海洋能发电技术

2.海洋能的分类与应用
2.1.3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……
2.海洋能的分类与应用
2.1.1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

不同水深的水分子运动轨迹（d为海底深度，为海浪波长）
2.海洋能的分类与应用
2.1.1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。
2.海洋能的分类与应用
实际的威尔斯涡轮机照片
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用
未 下 水 的 漂 浮 式 振 荡 浮 子 波 浪 能 发 电 装 置
固 定 安 装 式 振 荡 浮 子 波 浪 能 发 电
海中漂浮式振荡浮子波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用
2.海洋能的分类与应用
点头鸭式发电
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置

（4） 筏式（Raft-type）
筏式波浪能转换装置由筏体、铰接链 、液压系统组成，筏式波浪能转换装置顺 波浪方向布置，筏体随波浪运动，把波浪 能转换为筏体运动的机械能。 筏体是一个扁盒式的空心浮子，在筏体 一端有铰链臂，臂中穿有铰链轴，
2.海洋能的分类与应用
全球洋流分布图
2.海洋能的分类与应用
全球洋流分布数据表
规模 名称 线路 流速 流量
第一大洋流 墨西哥湾暖流
由及汇聚于和后，经流 流动速度最快时每 总流量每秒7400万 出 小时9.5千米 到9300万立方米
由北赤道发源，经菲律 在南部海域为6公里 平均流量3790万立 太平洋的黑潮 宾，紧贴东部进入东海， /小时，北部海域减 第二大洋流 方米/秒 暖流 然后经，沿日本列岛的 至1～2公里/小时 南部流去 在南、北赤道流之间与 4630-5390万立方 其流向相反的由西向东 1.4-2.6公里/小时 米/ 秒 流动的表层海流 沿非洲大陆以南海域流 3000左右万立方米 0.9-2.8公里/小时 动 /秒 位于印度洋北部赤道以 2000—3000万立方 0.9-2.8公里/小时 北海域 米/ 秒
日本的沿岸悬挂摆式波浪能发电装置示意图
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2.1.4典型的波浪能发电装置

（6）收缩坡道式
在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐 渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端 向里传播时，波高不断地被放大，直至波 峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流 道上端流出，进入一个水库，然后经过水 轮机返回大海。
第三大洋流
赤道逆流
第四大洋流 厄加勒斯暖流
第五大洋流
季风暖流
2.海洋能的分类与应用
2.2.2海流能的优点
1.不必像潮汐发电那样，修筑大坝，还要担心泥沙淤积； 2.不像海浪发电那样，电力输出不稳。 3.目前海流发电虽然还处在小型试验阶段，它的发展还不及潮汐发 电和海浪发电，但人们相信，海流发电将以稳定可靠、装置简单的 优点，在海洋能的开发利用中独树一帜。
2.海洋能的分类与应用
2.2.3海流能发电原理
1）轮叶式海流发电 原理和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。 轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，如图所示。
2.海洋能的分类与应用
轮叶式发电实例
海流发电设施(300kW，英国南部 Devon海域)
2.海洋能的分类与应用
轮叶式发电实例
利用：
海流能也主要用来发电，发电原理与风力发电类似。但是由于海水的密度比 较大，而且海流发电装置必须置于海水中，所以海流发电还存在了以下一些关 键技术：安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能、海流装
置的固定形式和透平设计等。。
2.海洋能的分类与应用
2.2.1海流的能量及我国的海流能资源分布
波浪能转换发电系统的主要构造
Wave Energy Convertors connected to subsea connections units with two cables to onshore substation.
2.1.2波浪能的转换方式
1.机械传统式
机械式装置多事早期的设计，往 往结构笨重，可靠性差，并没有 获得实用

实际中的振荡浮子发电装置
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
（2） 振荡水柱式（OWC）
水注上升和下降时， 气流方向是相反的，气 轮机的旋转方向如果来 回变化，发电也时正时 负。
2.海洋能的分类与应用

实际中的漂浮式振荡水柱式发电装置
2.源自文库洋能的分类与应用

漂浮式振荡水柱发电装置
2.海洋能的分类与应用
2.1.1波浪能资源的分布和特点
波浪能年平均功率密度的全球分布
2.海洋能的分类与应用
2.1.2波浪能的转换方式
波浪能的转换方式，大体上可分 为四类： 1.机械传统式 2. 空气涡轮式 3. 液压式 4. 蓄能水库式
2.海洋能的分类与应用
波浪能转换发电系统的主要构造
2.海洋能的分类与应用
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。
。
2.海洋能的分类与应用
2.1.1海浪的类型
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。
2.海洋能的分类与应用
2.1.1海浪的类型
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。
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置

