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海浪发电

作者:william威廉希尔    发布时间:2020-08-12 03:11    

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  奥克尼海浪发电试验场是世界上第一个专门为海浪发电研究和测试而建立的基地。在那儿,技术人员可以对各种海浪发电机进行测试,并可将海浪发电机产生的电能通过电缆输到岸上,并入电网,最终出售给消费者。

  传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化,新能源开发迫在眉睫。随着低功耗无线传感器的发展,利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电制作成微电源为传感器节点提供电能,日益受到各界广泛关注。相比风能与太阳能技术,波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势,波能能量密度高,是风能的4~30倍;相比太阳能,波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源,为海洋传感节点供电具有诸多优点:

  二、波浪发电装置受海况与气候影响较低。研究利用波浪能发电,为海洋无线传感器节点提供长期的能量供给,具有十分重要的意义。

  风与海面作用产生海浪,海浪能是以动能形式表现的水能资源之一。1977年,有人对世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪进行推算,认为全球海浪能功率约为700亿千瓦,其中可开发利用的约为25亿千瓦,与潮汐能相近。海浪中蕴藏有如此丰富的能量,如将海浪的动能转化为电能,使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务,是人们多年来梦寐以求的理想。

  波浪能装置的总发电效率大都比较低,提高装置各级能量转换结构转换效率问题需要亟待解决。波浪能发电仍存在诸多问题,如制造成本昂贵、装置可靠稳定性及并网等。波浪能发电难以与常规能源相竞争,但是对于不便于应用常规能源的场合,波浪发电在一定程度上具有特有的优越性与生命力。当前,海洋无线监测传感网中各节点仍大多采用传统化学电池供电,但是化学电池的使用寿命有限,需定期更换。恶劣复杂的海洋环境给数ift庞大的传感器节点电池更换造成了极大的困难,然而化学电池能量一旦耗尽,传感器节点无法正常工作,将会影响整体传感器网络的性能。

  1910年,法国人波拉岁奎在法国海边的悬崖处, 设置了一座固定垂直管道式的海浪发电装置, 并获得了一千瓦的电力。这是最早出现的海浪发电装置,也是用波力能来发电的最早尝试。此后,在世界各地出现了许多不同结构、不同形式的海浪发电装置。

  在20世纪70年代,英国爱丁堡大学的工程师斯蒂芬·索尔特就发明了利用海浪发电的“爱丁堡鸭”海浪发电装置。

  在英国的苏格兰东北角,有一大片被称作奥克尼群岛的岛屿,它们附近的海域风急浪高,波涛汹涌,是海员谈虎色变的地方。然而,正是在那里,2003年10 月,一个世界上独一无二的海浪发电试验场问世了。

  之后,世界上许多国家,如英国、日本、美国、加拿大、芬兰、丹麦、法国等都在研究和试验海浪发电,并相继提出了数百种发电装置设计方案。但是,由于这样或那样的技术问题,海浪发电研究一直没有什么大的突破。直到今天,在能源开发方面,海浪能的利用仍然落后于风能和潮汐能的利用。

  2012年,由辽宁海事局和大连海事大学共同研发的多节漂浮式波能发电装置进行了首次海上试验,并取得成功。这一装置能有效收集波浪能并转化为电能输出,且具备低成本、无污染、节约能源的特点,可缓解全球范围内的能源短缺和环境污染问题。

  据了解,多节漂浮式波能发电装置的研究方向主要针对海事领域,针对海事系统的船舶、无人雷达、海上通讯基站等设施供电。不过,随着该项目的优化研究,波能发电可投入更广泛的领域。由于波浪能属于取之不尽的海洋能源,而且大连具备良好的波浪能利用环境,该项目一旦投入量产,还可用于民用供电,届时将有效缓解全球面临的能源危机。

  测试海浪发电机的成本很高,而且极其危险,是阻碍海浪发电研究和海浪能利用的重要原因之一。反复无常、变幻莫测的海洋既能产生巨大的能量,也能对机械装置造成毁灭性的破坏。1995年,英国Wavegen公司在苏格兰附近海域雄心勃勃地建造起2兆瓦容量的“鱼鹰”号海浪发电装置,而“鱼鹰”还未正式发电,就被强风暴所摧毁。恶劣的气候和强大的风暴等自然因素还推迟了欧盟的海浪发电站建造计划。在苏格兰西海岸的艾斯雷岛上,Wavegen公司建造的500千瓦的“帽贝”海浪发电机已经向电网供电,这是世界上最成功的海浪发电装置,然而它是安装在海岸上的。根据海浪发电专家的意见,效率更高、能产生更多电能的海浪发电机必须是漂浮在海洋上的,而不是安装在海岸上的。

