数十年来,关于波浪能发电技术的专利多达数千个,发电装置形式多种多样,研究机构也是层出不穷。
世界各海洋大国十分重视波浪能发电技术方面的研究,英国、瑞典、葡萄牙、美国、日本等国处于领先地位。
海浪既是清洁的,也是可再生的能源,有着巨大的全球发电潜力。
如果被充分利用,全世界大约40%的电力需求可以由这一资源提供。
世界上80万公里(千米)的海岸线其中的2%具有超过30千瓦/米(kW / m)的波浪功率密度,在基于转换效率40%的条件下,估计全球波浪能发电技术潜力约为500吉瓦(GWe)。
英国实用离岸波浪能每年为55 TWh(太千瓦时),占当前所需能源14%,欧洲潜在波浪能至少每年为280 TWh。
美国电能研究所评估美国切实可行的波浪能为每年为255 TWh,占当前所需能源6%。
全球波浪发电功率密度分布图根据调查和利用波浪观测资料计算统计,我国沿岸波浪能资源理论平均功率为1285.22万千瓦,这些资源在沿岸的分布很不均匀。
以台湾省沿岸为最多,为429万千瓦,占全国总量的三分之一。
其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也较多,在160-205万千瓦之间,约为706万千瓦,约占全国总量的55%,其它省市沿岸则很少,仅在143-56万千瓦之间。
广西沿岸最少,仅8.1万千瓦。
波浪能源项目部署情况波浪能发电技术海浪是由风吹过海面引起的,波浪发电技术可以从海浪的表面运动中提取能量,也可以从海面下的压力波动中提取能量。
最好的利用波浪能条件是在中高纬度和深水(深度大于40米)区域,根据科学调查发现该区域波浪能功率密度为60-70 kW / m。
根据发电装置的拾能原理和转换原理,并参照欧洲海洋中心的分类方法,通常波浪能发电技术主要包括四级转换,第一级转换是捕获装置吸收波浪能;第二级转换由中间转换装置优化第一级转换,产生稳定的能量;第三级转换由发电装置把稳定的能量转化成电能。
第四级主要是控制系统在运行条件下保障和优化性能。
波浪能一级转换主要收集波浪所具有的动能和势能。
主要类型分为:振荡水柱型、漫反射型、振荡体型等。
中间转换环节主要辅助波浪能二次转换,主要分为机械式、液压式和气动式。
三级转换主要将能量转换成电能,主要类型分为电磁感应发电机、直线发电机、磁流体发电机、压低发电机等。
几种主要波浪能发电装置工作原理示意图点吸收式(Point Absorber);漫反射式(Overtopping);振荡水柱式(Oscillating Water Column);衰减器式(Attenuator);倒立摆式(Inverted pendulum)波浪能发电技术分类振动水柱式波浪发电技术该技术是目前研究和使用最多波浪能技术,基本原理是利用压缩空气推动汽轮发电机组发电。
根据安装位置可分为离岸式、近岸式和靠岸式。
这种系统的主要优点是它们的结构简单性而且可靠,但是性能水平不高,发电效率不足30%。
振动水柱式波浪发电技术原理示意图振动水柱式波浪发电装置振荡体型发电技术振荡体型系统比振动水柱式系统复杂,尤其是在电能输出(power take-off (PTO))系统部分,一般适用于水深超过40米的海域。
点吸收器,衰减器和倒立摆(或“振荡浪涌”)系统都是属于振荡体型系统。
振荡体型系统的优点包括其尺寸和多功能性,而且它们大多数是浮动装置。
但是其PTO的性能和系泊系统的技术还不成熟,仍然需要加强技术改进。
丹麦Wave Star 公司点吸附式波浪能发电装置 英国Aquamarine Power 公司的牡蛎(Oyster)倒立摆发电装置漫反射型发电技术主要是收集波浪势能,将水沉积到平均水位以上的储存器(有时通过浓缩收集器)中,然后利用涡轮机转化成电能。
这个系统的主要优点是原理简单,当储水器中水位达到高度让它通过涡轮机便可发电。
缺点是漫反射发电装置体积巨大、效率低,水下有活动部件,可靠性不高。
丹麦Wave Dragon公司的漫反射型发电装置 西班牙的WaveCat漫反射型发电装置就目前来看,波浪能发电技术还是很不成熟的。
不同地区的波浪状态差别很大,导致了各种各样的技术。
因此,对于所需的各种部件,缺乏产业凝聚力和有限的供应链。
据有关专家计算,海洋波浪能发电技术成本比常规热电要高出10倍,短时间内难以商业应用。
由于波浪的随机性、不稳定特性,波浪能发电的输出电压在幅值、频率及相位均不稳定,并网时对电网会形成冲击。
波浪能发电技术具有巨大的能源潜力,技术更新仍在继续,也必将会成为世界新能源的重用组成部分。
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