漂浮式直驅波浪能裝置初步設計方案

❶ 浮標式波浪發電裝置是什麼

浮標抄式波浪發電裝置就是利用襲海浪的上下運動所產生的空氣流來發電的裝置。這種發電裝置有一個空氣管，管內的水面（相當於一個活塞）是相對靜止的，而水面可以上下運動。因為海浪的起伏波動而使浮標作上下運動，這樣浮標體內的空氣活塞室里的空氣就被水面這個「活塞」所壓縮和擴張，使空氣從空氣活塞室里沖出來，從而推動氣輪發電機組發電。

日本還研製一種錐形浮體式海浪發電裝置，也是浮標式發電裝置，但它是利用共振原理來發電。這種發電裝置的浮體，其固有頻率與海浪上下運動的頻率相等，因而出現共振，正是利用這種共振來發電。浮體的下端為錐體，錐體的頂端有一個能作正向和逆向轉動的螺旋槳。當浮體與海水作相對運動時，便驅使螺旋槳轉動而帶動發電機發電。

❷ 漂浮式振盪水柱發電裝置工作原理

根據工作原理的不同,波能利用技術主要分為振畝耐運盪浮子技術、越浪式技術、振盪水柱技術。 振盪浮子技術主要是利用兩個或多個結構物在波浪的作用下迅梁產生相對運動,將波浪能轉化為結構物的機械能,然後連接液壓系統或機械結構,驅動發電裝置發電,或者直接使用直線電機將波浪能直接轉化為電能。 該類型的裝置存在著材料利用率低(雙或多浮體)、浮體間相撞問題不可避免、投放時間長(浮態調節需要時間和設備),結構復雜、裝置基體體積大不可拆分、其性價比的提高受到技術限制。 越浪式技術主要是利用波浪的爬坡畝鎮特性,利用水道的變窄將其引入到高位水庫,將波浪能轉化為勢能利用水輪機發電。 該類型裝置的發電量取決於轉換載體的重量,因此其結構扎實並規模龐大,系泊系統設計復雜,海生物附著影響大,成本高昂,維護維修不便利。 振盪水柱技術是以空氣為工作介質,利用往復振盪的水柱像活塞一樣推動氣室內的空氣往復通過噴嘴,往復氣流推動空氣透平旋轉帶動電機發電。 該類型裝置的特點是單浮體,材料利用率高、不存在相撞問題,透平和發電機位於水面上不受海生物影響,但該類型裝置目前還存在結構復雜、體積大、拆裝和更換不方便的問題,導致其與浮標等小型海上裝置的配合性差。

❸ 淺談波浪能發電裝置發電機優化設計

淺談波浪能發電裝置發電機優化設計

引言：發電機的三相輸出接到風光互補控制器上，通過控制器可以得到48V的穩定電壓，可將穩定的電能存儲在蓄電池中。以下是我來淺談波浪能發電裝置發電機優化設計，希望對你們有幫助。

【論文摘要】 本文在上海海洋大學研製的“浪流一體化發電裝置”的基礎上，對其發電機進行了優化設計，去掉了發電機和水輪機的中間轉換裝置，滿足了海洋能直驅發電的形式，通過電機實驗室性能測試驗證了其可行性，提高了發電效率和可靠率，降低了維護成本，可以應用於實際生產中。

【關鍵詞】浪流一體化;發電裝置;發電機;優化設計;直驅發電

0 前言

上海海洋大學研製的“浪流一體化發電裝置”同時可以捕獲波浪和海流的向前的推力，在接受到海洋能量之後產生慣性而發生連續轉動;通過主軸帶動發電機旋轉而產生電能。為海洋觀測、島礁生活、海洋養殖、海水淡化等提供穩定的電能，並用於解決邊遠海域的國防設施、部分電網未覆蓋的有居民海島、偏遠無居民海島生態建設中的供電需求。本文以此發電裝置為研究對象，對其水輪機匹配的發電機進行了優化設計，克服了傳統的海洋能需要經過三個部分轉換的缺點，沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，採用發電機輸出電壓穩定控制器，實現了浪輪機的輸出轉速穩定，提高了發電效率，降低了運行維護成本。尤其是在低轉速環境下，效果更加顯著。

1 研究對象與方法

本項目設計的發電機是滿足海洋能直驅發電形式的。然而，齒輪箱的存在卻成為制約海洋能發電機組發展的因素之一：機組運行過程中齒輪箱一直處於高速旋轉，增加了系統損耗，降低了能量利用率;海洋能發電機組往往安裝在海平面或海水之中，經受嚴寒酷暑，海水腐蝕、溫度變化大，環境條件惡劣，導致升速齒輪箱的工況嚴峻，維護保養工作量大;為了能適應惡劣的運行環境，齒輪箱畢竟造價昂貴，更由於海洋能能量多變，往往會造成過載，這樣就更容易損壞齒輪箱，使得系統運行成本增大。

