大工14春《新能源发电》辅导资料七

新能源发电辅导资料七

主题：第五章海洋能多种发电技术（第1-3节）

学习时间：2014年5月12日—5月18日

内容：

我们这周主要学习海洋能多种发电技术（第1-3节）

一、学习要求

了解海洋能资源的形成原因和表现特征

了解海洋能发电的各种方式和相关思路

理解海洋能发电的特点和意义

二、主要内容

第一节海洋的概念

（一）海和洋

海和洋是有区别的，是不同的概念。远离陆地的水体部分为洋，靠近大陆的水体部分为海。洋是海洋的主体部分，占海洋总面积的89%。海是海洋的边缘部分。

海洋是地球上广大而连续的咸水水体的总称，是相互连通的。地球表面的总面积约5.1 亿平方公里，其中海洋的面积占71%，汇集了地球97%的水量。（二）海洋能源（简称海洋能）

海洋能源是海水中蕴藏着的一切的能量资源的总称，通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源。以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。除了潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用以外，其他几种都来源于太阳辐射。

海洋能源又可分为机械能、热能和化学能。蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，这些海洋能源可以不断得到补充，都是取之不尽、用之不竭的。

第二节海洋能资源

（一）世界海洋能资源

海洋是超大的太阳能接收体和存储器，是个“蓝色油田”。据联合国教科文组织估计，海洋能可再生总量为766 亿千瓦。其中温差能为400 亿千瓦，盐差能为300 亿千瓦，潮汐能为30 亿千瓦，波浪能为30 亿千瓦，海流能为6 亿千瓦。实际上，上述能源不是全能利用，估计技术上允许利用的约64 亿千瓦，其中，盐差能30 亿千瓦，温差能20 亿千瓦，波浪能10 亿千瓦，海流能3 亿千瓦，潮汐能1 亿千瓦。

（二）我国海洋能资源

《中国新能源与可再生能源1999 白皮书》公布的结果：沿海潮汐能资源可开发总装机容量为2179 万千瓦，年发电624 亿度；进入岸边的波浪能理论平均功率为1285 万千瓦；潮流能理论平均功率1394 万千瓦；温差能理论蕴藏量约(1.2-1.3)×1019 kJ，实际可用装机(1.3-1.5)×106 MW；盐差能资源理论蕴藏量约为3.9×1015 kJ，理论功率为1.25×105 MW。

（三）海洋能的特点

海洋能的特点，主要体现在以下几个方面：

（1）蕴藏量丰富，可循环再生。

（2）能流分布不均，能量密度低。

（3）稳定性较好或者变化有规律。

（4）清洁无污染。

第三节波浪发电

（一）波浪的成因和类型

波浪的能量来自于风和海面的相互作用，传递的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程。

海浪的类型

风浪，在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。

风浪传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。

外海的波浪传到海岸附近，因水深和地形会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。

海浪的运动水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动。

（二）波浪能资源的分布和特点

波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。

波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种因素有关。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。

1、全球波浪能资源

波浪能年平均功率密度的全球分布，如下图所示：

在盛风区和长风区的沿海，波浪能的密度一般都很高。

2、我国波浪能资源

我国海岸线长，海域辽阔。90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。据波浪能能流密度和开发利用的自然环境条件，首选浙江、福建沿岸，应为重点开发利用地区，其次广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。

3、波浪能的优点

在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：

1）以机械能形式存在，在各种海洋能中品位最高；

2）在海洋能中能流密度最大；

3）在海洋中分布最广；

4）可通过较小的装置实现其利用；

5）可提供可观的廉价能量。

（三）波浪发电装置的基本构成

波浪发电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终

转换成电能。

波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动驱动发电机产生电力。

波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：

1）波浪能采集系统，捕获波浪的能量；

2）机械能转换系统，把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能；

3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。

（四）波浪能的转换方式

波浪能的转换方式，大体上可分为四类：

—机械传统式

—空气涡轮式

—液压式

—蓄能水库式

（1）机械传动式，如下图所示。

（2）空气涡轮式

这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。

（3）液压式

通过某种泵液装置将波浪能转换为液体的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机。这类装置结构复杂，成本也较高。

但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，转换效率也明显高。

（4）蓄能水库式

也叫收缩斜坡聚焦波道式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，类似潮汐发电。这类装置结构相对简单，而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功的方式之一。但一般效率不高，而且对地形条件依赖性强，应用受到局限。

（五）波浪能装置的安装模式

根据系留状态，波浪能转换装置可分为固定式和漂浮式。各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。

根据主梁与波浪运动方向的关系，波浪能转换装置可分为：

（1）终结型模式

（2）减缓型模式

（3）点吸收模式

（六）典型的波浪能发电装置

（1）振荡水柱式（OWC）