1、多種海洋能源發(fā)電技術(shù)，胡旭全，目錄，03，參考文獻(xiàn)，1。海洋能源簡介地球表面積約5.1108公里，其中陸地表面積1.49108公里，占29%；海域面積3.61x1O8km，占71%。就海平面而言，整個(gè)陸地的平均高度約為840米，而海洋的平均深度為380米，整個(gè)海水的體積高達(dá)1.37109公里3. 1。海洋能源簡介，中國新能源與可再生能源1999 白皮書發(fā)布結(jié)果：沿海潮汐能資源總裝機(jī)容量2179萬千瓦，年發(fā)電量624億千瓦時(shí)；進(jìn)入海岸的波浪能理論平均功率為1285萬千瓦；潮流能的理論平均功率為1394萬千瓦；溫差能的理論儲(chǔ)備約為(1.2-1.3)1019千焦，實(shí)際裝機(jī)容量為(1.3-1.5) 1

2、06兆瓦。鹽差能資源的理論儲(chǔ)量約為3.91015千焦，理論功率為1.25105兆瓦?？稍偕茉矗汉Ｑ竽茉词且环N可再生能源，因?yàn)楹Ｋ某毕?、水流和波浪是無窮無盡的；屬于清潔能源，無污染；總量巨大，但分布不均勻分散，能量流密度低，利用效率不高，經(jīng)濟(jì)性差。能量是可變的和不穩(wěn)定的，所以很難使用它；1.1海洋能的特性，2。海洋能的分類和應(yīng)用，2。風(fēng)能、風(fēng)浪、直接風(fēng)吹引起的水面波動(dòng)的分類和應(yīng)用。風(fēng)引起的波浪在它們形成的區(qū)域附近被稱為風(fēng)浪。風(fēng)浪散開，出現(xiàn)在遠(yuǎn)處的海面上。這種不在多風(fēng)海域的波浪叫做涌浪。海洋能的分類和應(yīng)用：近海波浪向海岸傳播，波浪性質(zhì)會(huì)因水深和地形而發(fā)生變化，導(dǎo)致折射、波面破碎和翻滾，稱為近岸

3、波。海洋能的分類和應(yīng)用，水面上大小波浪交替，有規(guī)律地隨風(fēng)向前滾動(dòng)；水面下的波浪在不同的風(fēng)力作用下，以不同的直徑和不同的轉(zhuǎn)速作圓周或橢圓運(yùn)動(dòng)。2.海洋能量的分類和應(yīng)用，水分子在不同水深的軌跡(D是海底的深度和波的波長)，波的前進(jìn)產(chǎn)生動(dòng)能，波的波動(dòng)產(chǎn)生勢(shì)能。波的能量與許多因素有關(guān)，例如波的高度、波的運(yùn)動(dòng)周期和波前的寬度。因此，波浪能是最不穩(wěn)定的海洋能源之一。海洋能的分類和應(yīng)用、海洋能的分類和應(yīng)用、波浪能年平均功率密度的全球分布、海洋能的分類和應(yīng)用、波浪能的轉(zhuǎn)換方式大致可分為四類：1 .機(jī)械傳統(tǒng)型2。3型空氣渦輪機(jī)。液壓類型4。2型蓄能水庫。海洋能的分類和應(yīng)用、波浪波浪能轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)、通過

4、兩條電纜連接到海底連接裝置的波浪能轉(zhuǎn)換器、2.1.2波浪能轉(zhuǎn)換模式以及機(jī)械裝置的早期設(shè)計(jì)通常都很麻煩?？煽啃圆睿粚?shí)用。2.1.2波浪能轉(zhuǎn)換方式結(jié)構(gòu)簡單，以空氣為工作介質(zhì)，沒有液壓油泄漏。2.1.2波能轉(zhuǎn)換模式，通過某種泵送裝置將波能轉(zhuǎn)換成壓力能或液體勢(shì)能，然后油壓馬達(dá)或水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。這種裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。然而，由于液體的不可壓縮性，當(dāng)它與波浪相互作用時(shí)，液壓機(jī)構(gòu)可以獲得很高的壓力，轉(zhuǎn)換效率明顯很高。2.1.2波浪能轉(zhuǎn)換模式，也稱為會(huì)聚斜坡聚焦通道模式，實(shí)際上是利用上升的海水產(chǎn)生水位差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)渦輪發(fā)電，類似于潮汐發(fā)電。這種裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，并且由于能量儲(chǔ)存在水庫中，它可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和

