波浪发电技术简介

气动式能量转换装置的优点是：发电部分不与海水直接接触，因此波浪的腐蚀与冲击比 起与波浪直接接触的波能装置要小很多，装置的抗冲击性与搞腐蚀性较好。
缺点是：因为气流在一个周期内需要两次转向，经历两个速度为零的点，而空气透平在 这种变工况状态下转换效率会偏低，该装置的能量转换效率通常只有 10%‐30%。
再经由中间装置传输到最终转换，转化为电能。
优点：成本较低。 缺点：转换效率不稳定，在恶劣的海洋
环境下，可靠性较差，易损坏。
整流器式波能转换装置
整流器式波能转换装置，又名Ressell整流器，是由英国牛津水力研究所研制成功的。通 过一组单向阀门，在波浪涌来时候允许水流进入蓄水池，水流的压力可维持水轮机装置 内部的水轮机运转；当波浪不断涌入，当内部流体静压力超过波浪产生的压力时，进水 阀门关闭；当内部流体静压力超过外界压力时，排水阀门打开，集水池内的水会部分排 出。如此往复循环，保持水轮机的运转，不断将波浪能转换为机械能。
收缩波道式波能转换装置
优点：装置简单，体积较大，因而可靠性好，功率稳定且效率高，转换效率在65%～75 ％之间；
缺点：装置建设对地形要求极高。
振荡水柱式波能转换装置
振荡水柱式波能转换装置是目前世界上最流行的波能转换装置，该装置受到重视的原因 在于可以依靠共振来加强水柱的运动。共振时入射波与辐射波的联合作用可以进入水柱 内的波浪波高增加，就提高了波能转换效率。
水力式能量转换装置
水力式能量转换装置要求在波浪能的转换过程中，某一个环节是通过液体传递能量的， 浮子吸收的波浪能通过液压装置转换为液压能，最后转换为可应用的电能等。水力式能 量转换装置的主要作用就是利用液压系统将机械运动增速、传动和调节。点头鸭式和波 面筏式波能转换装置的中间转换，都采用水力式中间转换。它的一般转换程序是：泵 （将机械能转换为水能）→传输管道→水轮机或液压马达（将水能转换为机械能）。
世界波浪能储备情况
我国地处亚欧大陆与太平洋相临的地带，领海多属于封闭、半封闭的边缘海。海域相对封 闭，风力较小，因此波浪能蕴藏量不大，且带有显著的季节变化及突然变化的特点。沿岸 波浪能密度以渤海海峡、福建海坛岛以北、浙江中部、台湾为高。这些海区平均波高大于 1m，周期一般大于 5s，是我国可利用波浪能资源较为丰富的海域。
“点头鸭”式波能转换装置
优点：转换效率较高，调节鸭身质心可 以使其自有频率与波浪运动频率相同或 者接近从而形成共振，可以达到最大的 转换效率；
缺点：装备复杂从而造成可靠性较差， 尤其在恶劣的海洋环境下，装置极易损 坏。
收缩波道式波能转换装置
收缩波道式波能转换装置最早由挪威特隆赫姆大学的Falnes和Budal提出，是根据聚波理 论提出的一种波能转换装置。收缩波道式波能装置是由高位水库和一个渐收的波道组成 的。收缩坡道的聚波作用，是由其坡道两侧的对数螺旋正交曲面形成的，两侧坡道在高 位水库内相接，聚波作用使得进入收缩波道的波浪波高增大，从而越过混凝土墙进入高 位水库，再运用位能通过水轮发电机组发电。
而据统计，占全球 70%的海洋所蕴藏的再生能源总量，可能远远超过目前全球能源的总消 耗量。
海洋能及其开发意义
海洋能指蕴藏于海水中的可再生能源，主要包括海洋机械能、海洋热能、海洋生物能 和海洋盐度差能等，凡是在与海洋交界的国家均可在领海开发利用海洋能源。
海洋能
海洋热能
海洋机械能
海洋生物能
潮汐能
波浪能
振荡水柱式波能转换装置
优点：机组只与空气接触，不与波浪接触，因此波浪的腐蚀与冲击比起与波浪直接接触 的波能装置要小很多，因此稳定性强，故障率低。
缺点：成本高，不仅材料成本较为昂贵，而且施工也较为复杂，所需要的机械、人工费 用均较高；转换效率较低，仅为 10%—30%左右
摆式波能转换装置 摆式波能转换装置的原理较为简单，即在波浪推动下，摆板上下运动产生机械能，然后
整流器式波能转换装置 优点：装Hale Waihona Puke Baidu可靠性高。
缺点：转换效率较低，投资费用过高。因此对于波能密度较为挑剔，需要比较高的波能 密度才能将弥补其高昂的装置成本。因此，该装置在波能密度高的区域，如欧洲，可以 得到广泛采用，在波能密度低的国家应用就不太理想。
