續(xù)沖擊葉輪，使葉輪保持同一方向旋轉(zhuǎn)，4號門同時受海浪沖力打開，葉輪繼續(xù)為發(fā)電機提供動力。這樣，葉輪便能夠保持同一方向旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機持續(xù)發(fā)出直流電，即所謂的雙向海浪發(fā)電。這樣在海浪持續(xù)不斷的沖擊下，發(fā)電機源源不斷的向外輸出電能。在本波浪能發(fā)電裝置中[3～5]，單個發(fā)電機的設(shè)計輸入功率都比較小，因此可采用多個波浪發(fā)電機以某種陣列的方式聯(lián)結(jié)來得到較大的電能輸出。同時由于波浪運動的不規(guī)則性，在同一海域的波浪發(fā)電機會產(chǎn)生不同的電壓頻率，因此，發(fā)電機發(fā)出的電能需要經(jīng)過一個整流環(huán)節(jié)，最后電能輸送至電網(wǎng)供沿海居民使用[6]。

3 性能分析

波浪能發(fā)電裝置在生產(chǎn)安裝調(diào)試上及長期條件下的維修維護能力決定了其生命力與競爭力。本項目的波浪能采集裝置采用簡化結(jié)構(gòu)和模塊化可拆卸結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)裝置的快捷建造與低成本維護，并充分利用了海浪的往復(fù)流動特性，在海浪的浪涌過程中都可以發(fā)電，大大提高了能量轉(zhuǎn)換效率。同傳統(tǒng)海浪發(fā)電裝置相比，還具有工作安全可靠、運行壽命長、適用范圍廣等優(yōu)點。

4 結(jié)語

本文結(jié)合該波浪能發(fā)電裝置的特點對工作原理及性能進行分析，該裝置符合我國建設(shè)節(jié)約型社會的方針希望在未來可以投入長期使用，希望可以在短期內(nèi)解決我國偏遠海島居民及駐軍的用電問題。

同時波浪能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)研究包括相位控制技術(shù)、生存技術(shù)、穩(wěn)定發(fā)電技術(shù)、波能裝置施工技術(shù)、新原理的波能裝置研發(fā)等。相位控制技術(shù)研究較多，該技術(shù)對于提高波浪能的效率有重要意義。波浪能轉(zhuǎn)換總體效率比較低，提高波能發(fā)電裝置一級轉(zhuǎn)換和中間轉(zhuǎn)換的效率成為解決問題的關(guān)鍵裝置尚有轉(zhuǎn)換效率低等劣勢，等待進一步改進[7]。

參考文獻

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[2]肖惠民，于波，蔡維由.世界海洋波浪能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].水電與新能源，2011（1）：67-69.

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