5、容易調(diào)節(jié)的功率輸出，這是迄今為止最成功的方法之一。然而，由于其對(duì)地形條件的強(qiáng)烈依賴性，其總體效率不高，并且其應(yīng)用受到限制。根據(jù)主梁與波浪運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為：(1)終端式 (2)減速式 (3)點(diǎn)吸收式(2)海洋能的分類和應(yīng)用，(1)振蕩浮子式，振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置是一種典型的波浪能發(fā)電裝置。它是在振蕩水柱式空氣渦輪式波浪能發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該裝置的工作原理圖如圖所示。能量收集的第一階段，在波浪中運(yùn)動(dòng)的浮子收集波浪能，完成波浪能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；能量轉(zhuǎn)移的第二階段，通過中間系統(tǒng)將浮子收集并轉(zhuǎn)化的能量(波浪能和機(jī)械能)轉(zhuǎn)移到發(fā)電系統(tǒng)；第三階段的能量產(chǎn)生將傳輸?shù)臋C(jī)械能轉(zhuǎn)換

6、成電能供用戶使用。2.海洋能的分類和應(yīng)用，實(shí)際井渦輪照片，2。海洋能的分類及應(yīng)用，固定式振蕩浮波發(fā)電，海上浮動(dòng)振蕩浮波發(fā)電裝置，無下水浮動(dòng)振蕩浮波發(fā)電裝置。海洋能的分類和應(yīng)用，實(shí)際振蕩浮子發(fā)電裝置，2。海洋能的分類和應(yīng)用。海洋能源的分類和應(yīng)用，實(shí)踐中的浮式振蕩水柱發(fā)電裝置，浮式振蕩水柱發(fā)電裝置，日本巨鯨，海洋能源的分類和應(yīng)用，實(shí)用的岸基振蕩水柱波浪發(fā)電裝置 LIMPET，75kW中的2臺(tái)和英國的500kW，海洋能源的分類和應(yīng)用，中國廣東省汕尾市100kW岸基OWC于2001年建造的100 kW岸基波浪發(fā)電站，位于廣東省汕尾市柘朗鎮(zhèn)海洋能的分類和應(yīng)用、脈沖渦輪的結(jié)構(gòu)、海洋能的分類和應(yīng)用、脈沖渦輪

7、的空氣動(dòng)力學(xué)原理、海洋能的分類和應(yīng)用、帶發(fā)電機(jī)的脈沖渦輪、海洋能的分類和應(yīng)用，(3)鴨胸朝向海浪傳播方向的鴨子擺動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部凸輪/鉸鏈機(jī)構(gòu)改變工作流體的壓力，從而驅(qū)動(dòng)工作泵并推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。2.海洋能的分類和應(yīng)用，2。海洋能的分類和應(yīng)用。筏式。筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置由筏、鉸鏈鏈和液壓系統(tǒng)組成。筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置沿波浪方向設(shè)置，筏隨波浪運(yùn)動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換成筏運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。筏子是一個(gè)扁平的箱形空心浮體，一端有一個(gè)鉸鏈臂，臂上有一個(gè)鉸鏈軸。2.海洋能的分類和應(yīng)用。特種筏 Pelamis由一系列圓柱形鋼殼結(jié)構(gòu)單元鉸接而成，其外形與火車相似。當(dāng)整個(gè)裝置受到波浪起伏的驅(qū)動(dòng)時(shí)，鉸鏈點(diǎn)將被啟動(dòng)，其中液壓缸的泵油

8、將啟動(dòng)液壓馬達(dá)通過能量平滑系統(tǒng)。海洋能的分類及應(yīng)用，海蛇筏波浪能轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，海洋能的分類及應(yīng)用，海蛇關(guān)節(jié)液壓系統(tǒng)，海蛇筏波浪能轉(zhuǎn)換裝置的頭部，海洋能的分類及應(yīng)用，實(shí)際海蛇發(fā)電，海洋能的分類及應(yīng)用。懸擺波浪能課件中引入的擺動(dòng)板靠重力懸浮在支撐軸下，課件中引入的浮力擺動(dòng)板的支撐軸在海底，擺動(dòng)板靠浮力立在支撐軸上方。浮力擺的擺盤是一個(gè)中空的板狀體，它有兩個(gè)擺盤臂，擺盤的主軸安裝在擺盤臂上，活塞桿支撐安裝在擺盤臂上。活塞桿通過軸與浮力擺連接，并可在液壓缸內(nèi)來回移動(dòng)。海洋能源的分類和應(yīng)用，擺式發(fā)電示意圖，海洋能源的分類和應(yīng)用，實(shí)用擺式發(fā)電，由多個(gè)浮力擺組成的波浪發(fā)電，具有多葉片浮力擺的波浪發(fā)電裝

