海洋能发电开发资料
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传动系统因捕能原理不同而不同,下图所示为一些波浪能捕获装置原理图。图1利用直线发电机来发电,并不存在复杂的传动系统。图2是把滑轮的旋转运动通过齿轮箱加速后传给发电机,与一般传动系统无异。
图1 图2
表1
在表1所示的诸多波能发电装置中,均采用了液压缸或液压马达再带动发电机的传动结构,也有通过波浪引起的压缩空气形成的气流来推动汽轮机再通过齿轮箱的传动结构。在文献[1]中的LIMPET装置中,采用了振荡空气式结构,其主要特点在于通过一对汽轮机使气流在进出时均使叶轮朝一个方向旋转。但无论在波浪能利用方面还是在潮流能利用方面,对液压传动系统的详细描述的文章几乎没有找到,比如在图3中,通过摆式结构,使液压泵吸油再排油,再通过液压传动系统稳定油量或油压;图4中是直接将摆式结构的旋转轴带动叶片泵(vane pump),再通过液压传动系统驱动发电机发电;但两者对液压回路的描述基本没有。
图3 图4
以下为广州能源所的100kW近岸式波能电站的结构设计及保护方案[2],其结构如下:
图5
它也属于空气振荡式结构,为了降低传动系统的刚性,在传动结构中采用了弹性联轴器(spring coupling)和安全联轴节(safety coupling),弹性联轴器抹平波峰信号,安全联轴节保证任何峰值时的输出功率不大于额定功率。
支路阀(bypass valve)起到防止气流量过大的作用;刹车(brake)用于支路阀开启后气流量仍大于额定流量的时侯,当刹车动作时,蝶形阀动作关闭气流通道。
参考文献[3] 描述了另一种波浪能液压式Power Take-off装置,文章认为液压方式是波能转换的合理应用方式。低速时波浪产生大的力,在这种机制下,液压系统可以将其转换成能量并贮存。文献[4],[5,][6]也提到液压系统在波能利用中的作用。下图为pelamis海蛇号波浪发电系统的传动原理图,通过控制集流腔(control manifold),液压缸将流体介质压入高压蓄能器并短期贮存,蓄能器为液压马达提供相对稳定的高压流体,并带动发电机发电。
图6 Much simplified schematic of the Pelamis PTO system.
]. Environment News Service. 09/26/01. "World's First Wave Generated Power Station Opens," November 21, 2000, /ens/nov2000/2000L-11-21-01.html
[2]. Structural Design and Protective Methods for the 100kW Shoreline Wave Power Station. China Ocean Engineering,2003, V ol.17, No.3, pp439~448
[3]. Ross Henderson (Ocean Power Delivery Ltd, Edinburgh, Scotland, UK), Design, simulation, and testing of a novel hydraulic power take-off system for the Pelamis wave energy converter. Renewable Energy 31 (2006): 271–283.
[4] Salter S. Power conversion systems for ducks. Proc.International conference on future energy concepts,
vol.171. London: IEEE Pub.; 1979. pp.100–108.
[5] Salter S, Lin C. The sloped IPS wave energy converter. Proc. Second European Wave Energy Conference, Lisbon Portugal, November 1995.
[6] Blake TE, Chaplin RV. The P.S.FROG: Latest developments and model testing, Proc. Third European Wave Energy Conference, V ol. 1, Patras Greece, September 1998.
潮流能及海流能发电装置的传动系统
目前世界范围内正在研究的海流或潮流发电装置,以齿轮箱传动结构为主,如英国MCT公司的Seaflow/SeaGen系统,SMD公司的TiDel及挪威2003年的海流能发电装置等。其结构如图7所示。
图7
以下是南安普敦大学的试验台研究方案[1],它采用带式传动方案。如图8、图9和图10所示。该方案是为测量功率及轴向推力而设计的。如图9,其传动结构基本如下:叶轮->扭矩推力测量仪->轴承密封->分离推力环->推力轴承->滑轮->轴承。
带传动->滑轮->发电机
图8 图9
图10
1978年3月17日至4月25日,定海科技小组在金塘岛与册子岛间西垢门港作原理性试验潮流能
发电时,采用了液力传动把螺旋桨转速产生的能量送至装在在船上发电机;1987年农民企业家何世钧先生自制的潮流发电装置也采用了液压传动装置带动发电机发电;但液压传动在海潮流发电系统中的详细介绍也非常少。
随着技术的不断成熟,液力传动、无齿轮传动等会成为传动系统中的重要选择方案。