特殊的筏式——海蛇式（Pelamis）
由一系列圆柱形钢壳结构 单元铰接而成，外型类似火车。 当波浪起浮带动整条装置时就 会起动铰接点，其内部的液压 圆筒的泵油会起动液压马达经 过一个能量平滑系统。
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
2.1.4典型的波浪能发电装置
冲击式涡轮机的结构
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
冲击式涡轮机的气动原理
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
带发电机的冲击式涡轮机
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
（3） 点头鸭式（duck）
鸭子的“胸脯”对着海浪传播 的方向，随着海浪的波动，像不倒 翁一样不停地摆动。摇摆机构带动 内部的凸轮/铰链机构，改变工作液 体的压力，从而带动工作泵，推动 发电机发电。
2.1.2波浪能的转换方式
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。
2.1.2波浪能的转换方式
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。
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
（1） 振荡浮子式
振荡浮子式波浪能发电装置是一种典型的波浪能发电装置。它 是在振荡水柱式空气透平式波能发电装置的基础上发展起来的。该 装置的工作原理图如图所示，第一级能量采集，在波浪中运动的浮 子进行对波浪能量的采集，完成波浪能到机械能的转化;第二级能量 传递，通过中间系统把浮子采集一转化(波浪能一机械能)后的能量 传递到发电系统;第三级能量发电，把传递过来的机械能转化为电能， 供用户使用。
胡绪权
CONTENTS
01 海洋能简介 02 海洋能分类和应用 03 参考资料
1.海洋能简介
地球表面积约为5.1x108km，其中陆地表面积为1.49x108km，占29％；海洋面积达3.61x1O8km， 占71％。以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m，整个海水的容 积多达1.37x109km3。
北爱尔兰的斯特兰福德港湾安装SeaGen
2.海洋能的分类与应用
垂直式发电实例
helical螺旋叶片涡轮机
2.海洋能的分类与应用
2.2.4海流能发电实例
2）水下发电风筝 有些时候海面下一定深度的海水流
速会更快些，把发电机转轮放在水下一
定深度会得到更好的效果。而且不会影 响航道。瑞典汽车制造商萨博公司 （Saab）研制出一种水下发电风筝，如 图所示。
2.1.2波浪能的转换方式
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。
1.海洋能简介
《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。
海蛇筏式波浪能转换装置的运动状态
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
海蛇关节的液压系统
2.海洋能的分类与应用

海蛇筏式波浪能转换装置的头部
2.海洋能的分类与应用

实际中的海蛇式发电
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置

（5） 摆式（Pendulum）
摆式波浪能是利用海水波动推动摆 板来回摆动吸收波浪的能量。在悬挂摆式 波浪能课件中介绍的摆动板依靠重力悬挂 在支轴下方，本课件介绍的浮力摆板的支 轴在下方海底，摆板依靠浮力立在支轴的 上方。 浮力摆的摆板为空心的板状体，摆板有 两个摆板臂，在摆板臂上有摆板的主轴， 在摆板体上有活塞杆支座。活塞杆通过轴 联接浮力摆，活塞杆可在液压缸中来回移 动。
1.1海洋能特点
可再生性：由于海水潮汐、 海流和波浪等运动周而复始， 永不休止，所以海洋能是可 再生能源；
属于一种洁净能源，无污 染；
能量多变，具有不稳定性， 运用起来比较困难；
总量巨大，但分布不均、 分散，能流密度低，利用 效率不高，经济性差。
2.海洋能的分类与应用
2.海洋能的分类与应用
2.1.1海浪的类型
2.海洋能的分类与应用
2.2海流能
成因：
是一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为
稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。其中一种是海水环流，是 指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域有关。海流能是流动海水的 动能，与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规 律。洋流方向基本不变，流速也比较稳定；潮流会周期性地改变大小和方向。
2.海洋能的分类与应用
2.1.4典型的波浪能发电装置
摆式发电原理图
2.海洋能的分类与应用

实际中的摆式发电
多个浮力摆组成的波浪能发电
多叶片浮力摆波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用

实际中的摆式发电
多个浮力摆组成的波浪能发电
多叶片浮力摆波浪能发电装置
2.海洋能的分类与应用

摆式发电在实际中的应用
一般说来，最大流速在2m/s 以 上的水道，海流能均有实际开发价值。 潮流的流速一般2～5.5km/h，在狭窄 海峡或海湾里，流速会很大。例如杭 州湾海潮。洋流的动能非常大，如佛 罗里达洋流和墨西哥洋流。 海流能资源在全国沿岸的分布， 在辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿 海的海流能较为丰富。根据沿海能源 密度、理论蕴藏量和开发利用的环境 条件等因素，浙江舟山和渤海海峡等 海域条件良好。
日本巨鲸号
2.海洋能的分类与应用
实际中的靠岸式振荡水柱波浪能发电装置——英国75kW 和500kW 的LIMPET
2.海洋能的分类与应用
中国广东汕尾100kW 岸基OWC 2001 年建成的100 kW 岸式波力电站，位于广东省汕尾市遮浪镇，是一 座与并网运行的岸式OWC型波浪能电站。
2.海洋能的分类与应用