振荡浮子式波能转换装置
振荡浮子式波能转换装置是一种较为新型的波能转换装置，是在振荡水柱式装置的基础 上发展起来的。振荡浮子式装置由浮子、连杆、液压传动机构、发电机和保护装置等几 部分组成，通过浮子吸收波浪能，产生起伏运动，再通过中间装置传输能量，最终驱动 电机进行发电。振荡浮子式波能转换装置的受能体与定体都非常典型，都是利用二者的 相对运动来进行波浪能的采集的。
中间转换按传动实体的不同可分三种类型：气动式、水力式、机械式。以下就各类中间 转换装置进行分类分析。
气动式能量转换装置
气动式能量转换装置要求在波浪能的转换过程中，某一个环节是通过气体传递能量的。 日本航标波力装置是典型的气动式中间转动。转换过程是：空气泵室（即空腔，将机械 能转换为空气能）→整流气阀和气道→气轮机（将空气能转换为机械能）。
机械式能量转换装置
机械式能量转换装置要求在波浪能的转换过程中，某一个环节是通过刚体传递能量的。 此种能量转换装置将机械能通过齿轮、杠杆等实现传动和加速。早期的设计，往往结构 比较笨重，不过近些年来涌现出一些比较成熟的机械设计技术，如日本提出的传动比大、 效率高的滚珠丝杆。
最终转换装置
一般的最终转换是将机械能转化为电能，采用常规的有适当调节机构的发电机，但由于 在海洋环境下，工况有较大幅度的变化，效率会因此受到影响。
洋流能
海洋 盐度差能
海洋能及其开发意义
海洋能具备非常好的品性，即可再生性和清洁性，是现阶段亟待开发利用并十分具有战 略意义的新能源。
我国有18000公里的海岸线、300多万平方公里的管辖海域，海洋能源十分丰富，其中， 近海域波浪能的蕴藏量约为1.5亿千瓦，可开发利用量约3000～3500万千瓦，海洋风能约 有7亿千瓦左右。因此，大力发展海洋新能源，对于优化我国能源消费结构，支撑经济 社会可持续发展意义重大。
世界波浪能储备情况
波浪能，作为海洋能源的重要组成之一，在海洋中的分布非常不均匀。因为波浪是由海面 上风的作用引起的，因此在暴风巨浪中，波浪能达到 1000kW/m；而在平静海面，只有 0.001kW/m。
一般认为北大西洋的波浪功率较高，可达80~90kW/m，而封闭的海域，如地中海只有 3kW/m。太平洋西岸，如日本海域有 50kW/m。
大部分波浪发电装置都采用透平机、水轮机、永磁直线电机，也有些装置采用磁流体发 电机。随着技术的不断创新，新型的发电装置也在不断涌现，如利用压电聚合物实现波 能转换电能。
永磁直线电机原理与结构
永磁直线电机
永磁电机的发展是和永磁材料的发展密切相关的。20世纪60年代和80年代，稀土钴永磁 和钕铁硼永磁相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优 异磁性能特别适合于制造电机，从而使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。
波浪发电技术简介
内容提要 研究背景与意义 波能转换装置简介 永磁直线电机原理与结构 波浪发电系统构建及其仿真
研究背景与意义
世界能源格局
人类对于传统能源的开发，面临着严峻的挑战。现代人的能源需求大约是以前农业社会的 10 倍，相当于每人每天 20 公升的石油。现在传统能源的开发费用已经随着资源的日渐稀 少而变得更加昂贵，并且随着人类的不断消耗，世界主要能源开发期已经屈指可数：石油 大约为 31 年，天然气为 40 年，铀为 48 年，煤为 218 年。
海洋波浪发电研究意义
因为太阳辐射的不均匀加热与地壳冷却及地球自转造成风，风吹过海面又形成波浪，因 此海洋波浪是由太阳能源转换而成的，波浪所产生的能量与风速成一定的比例。波浪能 是近期在海洋能源利用中研究最多的能源形式，因为其是海洋能蕴藏最为丰富的能源之 一，随着人类不断的研究与试验，波浪能的利用也慢慢走向了商业化的道路。
而能源在使用的过程中伴随产生的温室效应和其他污染问题也将逐渐影响到我们的生存环 境。如此恶劣的能源环境，使得能源学家不得不重新审视可再生能源，如风力能、太阳能、 水能、地热能与海洋能等的定位，这些可再生能源的使用量目前仅占世界能源总使用量的 3%，利用率相对传统能源而言是非常低的。
