[发明专利]一种基于海面波浪层和深海稳定区海洋波浪能差动能量提取的波浪能发电系统

说明书

技术领域

本发明属于绿色能源发电技术领域，具体涉及一种基于海面波浪层和深海稳定区海洋波浪能差动能量提取的波浪能发电系统。。

背景技术

海洋能属于清洁的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、温差能、海流能、盐差能等。其中波浪能指的是受星际运动和昼夜气温变化产生的海面波浪具有的动能和势能，它是海洋能源中蕴含最大的可开发和利用的能量，主要表现为：

(1)海洋波浪能以动能和势能的形式出现。一般而言，波浪分为两种。一种是离海岸较近的波浪，称为近岸波浪。在海岸边，由于海水的升降运动被转化为海水垂直于海岸的横向运动，其能量表现为横向运动的动能，通常称为潮汐。另一种是离海岸较远的波浪，称为离岸波浪。离岸波浪受月亮和海风影响，主要表现为做垂直于海平面的垂向运动，其能量表现为垂向相对位置差产生的势能。

(2)波浪能的能量密度很大。在太平洋、大西洋东海岸纬度40～60°区域，按照延海岸线方向布局，根据大量的研究资料表明，单就按沿线分布核算，该区域海水波浪积聚的波浪能可达到30～70kW/m，某些地方甚至达到100kW/m，一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高。一个波高5米，波长100米的海浪，在1米长的波峰片上就具有3120千瓦的能量，如果，能够在海面上分布多层发电系统提取这种能量，则容量不可估量。

(3)波浪在海洋中无时不在，无处不在，任何地方、国家都可以随时提取。

(4)波浪的能量来自于太阳，是一种取之不尽用之不竭的能源。据科学统计，全球海洋波浪能单就按照海岸线长度初步统计，理论蕴藏量达700亿千瓦，单就中国可供开发利用的波浪能为20～40亿千瓦，每年的发电量可达10⁶亿千瓦时，是目前中国发电总量的4倍之多。因此，海洋能提供的稳定、长效的自然能量是唯一可以为人类提供大量的、不间断的能源的来源。

世界各海洋大国极其重视波浪能研究和开发。1799年法国人吉拉德是最早的波浪能利用机械装置发明专利获得者；1910年，法国的波契克斯-普莱西克，建造了一套气动式波浪能发电装置，供应他自己住宅1千瓦的电力；1965年，日本的益田善雄发明了导航灯浮标用气轮机波浪能发电装置，获得推广，成为首次商品化的波浪能发电装置。受石油危机的刺激，从20世纪70年代中期起，英国、日本、挪威等波浪能资源丰富的国家，把波浪能发电作为解决未来能源的重要一环，大力开展研究开发。在英国，索尔特发明了点头鸭装置；科克里尔发明了波面筏装置；国家工程试验室发明了振荡水柱装置；考文垂理工学院发明了海蚌装置。1978年，日本建造了一艘长80米、宽12米、高5.5米称为“海明号”的波浪能发电船。该船有22个底部敞开的气室，每两个气室可装设一台额定功率为125千瓦的气轮机发电机组。1978～1986年，日本、美国、英国、加拿大、爱尔兰五国合作，先后三次在日本海由良海域对“海明号”进行了波浪能发电史上最大规模的实海原型试验。但因发电成本高，未获商业实用。1985年，英国、中国各自研制成功采用对称翼气轮机的新一代导航灯浮标用的波浪能发电装置。挪威在卑尔根附近的奥依加登岛建成了一座装机容量为250千瓦的收缩斜坡聚焦波道式波浪能发电站和一座装机容量为500千瓦的振荡水柱气动式波浪能发电站，标志着波浪能发电站实用化的开始。近年来比较著名的波浪能发电装置有英国的“海蟒”、“牡蛎”发电机以及葡萄牙的“海蛇”发电机等。

纵观波浪能的研究历史，利用波浪能发电不外乎下面几种方式：一是振荡水柱型。用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空气体积发生变化，压缩容器内的空气驱动叶轮带动发电装置发电。中科院广州能源研究所在广东汕尾建成的100千瓦固定岸式波浪发电站、日本“海明号”浮式发电船以及航标灯式波力装置都是属于这种类型。二是机械型。利用波浪的运动推动装置的活动部分，如鸭体、筏体、浮子等，活动部分压缩油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电。三是水流型。利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差，直接驱动水轮发电机组发电。这三种类型各有优缺点，但有一个共同的问题是波浪能转换成电能的中间环节多、效率低，电力输出波动性大，这也是影响波浪能发电未能大规模开发利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不稳定的波浪能吸收起来，集中、经济、高效地转化为有用的电能，装置及其构筑物能承受灾害性海洋气候的破坏，实现安全运行，是当今波浪能开发的难题和方向。

从未来的发展来看，要有效的开发和利用波浪能，需要解决以下问题：