趙潤(rùn)禾
(山東科技大學(xué),山東 青島 266000)
海洋不僅擁有豐富的水產(chǎn)、礦產(chǎn)資源,更蘊(yùn)藏著巨大的能源。利用海浪發(fā)電,既不消耗任何燃料和資源,又不產(chǎn)生任何污染,因而是一種干凈的發(fā)電技術(shù)。因此,世界上各個(gè)國(guó)家都十分重視并且花大力氣開(kāi)發(fā)與研究海洋波浪能,尤其是研究和開(kāi)發(fā)波浪能發(fā)電裝置。
當(dāng)今世界上有多種波浪能發(fā)電裝置,現(xiàn)在主流的海上發(fā)電裝置有振蕩水柱式發(fā)電裝置,該裝置利用海浪波峰波谷作用來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換空氣流,帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生電流。由于這種方式產(chǎn)生的空氣流是不穩(wěn)定的振蕩氣流,所以對(duì)控制系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有較高的要求,轉(zhuǎn)換效率低,經(jīng)濟(jì)性很差,它能普及的原因是國(guó)外海域波能密度大,但由于我國(guó)的情況,波能密度普遍低,故不建議在我國(guó)推廣其次還有鴨式海浪發(fā)電裝置,該裝置則是利用浮力大小在縱深方向上逐漸遞減的原理來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),能使轉(zhuǎn)換效率最大化,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單大面積布置效果好,但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,海上工作的安全性差,在我國(guó)很少獲得試用還有波動(dòng)閥式海浪發(fā)電裝置利用裝置隨海浪上下浮動(dòng),產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)利用液壓馬達(dá)進(jìn)行發(fā)電,制造成本偏低,能抵抗大風(fēng)大浪,但維修費(fèi)用不低,使用比較普遍,我國(guó)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)水平較難達(dá)到還有比較普遍的就是振蕩浮子式發(fā)電裝置,利用浮體隨波浪上下浮動(dòng),該裝置能量轉(zhuǎn)換裝置較少,轉(zhuǎn)化效率高,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉,可大規(guī)模生產(chǎn),但是不能抵抗大風(fēng)大浪,容易損壞,所以利用前景不太明朗。
(1)海洋能發(fā)電所需條件。①海浪能量分布范圍廣,能量密度小,需要若干個(gè)小型設(shè)備同時(shí)收集海浪的能量;②從各個(gè)小型設(shè)備收集的能量不易集中,需要某一特殊裝置將這些分散的能量加以集中利用,并作用同一臺(tái)發(fā)電機(jī)上,以降低設(shè)備成本;③對(duì)設(shè)備的抗海水腐蝕、抗海水擊打、較好的耐久性以及可靠性要求較高;④海流方向的不確定性,要使水輪能保持一個(gè)方向的轉(zhuǎn)向,并保證能源的高利用率;⑤基體的確定及固定能使裝置保持相對(duì)穩(wěn)定。
(2)海洋能發(fā)電經(jīng)濟(jì)地要求。①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能進(jìn)行批量生產(chǎn),且成本較低;②可靠性高,能保證長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)不易損壞;③便于維修,避免運(yùn)送,原地維修。
(1)設(shè)計(jì)背景。波浪能發(fā)電裝置大都放置在海水中,海洋的一些惡劣環(huán)境時(shí)常發(fā)生,另外海水具有一定的腐蝕性,可能會(huì)造成波浪能發(fā)電裝置的破壞與失效,因此波浪能發(fā)電裝置的穩(wěn)定性以及抗腐蝕性成為首當(dāng)其沖要解決的問(wèn)題。海面的垂直方向波浪能不穩(wěn)定,而在平行于海平面方向往往受到較大的風(fēng)浪沖擊,因此為充分利用水平方向的風(fēng)浪的動(dòng)力,并減少對(duì)設(shè)備地沖擊與損傷,在吸納國(guó)內(nèi)外成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了橫動(dòng)海面波浪能發(fā)電浮子。
(2)橫動(dòng)浮子設(shè)計(jì)。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)為橫動(dòng)浮子式,建造難度以及設(shè)計(jì)難度較其余波浪能裝置低,構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。該浮子設(shè)計(jì)為近似球形,在球形的中間部分安裝有支桿,通過(guò)浮子中間的支桿與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連,經(jīng)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主體內(nèi)部的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。浮子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量較輕,僅有浮子部分浸沒(méi)于海水中,節(jié)省了昂貴的材料費(fèi)與維護(hù)費(fèi)。機(jī)體上鏈接有多個(gè)浮子,從而利用多個(gè)方向的水平波浪能,當(dāng)其中的某個(gè)浮子出現(xiàn)故障時(shí),其余浮子不會(huì)受到影響而繼續(xù)工作,球形浮子與其他形狀的浮子相比,具有較少的菱角,能夠大大增強(qiáng)在海水中的耐腐性。
海洋能發(fā)電平臺(tái)地開(kāi)創(chuàng)能夠?yàn)檠睾3鞘刑峁┏渥愕媚茉垂┙o,緩解東部沿海地區(qū)的能源不足。同時(shí),波浪能發(fā)電裝置也可以為孤立得海島提供能源支持,具有良好得應(yīng)用前景,對(duì)我國(guó)新能源地普及有重大意義。