风能波浪能联合发电装置研究进展探讨.doc

海上风能波浪能联合发电装置技术研究进展 摘要：开发和利用海洋能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意义，海上风能和波浪能作为最具商业化前景的可再生能源，正得到大规模的开发和利用，海上风能和波浪能联合发电相关技术也取得了显著的进步，文章综述了目前海上风能波浪能联合发电及其技术的发展与应用情况，对联合发电装置的类型、性能与特点以及未来联合发电技术的发展趋势进行了较详细深入的介绍，为更好地了解国内外风能波浪能联合发电的现状与发展趋势提供参考。 关键词：海洋能；风能；波浪能；联合发电；发展 引言 随着化石能源濒临枯竭、碳排放严重影响气候等问题日益突出，开发清洁的可再生能源已成为当今世界能源利用的发展趋势。众所周知，海洋能是清洁的可再生能源，海洋能是指依附在海水中的能源。海洋通过各种物理过程或化学过程接收、存储和散发能量，这些能量以波浪、海风、海流、潮汐、温差等形式存在于海洋之中。开发和利用海洋能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意义[1]。 许多国家特别是海洋能资源丰富的国家，大力鼓励海洋能发电技术的发展。海浪发电、海上风力发电是波浪能和风能资源开发利用的主要方式，日本、英国、美国、挪威、澳大利亚、爱尔兰和丹麦等国相继投入大量资金进行波浪能发电和风能发电装置的研究，使波浪能和海上风能发电及传输技术得到迅速发展，其中，海上风能和波浪能联合发电装置将两种海洋能有机的利用起来，它不仅克服了两者单一发电效率低的问题,还提高了发电机组的稳定可靠性，更是大大降低了单元发电成本,极大的提高了海洋可再生能源开发利用的竞争力，成为目前世界上各国积极研究的对象[2]。 2 国外发展现状 英国的塞文河口有着丰富的潮汐能，曾经有人提出过利用方案，把河口的潮汐能视为主要捕能对象，而风能和波浪能则视为次要的捕能对象[3]。通过建立水坝来收集大量的潮汐能，在坝朝向海的那一侧安装合适的风能、波浪能收集装置，三种发电装置独立运行，综合发电，集中并网。但由于许多原因，该项工程并未完成。 2002年，为了进一步保证国内的电力供应，日本海上保安厅开始了太阳能和波浪能综合利用的研究。其综合利用思想是：夏季以太阳能发电为主，因为期间阳光一般都比较强烈而海面比较平静；冬天以波浪发电为主，因为期间天气阴沉时间较长，而且波涛汹涌的日子较多[4]。上述的综合利用形式在空间上能起到很好地互补作用。此外，2012年，日本新能源产业技术综合开发机构确立了3项潮汐能发电工程，其中一项是由三井海洋开发公司承担的，它是采用浮体式技术，垂直轴风力机和潮汐能涡轮机分别安装在浮体的上下部，从而实现海上风能和潮汐能的综合利用[5]。 2007年，美国发明家Dominic Michaelis和他的儿子共同提出“能源岛”的概念[6]，其主体构思是建设一个巨型漂浮式平台，并在其上布置多套风力涡轮机、太阳能收集器、波浪能利用装置和其它能源利用装置，最大限度的利用能源岛内的可再生能源，形成小型岛屿般的能源生产基地。同年荷兰民用工程局Lievence和KEMA电力公司联合宣布，他们己经就在本国大规模推广能源岛的工程技术和经济可行性展开了大量研究。研究表明一个具有一般规模的能源岛造价高达几十亿美元，建设工期不短于五年，难以实施[7]。 2008年，丹麦公司Floating Power Plant开启了“Floating Power Plant”计划并成功建造了海上风能波浪能综合发电站平台——Poseidon 37，见图1，整个电站长23米，宽37米，顶部至甲板高度6米，重约350吨。它借用了使石油钻塔的漂浮技术，即便在汹涌的海浪中也能屹立不倒。Poseidon 37设有风力和水力涡轮机组，即便在风和日丽的天气中也能通过洋流也能获取能源。目前该公司已在丹麦外海对Poseidon 37进行测试，力争将发电成本拉低至0.1-0.15欧元[8]。 图1 Poseidon 37海上风浪能发电系统 2008年，英国可再生能源有限公司(IT Power)开发出了一种新的压气式波能转换器，它是通过捕获来波后面波谷中的空气，加以压缩并输送到一个容器中，然后再利用该压缩空气驱动涡轮机进行发电。基于此压气式波能转换器，有人提出将其与沿海风力发电机结合起来，构成联合发电系统[9]。这种联合发电系统实际上是分开独立运行的，本质上没有改善两种发电机组的性能和发电效率。 2011年，苏格兰绿色海洋能源公司（Green Ocean Energy Ltd，GOE）在其研制的 Ocean Treader 振荡浮子式波浪能发电技术基础上，结合风力发电技术研制了Wave Treader 波浪能风能综合发电装置样机并完成相关测试。如图2，Wave Treader 波浪能风能综合发电装置在海上风机平台基座上安装有一堆浮体，浮体随海浪运动驱动平台中心处的