波浪能转换形式多种多样,但装置通常由两部分捕获波浪能的波浪吸收系统和能量转换系统组成。波浪发电装置按照吸收系统的型式能够分为:震荡浮子式、震荡水柱式以及越浪式;能量转换系统可以将采集到的波浪能转化成机械能或者电能,能量转换系统有液压系统,轮机或电机等。84109
而本文中讨论的是震荡浮子装置。震荡浮子式波能装置也叫作第三代波浪发电装置,它的优点很多,基本包括以下几点:
(1)装置会与波浪发生直接接触,在降低能量损耗的同时,减少了能量转换次数,所以有相对较高的能量转换效率;
(2)此装置十分灵活,可以按照各种的装机容量要求以及波浪能的分布情况实行点阵放置;
(3)装置单面占的面积较少,可以不考虑其对波浪场的影响。
目前,震荡浮子式波浪采集装置大多是通过结合两种或多种组合运动的方式来采集波浪能,并且使用直线电机或者液压马达系统作为装置的电力转化系统。
现在,中国有非常多的项目在开发波浪能,震荡浮子式波浪发电装置通常有三种类型,分别是离岸式,近岸式,以及岸式。论文网
岸式装置就是被安装在岸线上的发电装置,浮子在波浪作用下会沿着轨道上和下沉,通过这种运动就能实现波浪能的收集。它的优点是便于安装和维修。
工作原理:保持储存设备内存有恒定的由波浪能转化而来的液压能。这些液压能将被分为两部分使用,其中一部分液压能通过液压马达转化为稳定的电流输出,其他的液压能用来支持海水淡化机的能耗。海试结果表明,整个发电装置的总效率可以达到50%,其中液压能量输出系统的转换效率高达60%。此装置输出的电能的质量很高,堪比柴油发电机产出的电能。并且他输出的能量可以直接使用,非常方便。装置消耗能量很低,只有0。4kW,因此在中国的海洋波浪环境(波浪高度高,周期小)下这个发电装置能够很好的适用。这个装置能够更高效率地转化能量,在输出电能的时候更加的稳定,同时装置在输出电能时消耗很低,在国际上处于领先地位。
浙大研究出类似于蚌结构的近岸摇摆式波浪能采集装置,这个装置在深度为20m的水中使用,使用时要将底部固定在海底。装置底部的平台用较大的金属板铰连接,这样装置就会在波浪中左右摇摆。在此过程中,波浪能会被金属板两侧的液压油缸吸收,能量输出前,以高压油流入大型的液压蓄电池的形式完成能量的储备[12]。该装置的研究学者们通过理论分析、数值模拟、和各种尺寸的模型模拟实验研制出该装置,并且将该装置放入海洋中进行了等比尺模型实验[13]。
离岸式装置最典型的代表是漂浮式点头鸭装置,这是由广州中科院能源研究所研究发明的。为了使它适用于我国的海洋状况,他们改进了英国生产的鸭式装置。为了最大限度地提高该装置的吸收效率,采用了轴不对称体的外观设计。其外形设计为轴不对称体根据的研究结果:在两个维度上,漂浮的物体会产生不对称的波浪辐射的传播,而射波所产生的能量又可能会被漂浮的物体完全吸收[13]。
如今,在日本、欧洲、美国等发达国家生产出震荡浮子式波浪发电装置的技术已相当成熟。该装置可以分为三类:组合型,单自由度(摇摆式以及升沉式),和多自由度。
单自由度震荡浮子装置一般有两种类型,它们是升沉式装置以及纵摇式装置。
以多自由度运动的方式吸收波浪的震荡浮子式装置:这种装置的构件会在海洋波浪产生六个不同自由度的运动,如果在采集波浪能的过程中,能够合理地使用它自由度的运动,能够提高波浪能的采集效率。