  为解决一直困扰着海浪发电机设计和建造的各种问题,制造更先进的海浪发电机,欧洲海洋能源中心在英国政府的资助下建立了奥克尼海浪发电试验场。该试验场中安装有抗风暴的系泊设备和铠装电缆,使得安装和测试海浪发电机变得方便而廉价。在奥克尼海浪发电试验场,欧洲海洋能源中心能同时安装四台海浪发电机,研究人员能够同时对不同的海浪发电机进行直接比较,这样就有可能挑选出最好的海浪发电机,从而以很低的成本产生出更多的电能。进一步说,在试验场里还有与电网相连的接入口,这样一来,实验测试用的海浪发电机在开始试验时就可能为研制者带来收益,从而降低了研制成本。

  在奥克尼海浪发电试验场中,所有进行测试的海浪发电机都配有“插座”。这些“插座”固定在海底的混凝土墩子上。并由多用途电缆连接岸上设备。多用途电缆包括1条能传送23兆瓦电能的电缆和2条光缆,其中一条光缆用来将海浪发电设备的数据传输到岸上的控制室,另一条光缆将岸上的控制指令传送给海浪发电设备。海底的水流冲击力很强,如果电缆不加以特殊的保护,那么电缆在与岩石不断摩擦后就会遭到毁坏。为了保护好电缆,研究人员采用了铠装电缆,同时用沉重的混凝土护垫将其保护和固定起来。

  海浪发电机所产生的电能先被送到岸边的一对变电站,然后再被送入国家电网.而数据收集中心则在离海岸大约35千米的远处。每个系泊位(插座)都由各自独立的控制中心进行控制,各个公司可以在试验场租用一个系泊位,然后通过互联网在自己公司的办公室内进行遥控操作。公司租用一个系泊位,每年要付一笔试验费用,如果试验中的发电设备运行良好的话,公司出售电能的收入将可以基本抵销支付的试验费用。

  通过减少海浪发电机的试验费用,欧洲海洋能源中心努力帮助开发者将他们美好的设想转变为现实。眼下,既受到欧洲海洋能源中心试验场设施的诱惑,又得到英国政府的资助,Wavegen公司开始了新的试验。该公司计划开发一种漂浮在海洋上的海浪发电机,并在2004年进行测试,其基本原理与“帽贝”海浪发电机相同,依靠海浪驱动气动涡轮机发电。

  奥克尼海浪发电试验场的第一个用户可能是“海蛇”。“海蛇”是英国海洋电力设备公司研制的一款海浪发电机的别称。该公司正在利用欧洲海洋能源中心建造的750千瓦的“海蛇”海浪发电机的样机。据说。“海蛇”的设计寿命为 15-20年,能经受住百年一遇的巨浪的冲击。

  多亏了名叫George Taylor的企业家,从2007年开始,俄勒冈海边大面积的,有规律的海浪将为西海岸的家庭和企业供电。Taylor现年72岁,在澳大利亚长大,学过电气工程,过去四十年里是美国一家小公司的业主。他最近的一项发明是能将海浪的上下运动转化为电能的浮标,可以由沿海海底电缆控制,并能接入国家电网。

  这种浮标是环保主义者的理想之物-从沙滩上就可以看到,引入了一种丰富的可再生的能源,而对海洋生物的影响微乎其微,也不会释放出导致全球变暖的气体。

  Taylor计划在2010年之前做出一个100吨重,37英尺宽的浮标,能发电500千瓦。四十个那样的浮标连在一起发电的成本比起煤电厂要低得多,更不用说燃烧天然气等珍贵燃料发电的电厂。如此清洁的电能可以用来淡化海水,电解水,为燃料电池汽车提供氢气,或者为其它宏伟的,急需能源的项目提供廉价电能。

  海浪发电机由英国Checkmate 海洋能源公司设计,是一种类似蟒蛇的大型发电设备,由橡胶制成。宽度将达到7米,长度达到200米,二十五分之一大小的原型已于最近完成测试。投入使用后,可满足1000个普通家庭的用电需求。据他们透露,“巨蟒”将于2014年左右投入运转。


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