一種高效差動直驅式海洋能發電裝置的產業化研究開發

來自 搜狐網 的圖片

一種高效差動直驅式海洋能發電裝置的產業化研究開發煤、石油、天然氣是常規能源，他們是不可再生的能源，它是人們賴以生存的能源，然而隨人類的發展和生活質量的提高，對能源的需求量越來大，因此，人類必須估計到，非再生礦物能源資源枯竭可能帶來的危機，從而將注意力轉移到新的能源結構上，儘早探索、研究開發利用新能源資源。

目錄

1、項目的研究目的、意義

煤、石油、天然氣是常規能源，他們是不可再生的能源，它是人們賴以生存的能源，然而隨人類的發展和生活質量的提高，對能源的需求量越來大，因此，人類必須估計到，非再生礦物能源資源枯竭可能帶來的危機，從而將注意力轉移到新的能源結構上，儘早探索、研究開發利用新能源資源。與能源相關的另一個主題是氣候變化問題，氣候變化為人類及環境帶來種種災難，如極端氣候、冰川融化、永久凍土層融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生態系統改變、洪水乾旱的災害增加、致命熱浪等等。

過去一百多年，我們一直依賴化石燃料提供能源應付生活所需，排放的溫室氣體如二氧化碳等加強了溫室效應，引發氣候變化。燃煤、燃油是帶來氣候變化的元兇。為改善氣候變化和環境問題，國際上不斷尋求和利用綠色清潔能源。 水能、風能、太陽能、生物質能和海洋能等是可再生能源，是可以永續利用的能源，不存在資源枯竭問題。目前，世界各國都力推可再生能源，中國更應該把握住發展可再生能源的時代走向，爭取在可再生能源開發利用上走在世界前列，緩解日益加重的能源危機與環境壓力。 在地球中海洋占有71%，而陸地則只有29%，海洋蘊藏豐富的資源與能量，所以充分利用海洋的能量，是人類解決能源危機的一個很好的選擇。而人類早從100多年前就開始了利用浩瀚海洋的巨大能量來服務人類的探索。海洋受到太陽，月亮等星球引力以及地球自轉、太陽輻射等因素的影響，以熱能和機械能的形式蓄在海洋里。海洋能主要包括潮汐能、波浪能、洋流能等動能量和海洋溫差能、海水鹽差能、海洋滲透能等，有專家估計，全世界海洋能的蘊藏量為750多億千瓦，這些海洋能源都是取之不盡、用之不竭的可再生能源。 20世紀90年代以來，開發利用新能源和可再生能源已經成為中國的一項戰略選擇，《2010年新能源和可再生能源發展綱要》指出：發展新能源和可再生能源的戰略目標是逐步改善和優化中國的能源結構，更加合理、有效地利用可再生資源，保護環境，促使中國能源、經濟和環境的發展相互協調，實現社會的可持續發展。發展開發海洋能技術，是實現這一戰略目標的重要的有效路徑之一。 發電是海洋能轉化利用的主要形式之一。由于海洋能具有資源儲量大但能流密度小、供能連續性及可儲存性差、技術開發所處環境惡劣等特點，因此在一定程度上限制了海洋能的利用及其產業的發展。海洋能發電的瓶頸問題是缺乏有效的能量轉化裝置，因此研究開發新型海洋能發電機技術十分有助于海洋能的利用開發。

2、項目研究內容摘要

提出一種動子和定子可以同時相對運動的差動式波浪能直線發電機，與傳統的直線電機相比，在同樣的波浪條件下該電機相對運動行程提高一倍，運動速度增加一倍，發電效率成倍增加，並具有復位可靠等優點。此外研究了基於液壓蓄能器的新型波浪能採集方式。

3、項目的主要技術關鍵問題及擬採取的解決方案

3.1永磁體組件與線圈組件的性能參數和結構工藝。 解決方案：

（1）採用有限元、邊界元方法進行電磁場數值建模分析，並通過ANSYS、ANSOFT有限元軟件仿真。項目負責人對電磁場理論及數值分析具有堅實的理論專業基礎，可保證理論分析的順利完成。

（2）進行大量的實驗研究。

（3）諮詢電機設計專業工程師協助解決。

3.2 永磁體組件與線圈組件的差動結構設計。 目前擬採用的方案是：永磁體的上端通過滑輪、鋼絲繩索連接到線圈組件的上端；同理，永磁體的下端通過滑輪、鋼絲繩索連接到線圈組件的下端；可配置多組這樣的連接。同時，在永磁體組件和線圈組件的上、下端設置緩衝、復位彈簧。

3.3 波浪能的能量採集方式。 本項目提出能量收集裝置與電機可分離放置的方案，安裝方便，機動性好，安全可靠，改善了電機的工作環境。能量採集採取液壓蓄能器，蓄能器存儲的高壓液壓能可通過液壓管道傳給直線電機。液壓蓄能器採集能量的另一個優點是適宜採集波浪較小時的能量。波浪較小時驅動電機運動較為困難，影響了發電效率，通過蓄能器將較小的波浪能聚積提高了能量獲取與轉化效率。

4、項目創新點

4.1 提出了動子與定子同時相對運動的差動式圓桶型直線發電機，在同樣的波浪高度下，與傳統的直線發電機相比，電機行程擴大了一倍，相對運動速度提高一倍，發電效率成倍提高，克服了傳統直線發電機運動速度慢、不能可靠復位等缺點。

4.2 基於液壓蓄能器的能量採集裝置，首先將功率密度較小的波浪能收集存儲，到一定壓力後同液壓系統控制驅動差動式直線發電機。該方案解決了較小的波浪能驅動發電機動力不足，達不到理想的額定工況問題，同時避免了傳統的機械、液壓式能量收集裝置體積龐大，成本較高的缺點。此外，該能量採集裝置可與電機分離放置，安裝方便，安全可靠，改善了電機工作環境。

4.3 本項目對發電系統整體結構進行創新性設計，可提高系統抵抗惡劣、極端天氣的能力，提高海洋能綜合發電系統的可靠性、穩定性、安全性，延長其使用壽命。