波浪能资源整理背景.docx

所有背景整理：1.1.1能源发展趋势全球的不可再生能源是有限的如:石油、煤炭、天然气等。据统计，随着不可再生能源(传统能源)被人类不断地消耗，不可再生能源的开发已经屈指可数。按照目前全人类对能源的消耗速率和增长速度计算:全球的煤炭储量只能够使用约200年;全球的石油储量只能够使用约45年;全球的天然气储量只能够使用约50年「1-3]。传统能源使用过程中伴随着污染与开发费用越来越高的问题，人们不得不开始重视可再生能源的开发和利用。可再生能源指的是在自然界中能够不断再生，并有规律的得到补充或者能够重复利用的能源，如:风能，太阳能，水能，地热能，海洋能等「al。目前这些可再生能源的利用率仅占世界能源利用的3%Csl，远远低于人类对传统能源的利用率，这其中就属海洋能的利用率最低。海洋中蕴藏着很多种可再生的能源，主要有波浪能、潮汐能、温差能以及盐差能等。这些能量统称为海洋能，其中又以波浪能为最主要形式。根据联合国教科文组织在1981年出版的《海洋能开发》估计，全世界的海洋能理论上功率约为7.66x1010kW}''。即使只能开发出其中一小部分，也可以解决当下能源紧缺的问题。虽然全球具有如此巨大的海洋能源，由于各种条件的限制并不是全部都能够为人类所开发利用。表1.1中为世界范围内海洋各种能源的理论估算值、技术可利用值、实际可开发利用功率值。由表1.1表明，虽然波浪能的理论储存值是最少的，但是其实际可开发量却是最多的，其可开发利用率高达10%，故波浪能发电装置的研究就是一项紧迫和必须的任务。其中对于波浪能源，国际能源组织(工EA)1994公布的报告预测「8]:波浪能如果能够充分开发，最终可提供目前全球电力需要的10%左右，估计为2x109-}-3x10KW从我国海洋能源资源来看，海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景广阔。如果将我国的海洋能资源完全变为能够利用的电能，至少可达1.5xlOBkW，相当于我国目前电力总装机容量的两倍多「10j。我国具有丰富的海洋能，其中波浪能量对比情况(见图1.2，波浪能仅占其10.5%，虽然占有率很低，但是仅仅只要开发其百分之一，其数量也是相当可观的。像我国这样，能源需求量的很大国家对于开发新能源的需求是很紧迫的。在这样的情况下，大力开发和利用波浪能，尤其是在我国能源消耗比较严重，经济发展高速的东部沿海地区。此地区与海洋相接，蕴藏着巨大地海洋能源，对于缓解我国能源消耗，支撑社会经济可持续发展具有重大意义。综上所述，世界波浪能资源分布和我国波浪能资源分布，表明可开发和利用波浪能具有很大潜力。我国波浪能资源各省分布表明，福建沿海，海岸线曲折，突出的半岛、山甲角众多，沿岸岛屿连绵不断，其为基岩海岸，波浪较大，因此福建省沿岸也是波浪能资源蕴藏丰富、波浪能密度高的海域。故福建近海域是开发利用优越场所之一，所以本文研究波浪能发电装置的振荡浮子是针对厦门海域。1.2.4振荡浮子式波浪能发电装置振荡浮子式波浪能发电装置是一种典型的波浪能发电装置。它是在振荡水柱式空气透平式波能发电装置的基础上发展起来的。该装置的工作原理图如图1.5所示，第一级能量采集，在波浪中运动的浮子进行对波浪能量的采集，完成波浪能到机械能的转化;第二级能量传递，通过中间系统把浮子采集一转化(波浪能一机械能)后的能量传递到发电系统;第三级能量发电，把传递过来的机械能转化为电能，供用户使用。振荡浮子式波浪能发电装置在欧洲被称为第三代装置。因为第一级能量采集装置一浮子是以与波浪直接接触的方式来采集波浪能，因此装置的第一级能量的转换效率较之前的波能发电装置的效率要高。故其整个装置的转换效率也较之前装置的转换效率有所提高。例如:一般的波浪能发电装置(振荡水柱式波能转换装置)的转换效率在10%-30%，振荡浮子式转换装置转换效率能达到46%以上「2‘，22」。2007年华南理工大学，勾艳芬、叶家玮等人对阵列振荡浮子式波能转换试验装置做了实验研究。此装置采用球型浮子捕获波浪能，在对浮子实施相位控制后系统总效率将达到40%左右。2008年华南理工大学，勾艳芬、叶家玮等人对振荡浮子式简易波能转换装置进行了模型试验，此试验模型直接将浮子俘获的机械能转换成电能，与一般振荡浮子式波能发电装置相比少了中间能量传递系统，能够减少能量损失，提高波浪能利用率。2012年中国海洋大学，高人杰等人在规则波下对四种简单浮子形状进行了模拟，获得了一种捕获波浪能最多浮子形状。综上所述，国内外对于振荡浮子式发电装置虽然有较为全面的研究，但是对较多结构形式的振荡浮子的水动力学以及捕获波浪能效率更为详细的对比研究分析并不是太多。基于此，本文对多种不同结构形式的浮子进行更为深入的水动力学以及捕获波浪能的效率进行研究，并对其进行详细的对比性分析，进而选择最佳的浮子结构形式。二波浪能以其储量大、无污染、可重