主題：第五章海洋能多種發電技術（第1-3節）學習時間：2014年5月12日—5月18日內容：我們這周主要學習海洋能多種發電技術（第1-3節）一、學習要求了解海洋能資源的形成原因和表現特征了解海洋能發電的各種方式和相關思路理解海洋能發電的特點和意義二、主要內容第一節海洋的概念（一） 海和洋海和洋是有區別的，是不同的概念。遠離陸地的水體部分為洋，靠近大陸的水體部分為海。洋是海洋的主體部分，占海洋總面積的89%。海是海洋的邊緣部分。海洋是地球上廣大而連續的咸水水體的總稱，是相互連通的。地球表面的總面積約5.1億平方公里，其中海洋的面積占71%，匯集了地球97%的水量。（二）海洋能源（簡稱海洋能）海洋能源是海水中蘊藏著的一切的能量資源的總稱，通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源。以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在。除了潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力作用以外，其他幾種都來源于太陽輻射。海洋能源又可分為機械能、熱能和化學能。蘊藏于海水中的海洋能是十分巨大的，這些海洋能源可以不斷得到補充，都是取之不盡、用之不竭的。第二節海洋能資源（一） 世界海洋能資源海洋是超大的太陽能接收體和存儲器，是個“藍色油田”。據聯合國教科文組織估計，海洋能可再生總量為766億千瓦。其中溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦，潮汐能為30億千瓦，波浪能為30億千瓦，海流能為6億千瓦。實際上，上述能源不是全能利用，估計技術上允許利用的約64億千瓦，其中，鹽差能30億千瓦，溫差能20億千瓦，波浪能10億千瓦，海流能3億千瓦，潮汐能1億千瓦。（二） 我國海洋能資源《中國新能源與可再生能源1999白皮書》公布的結果：沿海潮汐能資源可開發總裝機容量為2179萬千瓦，年發電624億度；進入岸邊的波浪能理論平均功率為1285萬千瓦；潮流能理論平均功率1394萬千瓦；溫差能理論蘊藏量約（1.2-1.3）x1019kJ，實際可用裝機（1.3-1.5）x106MW;鹽差能資源理論蘊藏量約為3.9x1015kJ，理論功率為1.25x105MW。（三） 海洋能的特點海洋能的特點，主要體現在以下幾個方面：（1）蘊藏量豐富，可循環再生。（2） 能流分布不均，能量密度低。（3） 穩定性較好或者變化有規律。（4） 清潔無污染。第三節波浪發電（一）波浪的成因和類型波浪的能量來自于風和海面的相互作用，傳遞的能量取決于風速、風與海水作用時間及作用路程。海浪的類型風浪，在風的直接吹拂作用下產生的水面波動。由風引起的波浪在靠近其形成的區域才被稱為風浪。風浪傳播開去，出現在距離很遠的海面。這種不在有風海域的波浪稱為涌浪。外海的波浪傳到海岸附近，因水深和地形會改變波動性質，出現折射、波面破碎和倒卷，這就是近岸浪。海浪的運動水面上的大小波浪交替，有規律地順風滾動前進；水面下的波浪隨風力不同做直徑不同、轉速不同的圓周或橢圓運動。（二）波浪能資源的分布和特點波浪的前進，產生動能，波浪的起伏產生勢能。波浪的能量與波浪的高度、波浪的運動周期以及迎波面的寬度等多種因素有關。因此，波浪能是各種海洋能源中能量最不穩定的一種。1、 全球波浪能資源波浪能年平均功率密度的全球分布，如下圖所示：亞洲惟洲1()4020404060歐洲€ 30-50%澳洲朋:5?050L20北美車）亞洲惟洲1()4020404060歐洲€ 30-50%澳洲朋:5?050L20北美車）1030/30廣“206(J一5dIM在盛風區和長風區的沿海，波浪能的密度一般都很高。2、 我國波浪能資源我國海岸線長，海域遼闊。