一种用于海浪发电机的液压系统设计

　　1 引言

　　海洋蕴藏着巨大的可再生的/绿色0能源,如潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能等,是地球上主要的无污染和可再生能源之一,也是人类未来赖以生存的重要能量来源之一。利用海浪发电是开发利用海洋能的一条重要途径。有人曾对世界各大洋平均波高1 m、周期1 s的海浪进行推算,认为全球海浪约可发出700亿千瓦电力,其中可开发利用的约为25亿千瓦。海浪中蕴藏有如此丰富的能量,如将海浪的动能转化为电能,使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务,是人们多年来梦寐以求的理想。

　　2 海浪发电的能量转换

　　风与海面作用产生波浪,波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的,波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的特点是力大、低速(周期为几秒)、能流密度低,做无规则的往复运动,波力巨大擎入,大波浪可把重达130 t的岩石抛到高达20 m的岸上。波浪能流密度虽低,但其横向作用产生的能量密度很高,且沿海岸线分布,有利于开发大功率波力发电站。尽管海浪发电装置的设计方案多种多样,但实质上都是把波浪能转换为电能。目前被采用的基本上属于下列5种类型(如图1)。

　　(1)机械能 波浪能量是一种冲击动能,通常无法直接带动旋转的发电机发电,必须进行能量转换。将波浪的起伏运动通过机构转化为直线运动或者回转运动,即将海浪能转换为机械能,再带动发电机工作转换成电能。譬如,以色列人欧瓦迪亚发明的海浪发电装置主要由面向海浪的采能板和与岸堤相连的连接杆构成。其工作原理是:当海浪来临时,推动采能板后退,海浪下沉时,采能板随之前进,因此,每一次海浪,都能够导致采能板作前后两次位移,由此推动与之连接的连杆作前后运动,产生机械能;

　　(2)气压能 把海浪能转换为气压能是目前应用较广泛的一种,即波浪冲击挤压空气室中的空气,压缩空气驱动气力涡轮机,涡轮机再带动发电机发电。譬如,苏格兰埃斯雷岛的海浪发电厂在海岸上建一个宽23 m的动力舱,动力舱在水面以下有一个海水涌入的通道;当海水涌入动力舱时,舱里的水体能在海水的作用下来回晃荡,由此产生的空气流有足够的动力推动涡轮发电机,它的原理跟利用水流推动发电机一样;

　　(3)液压能 波力冲击振子,带动液压缸活塞做往复直线运动,将海浪能转换成液压系统的压力能,油压驱动马达旋转,并带动发电机发电。例如,在浅海中的浮标摆动式海浪发电装置、深海中的英国奥克尼/Pelamis0海洋发电机,都是利用液压系统进行能量转换的实例;

　　(4)水势能 将内盛海水的水斗通过连杆机构固定在岸基上,而水斗浮在水面上,被浪冲击推举水斗上升后,被连杆折翻并将斗内海水越过堤坝倒入水库,多次反复作用,就如同潮汐发电那样利用水库和海面之间的水位差,来带动涡轮发电机发电;