世界能源格局
欧洲议会联盟已计划在 2050 年前完成 “阳光能源改革计划”。这项计划可以概括为减少 能源需求量，增加能源供给的方式，缩减能源供给量，尤其是高碳排放的能源供给模式， 包括：“50 年内减少能源需求量 50%，利用太阳能提供 40%的能源，利用生物能提供 30%的能源，利用风力能提供 15%的能源，利用水力能提供 10%的能源，以及利用石油能 提供 5%的能源。”
波浪能的这些优点意味着：波浪能相对其他海洋能源，利用更加方便，装置可以更加小 巧廉价，可以为沿海地区、海洋平台和远海领域的提供能源。
波能转换装置简介
波能转换装置有多种形式，但总体可以分为三级环节来分别进行分析，如下图所示。第 一级转换是与波浪能直接接触的，其作用是将波浪能转换为实体所持有的能量，通常表 现为随波浪进行起伏运动的机械能。第三级转换即最终转换，是将传递来的机械能转换 为电能的装置，通常为发电机，比较新型的技术还有压电发电装置等，传递出去的电能 经过一定转换可以直接进入电网，供最终用户使用。
与传统电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻，特别是 电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，将其应用于波浪发电领域，采用直立的直 线往复运动的永磁体振子作为电机的励磁，可以直接与波浪的起伏运动特点相吻合，简 化了波浪能的转化过程，且其功率密度与功率因数也高。因此，永磁直线电机是革新传 统波浪发电波能转换装置的良好选择。
右图中的物体1与物体2，分别称为受能体和定体。受能体 直接接受从波浪中传递来的能量；定体相对固定，通过与 受能体形成相对运动或位差而产生能量。受能体和定体是 波能转换装置必不可少的两部分，它们的组合实现波能的 转换。受能体和定体还可以根据装置的不同有各种各样的 形式。
除了第一级转换与最终转换，中间转换并不是必不可少的，它在波浪转换装置中主要起稳向、 增速和稳速的作用。另外有时第一级转换和最终转换装置是有一定距离的，因此就要求中间 转换装置起到传输能量的作用。是否与后面重复
对原理图的描述，可以通过引入 能量转换装置进行
第一级转换装置
第一级转换装置，受能体的不同类型使得能量转换的方式也不同，可以分为如下三类： 受能体为刚体，能量转换方式为波能转化为机械能，如振荡浮子式、摆式、点头 鸭式以及波面筏式； 受能体为水体，能量转换方式为波能转化为动能跟势能，如收缩波道式（即聚波 水库）； 受能体为空气，能量转换方式为波能转化为空气能，如振荡水柱式。
配合受能体完成波能转换另一不可缺少的定体目前这主要应用的有如下几种类型：（1） 锚泊结构；（2）动力定位；（3）固定结构；（4）深水体；（5）其他稳定体。
“点头鸭”式波能转换装置
点头鸭式波能转换装置是在 1974 年由 Salter 提出的，转换效率可接近 90%左右，其名 字的由来是因为该装置的形状和运动特性都类似于鸭的运动。受能体的运动主要来自于 入射波运动产生的动压力和流体静压力，动压力推动鸭身绕轴线旋转，静压力推动鸭嘴 做起伏运动。因为两种形式的运动是同相位的，因此可将产生的能量同时传递出去，从 而再转换为电能使用。
海洋波浪发电研究意义
波浪能比较其他能源有如下优点： 分布最广； 可再生，太阳照射便能产生风能，从而会不断地产生波浪能； 波能流密度最大，最高在某些地方可达到 100kW/m，可利用程度非常高； 洁净无污染； 有按周期性变化的规律可循，便于实现标准化利用； 以机械能形式出现，是海洋能中品位最高的能量。
振荡浮子式波能转换装置的优点是：一、容易建造，它几乎没有水下混凝土，大大降低 了建造难度、建造成本；二、装置转化效率高；三、多是采用岸式装置，避免了能量输 送以及装置系泊的问题，从而节约成本提高效率。正是基于以上优点，使振荡浮子式波 能转换装置有望发展成为实用化的波能装置。
中间转换装置
中间转换在波浪发电系统中是必不可少的，它主要起到了稳向、增速和稳速的作用。另 外在一些系统中第一级转换装置和最终转换装置之间是有一定距离的，因此就要求中间 转换装置起到能量传输的作用。