90%以上分布在經濟發達而常規能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺灣省沿岸。據波浪能能流密度和開發利用的自然環境條件，首選浙江、福建沿岸，應為重點開發利用地區，其次廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。3、 波浪能的優點在海洋能中，波浪能除可循環再生以外，還有以下優點：1）以機械能形式存在，在各種海洋能中品位最高；2）在海洋能中能流密度最大；3）在海洋中分布最廣；4）可通過較小的裝置實現其利用；5）可提供可觀的廉價能量。（三） 波浪發電裝置的基本構成波浪發電，一般是通過波浪能轉換裝置，先把波浪能轉換為機械能，再最終轉換成電能。波浪上下起伏或左右搖擺，能夠直接或間接帶動水輪機或空氣渦輪機轉動驅動發電機產生電力。波浪能利用的關鍵是波浪能轉換裝置，通常經三級轉換：1）波浪能采集系統，捕獲波浪的能量；2）機械能轉換系統，把捕獲的波浪能轉換為某種特定形式的機械能；3）發電系統，與常規發電裝置類似，用空氣渦輪機或水輪機等設備將機械能傳遞給發電機轉換為電能。（四） 波浪能的轉換方式波浪能的轉換方式，大體上可分為四類：—機械傳統式—空氣渦輪式—液壓式—蓄能水庫式（1）機械傳動式，如下圖所示。

（2）空氣渦輪式這種裝置結構簡單，而且以空氣為工質，沒有液壓油泄露的問題。（3）液壓式通過某種泵液裝置將波浪能轉換為液體的壓能或位能，再由油壓馬達或水輪機驅動發電機。這類裝置結構復雜，成本也較高。但由于液體的不可壓縮性，當與波浪相互作用時，液壓機構能獲得很高的壓強，轉換效率也明顯高。（4）蓄能水庫式也叫收縮斜坡聚焦波道式，其實就是借助上漲的海水制造水位差，然后實現水輪機發電，類似潮汐發電。這類裝置結構相對簡單，而且由于有水庫儲能，可實現較穩定和便于調控的電能輸出，是迄今最成功的方式之一。但一般效率不高，而且對地形條件依賴性強，應用受到局限。（五） 波浪能裝置的安裝模式根據系留狀態，波浪能轉換裝置可分為固定式和漂浮式。各種波浪能轉換裝置，往往都需要一個主梁或主軸，即一種居中的、穩定的結構，系錨或固定在海床或海灘。根據主梁與波浪運動方向的關系，波浪能轉換裝置可分為：（1）終結型模式（2）減緩型模式（3）點吸收模式（六）典型的波浪能發電裝置（1）振蕩水柱式（OWC）利用波浪起伏引起的水柱振蕩來抽吸或者壓縮空氣，從而推動空氣渦輪機旋轉。(2)振蕩浮子式隨著波浪運動，浮子上下起伏使軟管伸張及松馳，可以壓迫海水經過閥到中心的渦輪機及發電單元。(3)點頭鴨式(duck)鴨子的“胸脯”對著海浪傳播的方向，隨著海浪的波動，像不倒翁一樣不停地擺動。搖擺機構帶動內部的凸輪/鉸鏈機構，改變工作液體的壓力，從而帶動工作泵，推動發電機發電。可同時將波浪的動能和勢能轉換，理論效率達到90%以上。浮動主梁骨架上，可并排放置多個“鴨子”。(4)海蛇式(Pelamis)由一系列圓柱形鋼殼結構單元鉸接而成，外型類似火車。當波浪起浮帶動整條裝置時就會起動鉸接點，其內部的液壓圓筒的泵油會起動液壓馬達經過一個能量平滑系統。(5)擺式(Pendulum)1983年建造了一座推擺式波浪能電站。通過浮板的擺動將波浪能轉換為液壓產生電力。

這是日本的波浪能電站中效率較高的一個。（6）收縮坡道式在電站入口處設置喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導槽，當波浪進入寬闊一端向里傳播時，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊墻，轉換成勢能。水流從楔形流道上端流出，進入一個水庫，然后經過水輪機返回大海。（7）其它海浪發電裝置其它多種新型海浪發電裝置的原理和圖片，可查閱相關的資料。波浪能轉換發電系統的主要構造

