一種新型的近海發電裝置設計與研究

王柳 郝修路 曲冰

摘要：地球表面形成總面積約為5.1億平方公里，由海洋和陸地組成，而海洋占地表總面積的百分之七十以上，這也意味著海洋蘊含著豐富的能量有待我們合理的開發。然而隨著科技的不斷進步，人們不斷開拓著自己的生存空間，毫無節制的開采利用著可再生的、不可再生的資源，讓人類不得不對海洋的未來甚至是自己的未來擔憂。文章旨在設計一種對近岸海域的風能加以合理利用的、清潔的、高效的裝置。本裝置包括：直桿以及底組機構，既加強了裝置的牢固性又有防風性能，在太陽能的收集方面的設計，太陽能板傾斜的搭載在隔板頂部的外壁上，在提高裝置對能源收集效率的同時使其運行速率更高，并裝有利于排出積水的穿孔和鏤空口的設計 ，避免裝置遭到浸泡、腐蝕，影響效率。

關鍵詞：海洋;能源;海洋風能發電;太陽能

Abstract： The total area formed on the earth's surface is about 510 million square kilometers， composed of oceans and land， and the ocean occupies more than 70% of the total surface area， which also means that the ocean contains abundant energy that needs to be reasonably developed. However， with the continuous advancement of science and technology， people continue to open up their own living space， unrestrained exploitation and utilization of renewable and non-renewable resources， so that people have to worry about the future of the ocean and even their own future. The purpose of this paper to design a clean and efficient device that makes reasonable use of wind energy in the coastal waters. The device includes a straight rod and a bottom group mechanism， which not only enhances the firmness of the device but also has windproof performance. In the design of solar energy collection， the solar panel is mounted on the outer wall of the top of the partition in an inclined manner， which improves the energy collection of the device. At the same time， it has a higher operating speed， and is equipped with perforations and hollow ports that are conducive to draining water to prevent the device from being immersed and corroded， which affects the efficiency.

Key Words：Ocean， energy， wind power， solar.

1引言

海洋是生命的搖籃，神秘蔚藍而又蘊含著豐富的能源，而這種能源是一種可清潔的、巨大的卻又是極具不穩定性的能源，而我們生活在這顆蔚藍色的星球上無時無刻都需要能量，就要學會合理并且可持續的運用這些能源。在2015年第四屆全國海洋可再生能源年會上，中國國家海洋技術中心發布了中國將計劃在2020年完成三個海洋能源海上實驗場的建設。截至2020年6月已經基本完成建設[1]。在海洋實驗場的實驗平臺下，我們容易得到一種高效的、成本較低的、并且海試（新建船只出海進行科學試驗的簡稱）相對容易的裝置——一種新型的近海發電裝置設計研究。

2技術背景

近年來，在傳統能源短缺、環境壓力日益嚴重的情況下，可再生能源的開發利用及產業化成為能源領域關注的重要內容[2]。我國海岸線長、海洋能源種類豐富，波浪能資源豐富，儲量巨大且清潔無污染，若能有效地利用海洋的能量，則可以有效地緩解能源壓力，減少污染物的排放[3]。同時，我國在潮汐能的利用技術上也趨于成熟，雖在波浪能、潮汐能等技術開發和利用上取得了一定的突破，并研發設計了小型示范應用等裝置，但開發利用工作仍于起步階段。總體情況來看，我國海洋能的開發企業利用已經有較好的技術知識儲備，有很大的發展經濟潛力[4]。一方面，由于我國海岸線綿長，在近海和海岸地區間易形成海陸風，伴隨著近地面風場的形成，本裝置可以合理的利用海陸風產生的風能并輔助太陽能進行發電;另一方面，針對現有的海洋發電裝置在特定環境下不便對自身的對接結構進行合理的裝配、牢固性能較差等能夠影響對海洋能源的高效收集以及發電效率較低等現象提出解決方案。

3設計過程

3.1設計內容

將本裝置結構大致可分為直桿和底組機構，如圖1。

裝置上端結構包括直桿、直桿發電風機以及與發電風機相連接的發電風葉;在裝置的下端即直桿底部裝有基座，包括對接結構、太陽能板、底組桿以及由底桿、上桿、桿條、條頭以及穿接螺紋孔共同組成的底座機構，如圖3所示。