9、置，海洋能源的分類和應(yīng)用，實(shí)用擺式發(fā)電，由多個(gè)浮力擺組成的波浪發(fā)電，具有多葉片浮力擺的波浪發(fā)電裝置，日本沿海懸浮擺式波浪發(fā)電裝置示意圖，2。海洋能的分類和應(yīng)用，(6)收縮坡道型，電站入口處有喇叭形集波器和逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽。當(dāng)波進(jìn)入寬端并向內(nèi)傳播時(shí)，波高不斷放大，直到波峰溢出側(cè)壁并轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。水從楔形流道的上端流出，進(jìn)入水庫，然后通過水輪機(jī)返回大海。2.海洋能的分類和應(yīng)用，2.2洋流能的起源：它是一種以動(dòng)能形式存在的海洋能。所謂洋流主要是指在海底水道和海峽中相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)，以及由潮汐引起的有規(guī)律的海水流動(dòng)。一個(gè)是海水循環(huán)，這意味著大量的海水從一個(gè)海域流向另一個(gè)海域，持續(xù)很長一段距離。海流能量是

10、流動(dòng)海水的動(dòng)能，它與流速和流量的平方成正比。與波浪相比，海流能量的變化是穩(wěn)定而有規(guī)律的。海流方向基本不變，流速相對(duì)穩(wěn)定。潮流會(huì)周期性地改變其大小和方向。用途：海流能源主要用于發(fā)電，發(fā)電原理與風(fēng)力發(fā)電相似。然而，由于海水密度高，海流發(fā)電裝置必須置于海水中，海流發(fā)電仍有一些關(guān)鍵技術(shù)，如安裝與維護(hù)、動(dòng)力傳輸、海洋環(huán)境中的防腐、負(fù)載和安全性能、海流裝置的固定形式和渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等。海洋能的分類及應(yīng)用一般來說，最大流速在2m/s以上的水道中的海流能量具有實(shí)際開發(fā)價(jià)值。潮流速度一般為2 5.5公里/小時(shí)，在狹窄的海峽或海灣會(huì)非常高。例如，杭州灣的潮汐。洋流的動(dòng)能非常大，比如佛羅里達(dá)洋流和墨西哥洋流。遼寧、山東

11、、浙江、福建和臺(tái)灣是我國沿海地區(qū)海洋能源資源分布最豐富的地區(qū)。根據(jù)沿海能源密度、理論儲(chǔ)量和開發(fā)利用的環(huán)境條件，浙江舟山和渤海海峽等海域狀況良好。海洋能源的分類和應(yīng)用，海洋能源的分類和應(yīng)用，1。沒有必要建造像潮汐發(fā)電那樣的大壩，但也要擔(dān)心泥沙淤積；2.與波浪能發(fā)電不同，電能輸出不穩(wěn)定。3.目前，雖然海流發(fā)電仍處于小規(guī)模試驗(yàn)階段，其發(fā)展不及潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電，但相信海流發(fā)電以其穩(wěn)定、可靠、安裝簡單的優(yōu)勢(shì)，將在海洋能源的開發(fā)利用中獨(dú)樹一幟。海洋能的分類和應(yīng)用1)葉片洋流發(fā)電的原理類似于風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電利用洋流推動(dòng)葉片并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。如圖所示，葉片的旋轉(zhuǎn)軸平行或垂直于水流。葉片型發(fā)電的例子，2。海洋能

12、分類及應(yīng)用，海流發(fā)電設(shè)施(300千瓦，英國南部德文郡海域)，2。海洋能的分類和應(yīng)用，安裝在北愛爾蘭斯特蘭福德港的海根，垂直發(fā)電實(shí)例，2。海洋能源的分類和應(yīng)用，螺旋葉片渦輪，2。海洋能分類，不會(huì)影響航道。如圖所示，瑞典汽車制造商薩博公司開發(fā)了一種用于水下發(fā)電的風(fēng)箏。海洋能的分類和應(yīng)用3)浮動(dòng)水輪發(fā)電2)海洋水面浮動(dòng)水輪海洋能的分類和應(yīng)用2)分類和應(yīng)用在洋流的作用下，逆流運(yùn)動(dòng)的“降落傘”像被強(qiáng)風(fēng)撐開的傘一樣被打開，而向下游運(yùn)動(dòng)的“降落傘”被壓縮。綁在“降落傘”上的繩子就像一條傳送帶，驅(qū)動(dòng)跑步者不斷旋轉(zhuǎn)。通過多級(jí)傳動(dòng)增速齒輪系統(tǒng)改變轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。海洋能的分類和應(yīng)用。洋流能具有高功率和低流速的