因此，本設計取掉了中間轉換環節，水輪機主軸右端通過聯軸器和電機連接在一起，直接帶動電機發電，中間不經過任何環節，這就實現了絕對的直驅。本文研製海洋能直驅發電方式有以下幾個方面優點：

(1)提高了發電效率高。直驅式發電沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發電效率，尤其是在低轉速環境下，效果更加顯著。

(2)提高了可靠性。直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的可靠性。同時，機組在低轉速下運行，旋轉部件少，可靠性更高。

(3)運行及維護成本低。採用無齒輪直驅技術可減少發電機組裝置零部件數量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運行維護成本。

然而，這樣的海洋能直驅發電方式就需要發電機具有低速運行的'特性，並且有較高的效率，更者要求發電機要能在海水中運行。

2 直驅發電機設計

2.1 直驅發電機結構設計

發電機採用盤式結構：波浪能單位體積所攜帶的能量有限，要能高效的收集這些能源，發電機則成為本裝置中能源轉換的關鍵設備之一。波浪能發電機，最多每分鍾幾百轉，因此發電機的技術指標、經濟性等決定本裝置在市場中的競爭力。常用發電機分為盤式和圓柱式兩種：圓柱式發電機的氣隙磁場延軸向分布，要想獲得較高的發電效率，圓柱式發電機必須運行在高速下，而盤式發電機的定轉子為平行結構，克服了圓柱式發電機定子包容轉子的結構缺點，軸向尺寸小，沒有疊片和鉚壓工序，工藝好，因此盤式發電機可以運行在低速條件下。因此發電機選用盤式發電機結構，能夠在低轉速下達到額定功率，從而滿足了波浪能發電系統對發電機的技術要求，提高了效率。

2.2 發電機輸出電壓穩定控制器設計

發電機的三相輸出接到風光互補控制器上，通過控制器可以得到48V的穩定電壓，可將穩定的電能存儲在蓄電池中。控制器的原理是將輸入的交流電流通過三相橋式全控整流電路轉化成直流電流，直流電流通過升降壓斬波電路將電壓輸出控制在48V。值得注意的是發電機轉速達到54r/min控制器輸出端才會有電流輸出。控制器如圖2所示，經過控制器流出的電流為直流，將控制器後面的電池組“+”“-”接到蓄電池的介面即可，反面細節如圖3所示。

2.3 直驅電機工作原理

2.3.1 三相橋式全控整流電路

在三相橋式全控整流電路中，如圖4所示，晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。

2.3.2 升降壓斬波電路原理

如圖5所示為升降壓斬波電路原理，V通時，電源E經V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恆定並向負載R供電。V斷時，L的能量向負載釋放，電流為i2。負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。

3 實驗分析

在實驗室中模擬不同工況水流下輪機所具有的轉數，並以可控轉數電動機帶動發電機測試其發電性能。為此，我們搭建了發電機測試平台。發電機測試平台如圖7所示，通過機架將發電機固定，通過聯軸器與感測器相連。在發電機測試平台中，右邊是直流電動機，模擬水輪機的作用，作為動力的出入。通過聯軸器與電動機相連的是感測器，這種感測器連接顯示屏後可以看到瞬態的扭矩、轉速、功率。其中功率可是為發電機的輸入功率，這樣我們測出輸出功率後可以得到發電機的效率。電阻箱、整流器與扭矩儀如圖8所示，扭矩儀上的3個顯示屏即為扭矩、轉速、功率。

發電機所發出的是三相交流電，三相交流電輸入電子測試平台，通過電子測試平台，可以得到三相交流電的瞬態電壓、電流、功率、功率因數。流出整流器的電流經過整流變為直流電流，流入功率計，並將滑動變阻箱串聯到整個電路中。

4 電機方案總結與展望

方案採用直驅式發電形式不僅增加了發電效率，而且提高的發電裝置的可靠性，無障礙運行時間滿足了要求。發電機採用盤式發電機結構，其能夠在低轉速下達到額定功率，從而滿足了波浪能發電系統對發電機的技術要求，提高了效率。裝置發出的三相交流電通過控制器後，經實際測量，電壓基本維持在48V左右，且為直流電，這將電能存儲到蓄電池中提供了條件，並最終達到了我們的要求。

但是發電機組安裝在海平面或海水之中，經受嚴寒酷暑，海水腐蝕、溫度變化大，環境條件惡劣，容易遭受海水腐蝕，因此今後可以做的研究方向還有以下幾個方面：

1)發電機本身要具有良好的機械密封設計，評估不同海水深度、壓力下密封系統的可靠性。研究海水環流條件下，涉海材料在淤泥、深海、淺海、浪花飛濺、海霧等不同區域環境下，其腐蝕規律，設計相應的耐腐蝕材料;

