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可再生能源|前沿研究丨海洋可再生能源的前景( 五 )


（四）波浪能
科学家提出了很多波浪能转换器的设计方案(图7) 。 根据参考文献 ， 科学家设计了50多种转换器设备 ， 包括振荡浮子式、悬浮鸭式、海蛇式、襟翼式和密闭式等 。 工程技术人员必须想办法挖掘发电潜能 ， 提高发电效率 ， 降低环境影响 ， 提高材料硬度和持久度 ， 节约成本 ， 保证可持续性 。 波浪能转换器发电量的理论预测正在通过实验室物理模型研究和现场试验进行验证 。 现有的实验室设施包括爱丁堡的圆形造波池(Flo Wave)和上海、普利茅斯、科克、特隆赫姆、根特等地的矩形造波池 。 波浪能转换器现场试验主要在英国的波浪中心和欧洲海洋能源中心进行 。
可再生能源|前沿研究丨海洋可再生能源的前景
本文插图

图7 波浪能转换器实例
(a)Salter的鸭式波浪能转换器；
(b)海蛇式波浪能转换器；
(c)振荡水柱式波浪能转换器；
(d)Manchester浮子式波浪能转换器；
(e)Archimedes波浪摇摆机；
(f)Wave Dragon波浪能转换器；
【可再生能源|前沿研究丨海洋可再生能源的前景】(g)额定输出功率峰值为150kW的PB150 PowerBuoy波浪能转换器
图7(a)是Salter设计的一款波浪能转换器 ， 它在波浪中产生类似点头的动作 ， 利用该动作抽取液压机液体或压缩空气 ， 然后通过内部的涡轮机把能量转化为电量 。 现场规模方面 ， Salter的鸭式波浪能转换器能以预配置模式布放在海中 ， 以利用当地的波浪条件 。
图7(b)为海蛇式波浪能转换器 ， 波浪通过仪器使部件伸缩和弯曲从而发电 。 2004年 ， 由苏格兰公司海蛇波浪发电有限公司(Pelamis Wave Power)(原名为英国海洋动力传递公司(Ocean Power Delivery))发明的海蛇式波浪能转换器是世界上第一个用于供电的海上波浪能转换器 。
图7(c)是振荡水柱式波浪能转换器 。 它以流动的水作为圆筒内的活塞 ， 当波浪上升时空气被挤压出来；当波浪下降时 ， 外部的空气就会被吸进去 。 流动的空气就会通过圆筒顶部的涡轮机发电 。
图7(d)为Manchester浮子式波浪能转换器 ， 该转换器由许多像钻头一样的装置组成 ， 这些装置和半潜的浮子连在一起随着波浪上下浮动 ， 带动皮带轮控制飞轮旋转 ， 该飞轮与发电机连接在一起 。 投入使用后 ， 这种浮子式波浪能转换器平均可以发电5MW ， 在波涛汹涌的海域使用时可产生更多的电能 。 Manchester浮子式波浪能转换器的造型简单可靠也容易维护——它所有的元部件都在海面上 ， 仅浮子和海面接触 ， 因此它具有很大的吸引力 。 在极端海况下 ， 海浪对钻机的损害可通过加水以抑制浮子运动的办法来避免 。 它可在海面自由漂浮 ， 发电能力与波浪的流动方向无关 。
图7(e)为Archimedes波浪摇摆机 ， 它基于一个拴在海床上的巨大圆柱浮筒建造而成 ， 并在海面至少6m以下工作 。 上部气缸提供浮力 ， 还包含一个基底气缸 ， 通过与海浪同步的上下反复运动发电 。 2007年 ， AWS海洋能源公司在奥克尼海岸首次安装了这种设备 ， 并花费2.5亿英镑安装了100台AWS设备 ， 每台设备的直径为13m ， 高度为35m ， 质量为800t ， 在直线发电机的帮助下可以产生1MW的电力 。
图7(f)为Wave Dragon波浪能转换器 ， 它在高于平均水位的蓄水池中存储海水 ， 然后通过释放海水产生电能 。 Wave Dragon是一种漂浮式波浪能转换器 ， 它利用系缆索固定位置 。
图7(g)是PowerBuoy波浪能转换器 ， 我们可以把它看成点吸收式波浪能转换器 ， 通过上下的摆动产生电能 ， 所产生的电能可以借助于水下电缆传输到陆上 ， 当离岸较远时也可以直接利用 。 PowerBuoy由新泽西彭宁顿的美国海洋能源技术公司(Ocean Power Technologies, OPT)制造 。 这种设备占地面积小 ， 在波涛汹涌的海域也能工作 ， 并且适用于OPT的海上风电场 。 安装在PowerBuoy上的传感器可以监控当地的环境状况 ， 并在极端天气情况下自动锁定设备 。 PowerBuoy已经安装或计划安装在全球范围内的9个位置 ， 以澳大利亚和美国的海岸为主 。


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