【摘要】潮汐能發(fā)電這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在全世界研究都相對比較成熟了，也是主要發(fā)電方式之一，但是對于航標(biāo)燈上的應(yīng)用很少，而風(fēng)能是十分豐富的，這兩者結(jié)合運(yùn)用于航標(biāo)燈上是一種全新的嘗試。簡要地介紹了潮汐能與風(fēng)能結(jié)合的航標(biāo)燈的應(yīng)用背景，及其原理，為具體的研究提出了方向。

【關(guān)鍵詞】潮汐能;風(fēng)能;渦輪式;航標(biāo)燈

一、引言

目前，國內(nèi)外航道水域的航標(biāo)燈大多數(shù)都采用蓄電池供電，還有一部分采用太陽能來提供航標(biāo)燈所需能量，或者采用其他的供電方式如利用海水化學(xué)發(fā)電等。利用潮汐能發(fā)電的航標(biāo)燈就目前而言，是一種新的嘗試。而潮汐能發(fā)電的航標(biāo)燈是一種創(chuàng)新和改進(jìn)，并且同時利用風(fēng)能發(fā)電，形成互補(bǔ)。相比之前的航標(biāo)燈，更好的實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，能源更清潔，相對太陽能發(fā)電而言經(jīng)濟(jì)效益可能更好，更節(jié)約能源。在布可再生能源極度匱乏的時代，這種航標(biāo)燈市場前景還是可觀的。做這個項(xiàng)目也十分有意義，可以彌補(bǔ)對于這方面研究的不足。隨著不可再生能源的減少，新興能源必將替代不可再生能源，以后甚至可以把這項(xiàng)研究推廣到更多的領(lǐng)域。它符合綠色能源發(fā)展模式，這一設(shè)想在替代不可再生能源的同時，也保護(hù)了環(huán)境。潮汐能以前都是大規(guī)模的發(fā)電現(xiàn)在用于航標(biāo)燈的供能，所以必須要權(quán)衡，怎樣實(shí)現(xiàn)的效益最大化，同時，這也是一個新思路，大型化向小型向普遍化方向發(fā)展。

二、潮汐能與風(fēng)能結(jié)合的渦輪式航標(biāo)燈的分析

1.原理

潮汐能發(fā)電是利用漲潮和落潮時所形成水的動能和勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，即水流經(jīng)水輪機(jī)時帶動水輪機(jī)轉(zhuǎn)動從而將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。然后把電能儲存起來供航標(biāo)燈使用。儲存時，就是把多余的電能給蓄電池充電從而儲存在蓄電池中。設(shè)備在輸出電流時采用交變電流輸出，因?yàn)閮Υ娴墓β瘦^大，所以使用時要使用小型的降壓變壓器降低電壓，滿足航標(biāo)燈使用的電壓。在航標(biāo)燈的水上部分安裝一個風(fēng)力發(fā)電裝置，風(fēng)力發(fā)電的裝置可以把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能供航標(biāo)燈使用，風(fēng)力發(fā)電的扇葉采用后彎葉片。從而良種發(fā)電方式綜合使用，可以保證持續(xù)高效安全地輸出電能。

2.具體方案

所設(shè)想的航標(biāo)燈其水下部分主要是利用潮汐發(fā)電，水上安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，立上一個桿在航標(biāo)燈的水面部分，上面裝上四個方向的葉輪，葉輪上裝上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉輪本身是可以朝各個方向旋轉(zhuǎn)的。具體初步設(shè)計(jì)了三個方案：

