波浪发电 组员：罗海荣 方健 凤亮 李健雄 江召.

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1 波浪发电 组员：罗海荣 方健 凤亮 李健雄 江召

2 内容摘要 波浪发电的研究背景 波浪的生成及特性 波浪能利用技术分类 系统仿真 波浪发电的前景及展望

3 波浪发电的研究背景 随着经济的发展、社会的进步，人们对能源的需求日益增长。占地球表面积70％的广阔海洋，集中了97％的水量，蕴藏着大量的能源，其中包括波浪能 、潮汐能 、海流能、温差能 、盐差能等。波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。 目前我国东南沿海福建、广东等地区已在试验一些波浪发电装置。

4 波浪的生成 波浪能的形式：动能的形式 波浪能的来源：空气和水面温度的不一致
产生的机理：太阳的热量导致空气温度上升，而空气温度的上升形成风。由此，推动海水，水面上大小波浪的交替，有规律的滚动。

5 往复运动、低速、力量大、不稳定 技术难度： 1.将低速往复运动转换成高速单向机械 2.波浪时大时小 3.环境恶劣
波浪的生成： 往复运动、低速、力量大、不稳定 技术难度： 1.将低速往复运动转换成高速单向机械 2.波浪时大时小 3.环境恶劣

6 波浪能技术利用分类 波浪发电是波浪能利用的主要方式，波浪能利用装置的种类繁多 ，这些装置主要基于以下几种基本机理： 1、振荡和摇摆运动
2、波浪压力的变化 3、将波浪能转换成水的势能等

7 波浪能技术利用分类 根据一级能源转换系统的转换原理,可以将目前世界上的波能利用技术大致划分为: 振荡水柱 ( oscillation water column, OWC)技术、筏式技术、 收缩波道技术、鸭式技术、 波流转子技术、 虎鲸技术等，本文着重对前几种波浪能发电技术进行介绍。

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10 波浪发电的技术与理论

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16 1-发电机 2-定滑轮 3-重锤 4-钢丝绳 5-支架 6-弹簧 7-螺栓及铁环
波浪发电系统的构建 （a）波浪系统发电俯视图 （a）波浪发电系统正视图 1-发电机 2-定滑轮 3-重锤 4-钢丝绳 5-支架 6-弹簧 7-螺栓及铁环

17 系统动力学仿真模型 为了研究系统的运行状态，初步掌握系统在不同波浪环境下输出电动势的规律，就需要对该系统进行动力学分析。
此处略去分析推导过程，直接列出最终结果： 其中，k为弹簧的弹性系数；Z为系统支架向上的位移；X为电机振子向上的位移；α为钢丝绳与竖直方向的夹角；Mz为振子质量；Mα为等效一台发电机所带重锤质量。

18 系统动力学仿真模型 根据上式，使用MATLAB软件中得simulink软件包，以波浪的运动位移Z为输入函数，以振子的运动位移X为输出函数，可进行试验仿真。仿真系统在输入端in1可根据海浪的实测状况进行数据量Z的输入，反映了电机定子的运动位移，中间的微分单元和比例单元可根据系统的的实际参数按上述公式计算并赋值，输出端子则由4个示波器构成，对系统中的关键数据和结果进行监测： Scope1输出定子与振子的相对运动位移量； Scope2输出振子的实际运动位移量； Scope3输出定子绕组的感应电动势； Scope4输出定子的实际运动位移量。

19 系统动力学仿真模型

20 系统动力学仿真模型 根据历史统计数据便可以对上述系统进行发电机空载条件下电动势波形的仿真计算，为了方便研究，理想状态下的波浪运动位移函数可取为正弦波函数： 波浪的运动位移是一个随机信号，上式中的振幅A和频率f均随时间而变化，对电动势波形进行模拟仿真，也应该考虑上述参量的变化，增加其运动方程的复杂程度。因此，选用正弦函数来拟合振幅和频率的变化，如下所示：

21 理想正弦波浪条件下的感应电动势 首先研究一种最理想的情况，即波浪的振幅和频率不随时间改变，输入信号为一正弦波，波浪振幅为0.5米，频率为0.3赫兹，仿真时间为60秒。 Scope4显示输入信号波形如下： （单位：米）

