適用于多海域的海浪發電機

王先云

摘 ?要：波浪能發電是利用波浪發電制作成的電源，為海洋傳感節點供電具有諸多優點。因此，在各種綠色可再生能源能中，海浪能越來越被人們重視【1】。本文主要介紹一種適用于多海域的浮標式海浪發電機的實驗設計，該發電機通過三級能量轉化將波浪能轉為電能。

關鍵詞：海浪發電;單擺浮子式

引言

能源問題是我們人類一個迫切需要解決的問題。目前海浪發電機類型有很多，各有優缺點，在充分了解波浪特點及總結前人經驗的基礎上，設計了一種單擺浮子式海浪發電機。該發電機具有實用性強、適用范圍廣、適用壽命長、無功損耗較少等優勢。總設計思路為浮標捕獲波浪能，使之轉為浮標上下來回運動機械能，該機械能經擺臂、定向齒輪箱、同步輪系統多級傳動后，轉化為始終沿一個方向轉的電機軸動能，這樣電機能夠高效穩定地發電。

一、裝置原理

1.整體設計思路如下圖所示：

浮標捕獲海浪能量，轉為浮標機械能，然后經同步輪系統傳動后轉為電機軸機械能，再經高效電機內部轉為電能，經電纜輸出后經整流濾波處理，最后輸送給負載。

2裝置的結構和特點

該發電機裝置主要有三個部分組成：一是浮標，其作用是捕獲海浪的能量;二是發電結構，其作用是將浮標所捕獲的能量轉化為電能并通過電纜輸出;三是固定支架，其作用是將浮標和發電結構靈活地固定在某一合適位置，且便于浮標和發電結構的位置調試。固定支架本身可以固定在海底、海岸甚至是深海石油站上，圓柱形管具備一定的抗沖擊性。因此，該海浪發電裝置可以適用于多種海域。另一方面，一個固定支架可以同時固定多個發電結構，即節省空間又充分利用波浪的能量，可以充分體現本海浪發電裝置設計靈活高效的特點。

二.波浪能理論

海洋各點海浪變化是極其復雜多變的。因此，討論波浪理論往往會進行簡化。在接下來討論中，為方便研究，可以把海洋波動所形成的波形近似看作正弦波或正弦波的疊加【2】，如圖8海浪波動的剖面曲線所示：

波峰為曲線的最高點、波谷為曲線的最低點;波長為λ;波高H為波峰與波谷間的鉛直距離;振幅為A;周期 T波速 c=λ/ T;波陡以δ= H /λ表示。

三、總結

本文設計了一種單擺浮子式海浪發電機，采用機械裝置將波浪能轉換為機械能進行發電。通過浮標將波浪運動轉化為擺臂上下擺動，然后用同步輪系統傳動使電機軸轉動來發電。在制作出發電裝置后，在實驗室制作水池進行模擬測試。經過測試和分析，得出以下結論：

（1）浮標形狀適合采用長方體形狀，在模擬測試中能夠捕獲約1/3的波浪能量。

（2）機械傳動采用同步輪系統，同步帶傳動具有傳動比精確、效率高、使用壽命長、噪聲低、軸上壓力小、具備一定的抗沖擊不潤滑劑、結構緊湊等優點。

（3）由于諸多原因無法計算發電裝置輸出功率，最主要原因是發電機的轉速呈現脈動循環，因此發電機的輸出電壓呈現非對稱循環變化，影響該發電裝置的功率。

本實驗設計的海浪發電機的優點是：發電效果顯著;適應多種波形海浪;發電裝置結構模塊化，易于組裝和維修;節省空間，一個固定支架可以同時固定多個發電結構，即節省空間又充分利用波浪的能量，可以充分體現本實驗設計靈活高效的特點;發電平臺固定，可以直接用電纜輸出電能，避免了因平臺晃動造成的電能輸出成本的提高;發電結構既可以安裝在海上已有的固定支架，例如深海石油站，也可以直接安裝在事先建好的支架。

參考文獻

[1] ?孫興旺 漂浮式海浪發電裝置的結構動力分析及控制研究[D]..山東大學 . 2013年5月23日

[2] ?李坤. 浮標式海浪發電機的研制. 哈爾濱工業大學，工學碩士學位論文. 2017年7月