基本信息
- 项目名称：
- 一种新型海洋波浪能发电装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该作品以小型、离岸式的波浪能发电装置为设计目标，为海洋浮标等海洋观测设备长时间持续供电。设计的振荡浮子式波浪能发电装置使用了一对棘轮式离合器，使装置在波浪上下运动的过程中都能使输出轴朝一个方向旋转，实现了全波输出，从而提高了发电效率。
- 详细介绍：
- 海洋浮标等离岸海洋设备无法通过电缆供电，大部分靠蓄电池或太阳能提供电能。而蓄电池容量有限，太阳能依赖天气状况，这些固有缺陷不能满足海洋观测设备长时间持续供电的要求，维护使用时间短。因此，该作品以小型、离岸式的波浪能发电装置为设计目标，为海洋浮标等海洋观测设备长时间持续供电。设计的振荡浮子式波浪能发电装置使用了一对棘轮式离合器，使装置在波浪上下运动的过程中都能使输出轴朝一个方向旋转，实现了全波输出，从而提高了发电效率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 设计研究小型、离岸的海洋波浪能发电装置，解决海洋浮标等海洋观测设备供电难的问题。 基本思路： 波浪是上下运动的，而发电机是旋转运动的，形成了将波浪的上下运动转化为发电机的旋转运动来进行发电的想法。 研究的主要思路如下 (1) 查阅文献比较现有的波浪能发电装置的优缺点，最终选定以振荡浮子式波浪能发电装置为研究对象。 (2)根据海洋波浪的运动特点和波浪能发电装置的工作要求,确定振荡浮子式波浪能发电装置的设计原则、设计方案。 (3)以俘获最大的波浪能为目标，对浮子尺寸进行设计计算；根据浮子所受波浪力和运动位移确定转换装置的结构尺寸，如双面齿条、传动齿轮、输出齿轮和传动轴等。 (4)对振荡浮子式波浪能发电装置的整机转换效率进行计算，并与其他典型的海洋波浪能发电装置的整机效率进行比较。 (5)加工制造出样品，进行实验测试。 创新点： (1)全波浪输出，波浪能转换效率高。 (2)以小型、离岸为设计目标，为海洋浮标等海洋观测设备持续提供电能。 技术关键： 本作品设计的海洋波浪能发电装置实现了全波浪输出，克服了已有装置效率低、制造成本高的缺点，能够实现独立发电，可以为海洋浮标等海洋观测设备持续供电。 主要技术指标： 发电功率：1kW 整机效率：40.2%
科学性、先进性
- 该作品的科学性、先进性主要体现在以下四个方面： (1)已有的波浪能发电装置大多为半波浪输出，即只能将波浪向上或向下的运动转换为波浪能，波浪能转换效率较低。而本作品设计的波浪能发电装置利用一对同向安装的棘轮式超越离合器能够实现全波浪输出，即波浪的上下运动都能转换为电能，提高波浪能转换效率。 (2)本作品设计的波浪能发电装置是由标准的机械零部件组成，因此结构简单、内部机构安装简便、制造成本低廉。 (3)振荡浮子式波浪能发电装置比其他波浪能发电装置低，建造相对简单，吸收波浪能的效率较高。 (4)根据海洋浮标等海洋观测设备的用电需求设计的一种小型、离岸式的海洋波浪能发电装置，能够满足海洋浮标等海洋观测设备长时间持续电能的需求。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 该波浪能发电装置尚处于实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 1.实物； 2.模型； 3.图纸； 4.现场演示； 5.图片； 6.录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- （1）海洋浮标等离岸海洋观测设备无法通过电缆供电，大部分靠蓄电池或太阳能提供电能。而蓄电池容量有限，太阳能依赖天气状况，这些固有缺陷不能满足海洋观测设备长时间持续供电的要求，维护使用时间短。为了实现为海洋观测设备持续供电的要求，本作品设计了小型离岸式海洋波浪能发电装置。 （2）在较大面积的河流、湖泊中，本作品设计的海洋波浪能发电装置可以安装在河岸，为航标灯供电。 （3）通过改变浮子尺寸和装置尺寸，可以制造出输出功率更大的波浪能发电装置，为用电量较大的元器件供电。 此外，本作品除了为离岸海洋观测设备和平台稳定供电奠定基础, 还可考虑海水淡化、供暖、制冷, 解决部分电网未覆盖的有居民海岛、偏远无电的无居民海岛或建设生态岛的供电。因此，本作品设计的海洋波浪能发电装置经过进一步的实验和调试，将具有巨大的经济效益和社会效益，并具有很好的推广前景。
同类课题研究水平概述
- 早在1911年，世界上第一个海洋波浪能发电装置就诞生，之后许多国家都致力于开发与研究波浪能发电。80年代波浪能开发转向以为边远沿海和海岛供电为目的的实用性、商业化的中小型装置为目标，各国相继建成了20多个波浪能转换装置或电站。 (1)国外研究现状 自1964年，世界上第一台小型气动式波浪能发电装置发明以来，到目前为止，世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、瑞典、丹麦、印度、美国等国家相继在海上建立了波浪发电装置。具有代表性的有：1985年，英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75kW的振荡水柱波力电站；1995年，世界上首台商用波浪发电机在英国克莱德河口海湾发电，容量达2000kW；2000年，在苏格兰伊斯雷岛附近建成波浪发电厂并开始运行，生产能力为500 kW；2004年，在苏格兰奥克兰群岛上设立“欧洲海洋能量中心”。这是全球首座海洋能量试验场，它将对新型海洋能源技术和设备进行试验和推广。2008年，“欧洲海洋能量中心”正式启动新研发的海浪能源系统。目前，日本三井造船、出光兴产、风力开发三家公司正在推进日本国内首家波力电站的建设工作，预计该发电的功率将达到2万千瓦。据悉，他们计划在2011年建好设备并着手进行实验，到2012年全部完成。 (2)国内研究现状 我国近代的波浪能研究始于1968年。航空工业部623所的樊世荣研究了基于水翼原理的波力发电装置。自70年代开始，由上海市机电局牵头，1975年研制了一台1kW的波力发电浮标并在浙江省嵊山岛附近进行了试验。1977年又研制了小型航标灯用波力发电装置并在长江口的横沙岛附近进行了试验。80年代以来，有十几个研究所和大学开展了波能转换的研究。 我国50kW岸式振荡浮子波浪能电站是由广州能源研究所研制并建于广东省汕尾市，项目开始于2001年，2006年4月建成。实海况试验表明，系统工作平稳，转换效率较高，实现了独立稳定发电。我国30kW沿岸固定式摆式电站由国家海洋技术中心于1994年和2000年进行了实海况试验，实现了离网发电，为岛上居民供电。 总之，小型、离岸式波浪能发电装置的研究和利用较少，现有的小型波浪能发电装置功率也较小。随着我国海洋开发的深入，海洋浮标等观测设备对电能的需求随之增多。因此，开发小型、离岸式波浪能发电装置将具有广阔的前景。