13、特點(diǎn)，因此要求洋流能發(fā)電裝置的葉片、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)(錨定點(diǎn)或樁基)具有比風(fēng)能利用裝置更大的強(qiáng)度。2.海水腐蝕和海洋生物的附著。3.海水中的沉淀物進(jìn)入裝置后，很容易對(duì)裝置中的軸承造成一定的損壞。4.浮動(dòng)裝置存在抗臺(tái)風(fēng)問題。5.位于水道上的浮動(dòng)裝置對(duì)航運(yùn)有一定的影響。船舶能源的分類和應(yīng)用在小容量示范裝置成功試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，船舶發(fā)電裝置將向大規(guī)模發(fā)展，以降低裝置的單位裝機(jī)容量成本。經(jīng)過論證，英國信息技術(shù)公司認(rèn)為，只有裝機(jī)容量達(dá)到500千瓦以上，才能獲得商業(yè)利潤。洋流發(fā)電領(lǐng)域的前沿技術(shù)：易浮底技術(shù)，可避免對(duì)航運(yùn)的影響，抗臺(tái)風(fēng)能力強(qiáng)，易于維護(hù)。防止海水腐蝕和海洋生物附著的技術(shù)，如開發(fā)特殊涂層和陰極保護(hù)。2.海

14、洋能的分類和應(yīng)用，2.3鹽能差的原因：地球上有兩種水：淡水和鹽水。海水與淡水或兩種不同鹽濃度的海水之間的化學(xué)勢(shì)差能量。鹽差能是化學(xué)能形式的海洋能。它主要存在于河流和海洋的交界處。同時(shí)，在淡水資源豐富的地區(qū)，鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽的不同能量。這個(gè)理論水頭是通過讓淡水流經(jīng)半透膜，然后進(jìn)入鹽水池而形成的。如果在這個(gè)過程中鹽度沒有降低，滲透壓將使水池的水位增加240米，然后水池的水將被排出，讓它流過渦輪機(jī)，從而提取能量。理論上，如果我們使用有效的設(shè)備從世界上所有的河流中提取這種能量，我們可以獲得大約2.6兆瓦的電力。海洋能的分類和應(yīng)用海水中至少有80種化學(xué)元素，它們主要以鹽類化合物的形式存在，在水

15、中會(huì)電離成帶正負(fù)電荷的兩種離子。鹽差能是指海水與淡水或兩種不同鹽濃度的海水之間的化學(xué)勢(shì)差能，是化學(xué)能形式的海洋能。全球海洋中海水的鹽度分布，如右圖中的河口，往往具有顯著的鹽度差異。海洋能的分類及應(yīng)用1)滲透壓法，利用半透膜兩側(cè)的滲透壓，在不同鹽濃度的海水之間形成水位差，然后利用海水從高到低流動(dòng)提供的能量發(fā)電，類似潮汐發(fā)電。關(guān)鍵技術(shù)：半透膜技術(shù)和膜與海水的流體交換技術(shù)；技術(shù)難點(diǎn)：制造具有足夠強(qiáng)度、優(yōu)異性能和合適成本的半透膜。在海平面以下的深坑中建造發(fā)電站；抗腐蝕和高水壓的半透膜。發(fā)展前景渺茫。海洋能的分類和應(yīng)用1)濃縮電池法，濃縮電池，也稱為滲透電池，通常需要兩種不同的半透膜，一種只允許帶正電的鈉離子自由進(jìn)出，另一種只允許帶負(fù)電的氯離子自由進(jìn)出。該系統(tǒng)需要使用大型且昂貴的交換膜，并且發(fā)電成本非常高。但是，它使用壽命長，即使隔膜破裂，也不會(huì)給整個(gè)電池帶來嚴(yán)重影響。此外，在該電池的發(fā)電過程中，將在電極上產(chǎn)生Cl2和H2