方案一：

利用特殊材料做一個包箱外殼（具體材料必須考慮使用年限、經(jīng)濟(jì)效益、材料的性能需求和經(jīng)費(fèi)成本），做成一定的弧線型，下端呈喇叭口（漲潮時海水主要呈現(xiàn)的是橫向域?qū)?，而不是縱向的落差且是間歇性的，因此水輪機(jī)的裝置應(yīng)該要做到水頭低流量大以及盡量捕獲能量），使它足以安裝4個直徑1.2米的葉輪（選取輕質(zhì)材料以便獲得更多能量），這一部分在發(fā)電時，要安裝在水下，用以收集并獲取漲潮時的動能，同時在潮落的時候從勢能轉(zhuǎn)換成動能的水流中，，再次吸收部分能量，利用渦輪將這部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來發(fā)電。喇叭口面對沖來的潮水，在水下葉輪后1.5米左右的位置開始呈45°左右的弧線型上升，隨著弧線型向上，收縮口會越來越小，直至達(dá)到3米左右高的口徑1.5米的圓形的縮口，縮口上裝離心式風(fēng)輪，用以獲得潮水漲落壓縮或者吸引空氣所帶來的氣流變化而形成的風(fēng)能，并將它轉(zhuǎn)化成電能?？紤]到潮汐所帶來的泥沙必須要按時時清除，則需維護(hù)人員保證發(fā)電裝置的正常運(yùn)行，需在弧形的外殼后開一個高1.5寬1.4米左右的艙口，并有相關(guān)防護(hù)材料。此外對于發(fā)電機(jī)的安裝，要用鋼質(zhì)圓環(huán)，套在弧形縮口頸部，并用三根鋼材作為支撐，為防止潮來時候帶入垃圾絞壞葉輪，則在喇叭口前面要加三根直徑1cm的鋼筋焊接。在同一個航標(biāo)燈上，可以在多方向上安裝，效率會更大。

方案二：

在航標(biāo)燈的水下面部分安裝發(fā)電的裝置，并用特殊材料做成圓筒，在圓筒里安裝若干個葉輪，做成水輪裝置，每個葉輪有四片扇葉。再由若干個水輪裝置并排放置在固定的槽里，進(jìn)行發(fā)電，在邊上安裝流向標(biāo)，使其水輪圓筒的開口迎著水流的方向，并且可以靈活的調(diào)整水輪機(jī)的開口的方向。整個水輪機(jī)的總裝置是平放著，和水平面平行放置。以便水流更好的導(dǎo)入管中，從而產(chǎn)生更多的電能。

方案三：

與方案二有小的方面的差別，即是水下的水輪機(jī)裝在一個兩邊都開喇叭狀的管中間，管的兩邊較大，中間管徑相對細(xì)小，中間只裝一個水輪，在整個水下裝置中，并排若干個這樣的喇叭狀的管平行水平面放置于固定的槽中。同時在旁邊安裝流向標(biāo)。這個方案優(yōu)勢在于，根據(jù)流體動力學(xué)原理，水在管的中間的速度大，沖力大，所以轉(zhuǎn)化的能量大，兩邊都是喇叭口，水流出管的時間短，有利于減小水沖力對航標(biāo)燈的影響。

三、前景分析

太陽能，化學(xué)電池給航標(biāo)燈供能，這些技術(shù)都是比較成熟，就各個國家而言應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，但是依然存在一些弊端。太陽能會受時間限制，而且它的效益低，化學(xué)電池盡管能行，但是消耗太大了，并且對環(huán)境而言不友好，不是一種經(jīng)濟(jì)的方式。潮汐能發(fā)電，能更好節(jié)約能源，對環(huán)境比較好。潮汐能發(fā)電，利用雙向的發(fā)電裝置就能夠在潮漲和潮落時發(fā)電，且效益高。該項(xiàng)研究是小型化產(chǎn)物，它的研制成功是可以為今后潮汐能用于其它領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)，同時也解決了航標(biāo)燈耗能多度多經(jīng)濟(jì)效用不高的問題。這項(xiàng)技術(shù)的推廣，可以使其產(chǎn)業(yè)化，推動潮汐能的發(fā)展，也為航行在海上的船員提供安全保障，而且，產(chǎn)品的前景較好，可以擴(kuò)大它的適用范圍。以后可以推廣到小型船只，經(jīng)濟(jì)前景比較可觀。我國是個能源消耗大國，伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對能源的需求日益加大，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對于化石能源的依賴特別嚴(yán)重，石油、天然氣和煤炭等不可再生資源在不久的未來會枯竭，而且隨之而來的是環(huán)境污染，為了解決能源的緊缺問題，以及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展，就必須找到新能源，而潮流能是一種儲量大的可再生能源，對環(huán)境影響小，且這種自然能源是利用海水漲落潮而帶來能量的變化，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展無論是對經(jīng)濟(jì)還是環(huán)境保護(hù)都有促進(jìn)作用。

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