基本信息
- 项目名称：
- 箱筒型基础防波堤结构波浪发电研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目将“节能减排、低碳环保”、“绿色能源—波浪能”与“新型防波堤结构”三种理念结合起来，提出一种通过简单改造箱筒型防波堤来发电的理念并设计了数种复合型箱筒型防波堤发电结构，进行了水工物理模型试验，同时重点针对OWC式发电，采用物理模型试验与fluent数值模拟相结合的方式进行发电可行性验证，并且考察了开孔形式等对发电效率的影响。该复合型发电方式可明显降低建设成本，为波浪开发发展开辟了新途径。
- 详细介绍：
- 20世纪以来，依赖于传统化石燃料的开发和利用，虽然创造了空前繁荣的物质文明，但也带来了严重的环境污染和巨大的资源浪费。上世纪70年代首次爆发了石油危机，根据《BP世界能源统计2006》的统计数据表明，以目前的开采速度，全球化石燃料最多供应162年，而依据短板效应，仅供40年的需求量，若不开发新能源，改变能源结构，一场能源危机将不可避免。因此，各国开始将注意力注意到寻找适宜廉价的绿色能源上，而海洋波浪能作为一种清洁的可再生能源，成为了21世界人类关注并大力开发利用的新能源，长期以来，世界各国对其投入了大量的研究。 据世界能源委员会的调查显示，全球可利用的波浪能达到20亿千瓦，相当于目前世界电产量的2倍。我国是一个陆地广袤、海洋辽阔、岛屿众多、海岸线很长的国家，仅大陆岸线就长达18000Km。具备着研究波浪能发电的优势与条件。波浪能表现以机械能形式、能流密度大、分布广等特点也均有利于利用波浪发电的研究。依据《联合国气候变化框架公约》，到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，在如此短时间内这样大规模降低二氧化碳排放，我们必须依赖于水电的有效利用。 鉴于波浪能利用在成本及技术方面难以和常规能源相竞争，波力发电装置虽然研究很多，但在全球范围内并没有得到广泛推广。随着波力发电新形式提出，建造成本的降低和效益的提高，波浪能发电必在世界能源结构中占据重要位置。 本项目提出的是一种复合型箱筒型防波堤发电方式，箱筒型防波堤适用的地质条件上层为淤泥质,持力层为粉细砂层或粉质粘土层,箱筒型结构可作为防波堤或码头的基础广泛应用于港工结构中,尤其在渤海湾的淤泥质海岸有很好的应用前景。鉴于采用抽真空和充气可以使钢箱筒下沉和上浮反复进行,并能有效控制钢箱筒的标高,施工中可以把钢箱筒作为施工平台使用,其上部结构可以在钢箱筒上进行现场浇注,节省大量预制吊运费用,这一点是其他基础结构所无法比拟的，因此，在水运工程中尤其是在渤海湾淤泥质海岸,具有很好的应用前景。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 通过仅对箱筒型基础防波堤结构改造，将防波堤结构改造成为空气透平式、摆式等多种发电装置系统，利用波浪的周期性运动，周期性压缩防波堤内密封空气带动涡轮转动，或周期性带动摆板绕转轴摆动，进而带动发电装置，最终将“波浪能”转变为“电能”。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题将“节能减排、低碳环保”、“绿色能源—波浪能”与“新型箱筒型基础防波堤结构”三种理念结合起来，将源源不断的波浪能转化为电能；同时因为此项研究仅是在原有或待建的防波堤结构上进行简单的改造，所以可以大幅度节约工程成本。
应用价值和现实意义
- 波浪能发电作为科技工程发电中的一种重要形式，亟需得到合理开发利用。箱筒型基础防波堤已在天津港等地区大规模投入使用。若该成果能够得到利用，将会大大缓解相关区域的用电压力，还可以向外输出电能供给其他领域。 箱筒型基础防波堤需要材料少、成本低，一经投入使用，会收到可观的经济效益，具有深远的工程意义。同时也能提高箱筒型基础防波堤的应用价值，使该防波堤具有一体多能的优点，得出一种多功能的新型防波堤。
学术论文摘要
- 项目研究背景： (1)．节能减排、低碳经济已成全球整体趋势。 (2)．极具潜力的绿色能源。依照我国“十一五”规划纲要，节能减排计划应包括依靠科技。波浪能表现以机械能形式、能流密度大、分布广等特点也均有利于利用波浪发电的研究。 (3)．防波堤结构改造。传统防波堤功能只是防浪挡沙，本课题出发点就是将作用在防波堤上的波浪能加以利用并转换为电能。 本项目将“节能减排、低碳环保”、“绿色能源—波浪能”与“新型防波堤结构”三种理念结合起来，提出一种通过简单改造箱筒型防波堤来发电的理念并设计了数种复合型箱筒型防波堤发电结构，进行了水工物理模型试验，同时重点针对OWC式发电，采用物理模型试验与fluent数值模拟相结合的方式进行发电可行性验证，并且考察了开孔形式等对发电效率的影响。该复合型发电方式可明显降低建设成本，为波浪开发发展开辟了新途径。 本项目是在已建或待建的防波堤结构上进行改造，可以大幅节约波浪发电波能采集装置的成本，这也是本作品最大的创新之处，利用已有防波堤进行改造，使其具有一体多用的功能。与世界现有其他的波浪发电装置相比，因大幅节约成本而更具有经济优势。
获奖情况
- 校级大学生课外学术科技作品竞赛特等奖 校级第二届节能减排社会实践与科技竞赛特等奖
鉴定结果
- 作品原创，情况属实
参考文献
- 基于VOF模型的OWC气室波浪场数值分析，史宏达，李海锋，刘臻，中国海洋大学学报
同类课题研究水平概述
- 全世界波浪利用的机械设计数以千计，关于波浪能转换的各种专利已超过1500项，波浪能利用被称为“发明家的乐园”。 一方面，目前波浪能研究所存在的主要技术问题： 1材料问题——波浪能装置的材料应该具有（1）抗海水腐蚀的特性；（2）廉价；（3）较好的耐久性和可靠性。 2工业产品系列太少——目前并不存在专门为波浪能利用而发展的工业产品，只能逐渐发展。 3投入研发经费不足。 另一方面，传统的防波堤结构仅仅起到防波挡浪，维持泊稳环境的作用。国内外利用防波堤结构来进行发电尚无深入成熟的研究。