如圖2可見，對接結構是由隔孔、穿孔等若干空洞以及4個對稱的隔板構成的，且對盤直桿形成了卡合的構造，各鏤空口在穿口外圍對稱散布。而在上桿和底桿固定連接方面，經過桿條與條頭形成可滑動的結構，底座結構的在整個裝置的最低端有輔載邊條和條接橫座結構。

3.2基本原理

本裝置運行的基本原理是利用近岸海域的海陸風產生的風能，輔助太陽能完成裝置能源的收集，再通過發電風機進行發電。首先，裝置上端的發電風葉在風的驅動下快速轉動，從而可以獲得一定的能量;其次，太陽能板的裝置吸收太陽能，可以輔助裝置進行快速、高效的能源收集并進行發電;而裝置的鏤空口、穿口等的口洞的設計既可以便于裝置之間的連接，又可以應對海陸風形成伴隨的降雨帶來的積水問題，防止裝置受雨水等的浸泡，影響發電效率。

附圖說明：

圖中：1、直桿;2、發電風機;3、發電風葉;4、基座;5、對接機構;6、對盤;7、隔孔;8、穿孔;9、隔板;10、鏤空口;11、穿口;12、隔口;13、太陽能板;14、底組桿;15、底組機構;16、底桿;17、上桿;18、桿條;19、條頭;20、穿接螺紋孔;21、輔載邊條;22、條接橫座。

3.3設計效果

3.3.1鏤空口與穿孔的設計

一方面可以避免積水對裝置的，防止裝置處于長時間浸泡的環境下遭到腐蝕，影響電能收集的效率，進一步影響發電產率;另一方面有利于直桿的穿接，從而對直桿和對盤的連接作用進一步加強，具有較高的實用性和可操作性。

3.3.2太陽能板的搭載

在裝置結構的設計上，將隔板頂部的外壁設計成歪斜狀，考慮到了太陽能板安裝情況，進一步配合風力發電使用，從而獲得一種高效的、速率快的、清潔的發電裝置。

3.3.3固定底桿和上桿

在裝置的可操作性能方面，首先將底桿和上桿固定，同時通過桿條端部及上桿的可活動連接以改變底桿和上桿之間的距離，達到更好的操作效果。其次，可以通過穿接螺紋孔完成鋼絲等緊固件的連接，在提高太陽能板穩固性的同時提升使用的安全性，不但可以防止海上的惡劣天氣對裝置造成的破壞，還便于連接裝置的底部、電能存儲機構等。

4.結語

綜上所述，本文針對目前海洋發電裝置的結構不便于適應環境以及不足夠堅固的缺陷我們設計了一種巧妙利用太陽能、風能等清潔能源完成了海洋能源的高效收集的裝置，本裝置合理利用清潔能源，并在以往效率不夠高效的裝置上提出創新，設計了一種結構合理、穩定性能較高、安全性能較高、在高效收集能源的同時又可避免自身遭到雨水等的腐蝕的裝置，滿足了一個高效的海洋能源收集裝置具有的特征，具有一定的實用價值和應用意義[5]。

參考文獻：

[1]周逸倫，張亞群，吳明東，陳坤鑫.海洋波浪潮流能實驗場發展現狀及建議[J].新能源進展，2021，9（02）：169-177.

[2]王項南，薛彩霞，賈寧，張原飛，夏海南.我國海洋能發電裝置檢測認證體系建設的思考[J].海洋開發與管理，2019，36（11）：3-9.

[3]陳遠明，盧溢楠.一種堤岸波浪發電裝置的方案設計及運動仿真[J].北部灣大學學報，2020，35（06）：7-10.

[4]楊薇，孔昊.基于低碳經濟的福建省海洋能源產業發展可行性研究[J].海洋開發與管理，2017，34（11）：61-65.

[5]李娜，張培明.一種汽車尾氣處理裝置的設計[J].科學技術創新

作者簡介：王柳，女，（1999.5-），漢，遼寧朝陽，大連海洋大學海洋科技與環境學院，海洋資源與環境專業，本科在讀，地址：大連海洋大學 email：1529795470@qq.pom

通訊作者：曲冰，男（1980-）大連海洋大學副教授，email：qubing@dlou.edu.cn

基金項目：大連海洋大學大學生創新創業訓練計劃項目（X202010158016）