22 理想正弦波浪条件下的感应电动势 Scope3显示定子绕组输出电动势波形，如下图所示。 （单位：伏）

23 感应电动势随振幅的变化 设波浪振幅A在 米的低浪区作周期变化，Amin=0.15m，Amax=0.5m，f1=0.05m，φ1=0，波浪频率恒定为0.3Hz，仿真时间设为200秒，输入信号波形如下： 定子绕组输出电动势波形如下图： （单位：伏）

24 感应电动势随频率的变化 设波浪振幅A为0.5米恒定，波浪振幅f在 赫兹作周期性变化，fmax=0.35Hz，fmin=0.25Hz，f2=0.1Hz，φ2=0，仿真时间设为200秒，输入信号波形如下： 定子绕组输出电动势波形如下图： （单位：伏）

25 一般条件下的感应电动势 在一般条件下，波浪的幅值和频率均有可能随机变化，根据我国沿海海域的统计数据，在低浪区，设波浪振幅 米，频率在 赫兹变化，得到下图所示的绕组电动势波形。（单位：伏） 在中浪区，设波浪振幅 米，频率在 赫兹，得到下图所示的绕组电动势波形。（单位：伏）

26 仿真结论 针对前文中提出的新型漂浮式波浪发电系统，通过对其进行动力学分析，利用matlab软件建立模型，对发电机绕组输出空载电动势波形的仿真，研究了输出电压幅值和频率与波浪幅值和频率的变化关系，验证了在各种波浪状况下，发电机都能够正常运行。 通过在一般条件下的感应电动势仿真可知：由于波浪的随机性，电机输出电压波形将是变幅变频的感应电动势；该系统单个定子单元的输出电压范围在0-1.2伏范围之内，因此必须对其输出电能进行一定处理，才能被人们所使用。

27 波浪发电的技术与理论 对于更高的发电水平： 1.最佳化的流体力学震荡节点的准确性描述； 2.发电机和负载的特性；
3.详细的研究要用到大容量计算机；

28 波浪发电的技术与理论 需要考虑的因素（要求）： 1.对发电机组的控制； 2.机械部件的耐受性； 3.商业因素；

29 波浪发电的技术与理论 电网与波动发电的关系： 电网 波动发 电系统 能量交换

30 波浪发电的技术与理论 对于更高的发电水平： 1.最佳化的流体力学震荡节点的准确性描述； 2.发电机和负载的特性；
3.详细的研究要用到大容量计算机；

31 波浪发电的技术与理论 需要考虑的因素（要求）： 1.对发电机组的控制； 2.机械部件的耐受性； 3.商业因素；

32 波浪发电的前景及展望 小型波浪发电园林

33 波浪发电的前景及展望

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36 波浪发电的前景及展望 我国的发展现状 我国波浪能源十分丰富，可利用率达1.3亿千瓦。中国科学院广东能源所以从“六五”开始进行海洋波浪研究。1984年研制成功“航标灯小型波浪发电装置”，“七五”、“八五”期间，又在珠海大万山建造了3千瓦、20千瓦岸式波浪力试验站。我国首座岸式海洋波浪里发电工业示范电站“汕尾100KW”岸式波力电站的正常运行，标志我国海洋玻璃发电技术达到使用水平.2009年3月，我国第一座漂浮式海浪能发电站在浙江温州的海边开始建设，建成后年发电量可达10亿千瓦时、年收入达到5亿元。这意味着我国实现了海浪发电的技术突破。

37 波浪发电的前景及展望 波浪发电的局限性： 1.开发成本较高，规模小，装置群庞大； 2.造价昂贵，社会效益好，但经济效益差，投资回收期长；
3.可靠性不高，能量传输复杂，输出功率小； 4.还容易受到海洋极端气候的影响； 这些因素都束缚了波浪能的大规模商业化开发、利用和发展

38 波浪发电的前景及展望 展望： 目前，大规模波浪能发电的成本还很难与常规能源发电竞争，但特殊用途的小功率波浪发电，已在导航灯浮标、灯桩、等塔等方面获得推广应用。在边缘海岛，小型波浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。预计随着化石能源等自然自然资源的日趋枯竭，技术的进步，波浪能发电将在波浪能丰富的国家逐步占有一定的地位。

39 谢谢！