受波體 傳動介質艇蕩水柱蓄能水庫隨波相對運動體液壓發電機組 電能調整和輸出變爪器換流器I換流器ACZDC/AC海水受波體 傳動介質艇蕩水柱蓄能水庫隨波相對運動體液壓發電機組 電能調整和輸出變爪器換流器I換流器ACZDC/AC海水（七） 代表性波浪能發電項目1、英國75kW和500kW的LIMPET岸式海洋動力能源轉換器，是一種振蕩水柱型（OWC）波浪能裝置。1991年在蘇格蘭愛雷島上建成75kW項目。2000年又在同一島嶼上建成一座500kW的項目，是目前世界上最成功的海浪發電裝置。2、挪威350kW的TAPCHAN1986年，在挪威貝爾根附近一個小島上，建造了一座裝機容量為350kW波浪能電站。特色：開口約60m的喇叭形聚波器和長約30m的楔形導槽。電站從1986年建成后，一直正常運行到1991年，年平均輸出功率約為75kW，是比較成功的一座波浪電站。3、英國750kW的海蛇“海蛇”由英國海洋動力傳遞公司設計。漂浮式，由若干圓柱形鋼殼結構單元鉸接而成。第一個“海蛇”波能裝置2002年3月完成。承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪發電項目，每條“海蛇”的裝機容量為750kW。4、日本“海明”號“海明”號波浪發電計劃是由日本海洋科學技術中心牽頭，美、英、挪威、瑞典、加拿大等國參加。研究工作在一個由船舶改造的漂浮結構上進行，帶有13個振蕩水柱氣室，在船的內室里，安裝了幾臺海浪發電裝置。“海明”號的船身結構海底電纜和錨泊設計較成功，但發電效率令人失望，系統總效率不超過6.5%。作為一個大型國際合作項目，“海明”計劃的貢獻不僅在于獲得了大量技術成果，還在世界范圍內推動了波浪能研究。5、日本“巨鯨”號“巨鯨”是日本海洋科學中心于1990s初開始研建。一個包括波浪發電、海上養殖和旅游業在內的綜合利用計劃。安裝了1臺10kW、2臺50kW和2臺30kW的發電機組，于1998年完成制造，投放于三重縣外海。1998年9月開始持續兩年的實海況試驗，裝置的各部分工作正常，總發電效率最大可達12%。6、 歐共體2MW的OSPREYOSPREY意思是海洋涌浪動力可再生能源，實際上是波浪能和風能兩用的近岸裝置。1995年英國制造了OSPREY-1，總容量2MW，其中沉箱式波能發電裝置500kW，風能1500kW，造價$350萬，下水時裝置受到損壞。英國又開始研建OSPREY2000，裝機容量仍為2MW。7、 中國大萬山島3kW和20kW岸基OWC1989年，中科院廣州能源研究所，在珠海市大萬山島，建成中國第一座波浪能試驗電站。這座3千瓦的岸式振蕩水柱型波浪能電站，采用人造水道和Wells渦輪機。在該電站原有基礎上，1996年完成20千瓦電站的建造。8、 中國廣東汕尾100kW岸基OWC2001年建成的100kW岸式波力電站，位于廣東省汕尾市遮浪鎮，是一座與并網運行的岸式OWC型波浪能電站。有較大程度的提高，使我國的波能轉換研究基本達到國際同時期的先進水平。（八） 波浪發電的發展1799年，世界上第一個關于波浪能發電的專利。20世紀中葉以來，波浪能利用得到了越來越多的關注和重視。波浪能發電的設想在世界各地不斷涌現。1964年，世界上第一個海浪發電裝置——航標燈。20世紀70年代末期，日本、美、英等國合作研制了“海明”號發電船，還有遠離海岸的電力傳輸裝置，并進行了海上試驗。中國也是波浪能研發的主要國家之一，在世界上有一定影響。1989年，中國第一座波浪電站建成并試發電成功。1996年改建為20千瓦。1999年，100千瓦擺式波浪能電站試運行成功。2000年，100千瓦岸式振蕩水柱式電站建成發電。目前至少已累計生產600多臺在中國沿海使用，并出口到日本等國家。

三、習三、習波浪可以用 、