2)發電機外部可增設防水箱，使發電機與海水具有了隔離層，不僅達到了防水的效果，也使發電機無需浸泡在海水中。

【參考文獻】

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❹ 波浪能發電的發展

大規模波浪能發電的成本還難與常規能源發電競爭，但特殊用途的小功率波浪能發電，已在導航燈浮標、燈樁、燈塔等上獲得推廣應用。在邊遠海島，小型波浪能發電已可與柴油發電機組發電競爭。今後應進一步研究新型裝置，以提高波浪能轉換效率;研究聚波技術，以提高波浪能密度，縮小裝置尺寸，降低造價;研究在離大陸較遠、波浪能豐富的海域利用工廠船就地發電、就地生產能量密集的產品，如電解海水制氫、氨及電解制鋁、提鈾等，以提高波浪能發電的經濟性。預計隨著化石能源資源的日趨枯竭， 技術的進步， 波浪能發電將在波浪能豐富的國家逐步佔有一定的地位。
我國技術成果
記者從中科院廣州能源研究所獲悉，由該所研製的「鷹式一號」漂浮式波浪能發電裝置，在位於珠江口的珠海市萬山群島海域正式投放，並成功發電，這標志著我國海洋能發電技術取得了新突破。
隨著新能源成為人們關注的熱點，海洋能發電技術以其獨特優勢和戰略地位吸引了人們的注意，世界各主要海洋國家普遍重視對海洋的開發利用。作為海洋波浪能利用技術的一種，「鷹式一號」漂浮式波浪能發電裝置由中科院廣州能源研究所究所課題組歷經一年半研製完成。課題組不斷優化和改進裝置模型，共製作了5套裝置模型，分別在二維水槽和三維水槽內進行大量試驗，最終將實海況裝置的設計方案定型為輕質波浪能吸波體與半潛船的結合。
該新型發電裝置採用外形經過特殊設計的輕質波浪能吸收浮體，使得浮體的運動軌跡能與波浪運動軌跡相匹配，可最大程度吸收入射波而最小程度減少透射和興波。日前首次投放的該發電裝置安裝有兩套不同的能量轉換系統，總裝機20kW，其中液壓發電系統裝機10kW，直驅電機系統裝機10kW，兩套系統均成功發電。試驗表明，該新型設備實現了快捷、安全和低成本研發海洋波浪能發電裝置的目標，為規模化開發利用海洋波浪能打下堅實基礎。據介紹，該發電裝置由國家海洋可再生能源專項資金項目——「10kW水母式波浪能發電裝置研究」專項資助完成。

❺ 波浪能的開發

波浪所蘊涵的能量主要是是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。台風導致的巨浪，其功率密度可達每米迎波面數千kW，而波浪能豐富的歐洲北海地區，其年平均波浪功率也僅為20~40kW/m^2中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2~7kW/m^2。
全世界波浪能的理論估算值也為109kW量級。利用中國沿海海洋觀測台站資料估算得到，中國沿海理論波浪年平均功率約為1.3X10^7kW。但由於不少海洋台站的觀測地點處於內灣或風浪較小位置，故實際的沿海波浪功率要大於此值。其中浙江、福建、廣東和台灣沿海為波能豐富的地區。
波浪能量如此巨大，存在的如此廣泛，自古吸引著沿海的能工巧匠們，想盡各種辦法，企圖駕馭海浪為人所用。水力可以滿足全世界3倍的能源。
將波浪能收集起來並轉換成電能或其他形式能量的波能裝置有設置在岸上的和漂浮在海里的兩種。按能量傳遞形式分類有直接機械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動4種。其中氣動傳動方式採用空氣渦輪波力發電機，把波浪運動壓縮空氣產生的往復氣流能量轉換成電能，旋轉件不與海水接觸，能作高速旋轉，因而發展較快。波力發電裝置五花八門，不拘一格，有點頭鴨式、波面筏式、波力發電船式、環礁式、整流器式、海蚌式、軟袋式、振盪水柱式、多共振盪水柱式、波流式、擺式、結合防波堤的振盪水柱式、收縮水道式等十餘種。

❻ 波浪能的案例

大約15年前，美國俄勒岡州就著手開發利用波浪能，但由於當時技術限制，波浪能發展計劃未能順利進行；然而據《紐約時報》報道，隨著技術進步，美國首個獲得商業許可的並網波浪能發電裝置日前已經進入了最後的測試階段，計劃於2012年10月在俄勒岡州正式下水。該裝置由海洋電力技術公司設計，8月獲得了美國聯邦政府的批准，並網之後足以為1000戶家庭提供電力。