波浪能發電裝置結構設計

❶ 請問設計製作一個太陽能發電系統，需要用到什麼電路知識

利用太陽能發電有兩大類型，一類是太陽光發電（亦稱太陽能光發電），另一類是太陽熱發電（亦稱太陽能熱發電）。
太陽能光發電是將太陽能直接轉變成電能的一種發電方式。它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電四種形式，在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。
太陽能熱發電是先將太陽能轉化為熱能，再將熱能轉化成電能，它有兩種轉化方式。一種是將太陽熱能直接轉化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發電，真空器件中的熱電子和熱電離子發電，鹼金屬熱電轉換，以及磁流體發電等。另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發電機發電，與常規熱力發電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。
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人們需要太陽能

現有能源
隨著經濟的發展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求 ，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題。現有電力能源的來源主要有3種，即火電、水電和核電。
火電的缺點
火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少，正面臨著枯竭的危險。據估計，全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒燃料將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會導致溫室效應和酸雨，惡化地球環境。
水電的缺點
水電要淹沒大量土地，有可能導致生態環境破壞，而且大型水庫一旦塌崩，後果將不堪設想。另外，一個國家的水力資源也是有限的，而且還要受季節的影響。 太陽能屋頂發電站
核電的缺點
核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發生核泄漏，後果同樣是可怕的。前蘇聯切爾諾貝利核電站事故，已使900萬人受到了不同程度的損害，而且這一影響並未終止。
太陽能滿足新能源的條件
陝西清立新能源：這些都迫使人們去尋找新能源。新能源要同時符合兩個條件：一是蘊藏豐富不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環境。目前找到的新能源主要有兩種，一是太陽能，二是燃料電池。另外，風力發電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。
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太陽能發電是最理想的新能源

照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鍾照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類一年能量的消費。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發電絕對干凈，不產生公害。所以太陽能發電被譽為是理想的能源。
從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同，具有以下特點：①無枯竭危險；②絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要佔用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有極大優點，因此受到世界各國的重視。
要使太陽能發電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換效率並降低其成本，二是要實現太陽能發電同現在的電網聯網。
目前，太陽能電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶態硅三種。單晶硅太陽電池變換效率最高，已達20%以上，但價格也最貴。非晶態硅太陽電池變換效率最低，但價格最便宜，今後最有希望用於一般發電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%，每瓦發電設備價格降到1－2美元時，便足以同現在的發電方式競爭。估計本世紀末便可達到這一水平。
當然，特殊用途和實驗室中用的太陽電池效率要高得多，如美國波音公司開發的由砷化鎵半導體同銻化鎵半導體重疊而成的太陽電池，光電變換效率可達36%，快趕上了燃煤發電的效率。但由於它太貴，目前只能限於在衛星上使用。
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太陽能發電的應用

太陽能發電雖受晝夜、晴雨、季節的影響，但可以分散地進行，所以它適於各家各戶分別進行發電，而且要聯接到供電網路上，使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司，不足時又可從電力公司買入。實現這一點的技術不難解決，關鍵在於要有相應的法律保障。現在美國、日本等發達國家都已制定了相應法律，保證進行太陽能發電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發電。
日本已於1992年4月實現了太陽能發電系統同電力公司電網的聯網，已有一些家庭開始安裝太陽能發電設備。日本通產省從1994年開始以個人住宅為對象，實行對購買太陽能發電設備的費用補助三分之二的制度。要求第一年有1000戶家庭、2000年時有7萬戶家庭裝上太陽能發電設備。[1]
據日本有關部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發電設備，便可滿足全國總電力需要的14%，如果工廠及辦公樓等單位用房也進行太陽能發電，則太陽能發電將佔全國電力的30%－40%。當前阻礙太陽能發電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發電系統，需600萬至700萬日元，還未包括安裝的工錢。有關專家認為，至少要降到100萬到200萬日元時，太陽能發電才能夠真正普及。降低費用的關鍵在於太陽電池提高變換效率和降低成本。
不久前，美國德州儀器公司和SCE公司宣布，它們開發出一種新的太陽電池，每一單元是直徑不到1毫米的小珠，它們密密麻麻規則地分布在柔軟的鋁箔上，就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50平方厘米的面積上便分布有1，700個這樣的單元。這種新電池的特點是，雖然變換效率只有8%—10%，但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結實，可以像布帛一樣隨意折疊且經久耐用，掛在向陽處便可發電，非常方便。據稱，使用這種新太陽電池，每瓦發電能力的設備只要1.5至2美元，而且每發一度電的費用也可降到14美分左右，完全可以同普通電廠產生的電力相競爭。每個家庭將這種電池掛在向陽的屋頂、牆壁上，每年就可獲得一二千度的電力。
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太陽能發電的前景

太陽能發電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創世紀計劃。准備利用地面上沙漠和海洋面積進行發電，並通過超導電纜將全球太陽能發電站聯成統一電網以便向全球供電。據測算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽能發電供給全球能源，佔地也不過為 65.11萬平方公里、 186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才佔全部海洋面積 2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此這一方案是有可能實現的。
另一是天上發電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設太陽能發電站設想，准備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板，上面布滿太陽電池，這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題。現已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機實現了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電，但離真正實用還有漫長的路程。
隨著我國技術的發展，在2006年，中國有三家企業進入了全球前十名，標志著中國將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽能光伏的廣泛應用，導致了目前缺乏的是原材料的供應和價格的上漲，我們需要將技術推廣的同時，必須採用新的技術，以便大幅度降低成本，為這一新能源的長遠發展提供原動力！
太陽能的使用主要分為幾個方面：家庭用小型太陽能電站、大型並網電站、建築一體化光伏玻璃幕牆、太陽能路燈、風光互補路燈、風光互補供電系統等，現在主要的應用方式為建築一體化和風光互補系統。
世界目前已有近200家公司生產太陽能電池，但生產設備廠主要在日企之手。
近年韓國三星、LG都表示了積極參與的願望，中國海峽兩岸同樣十分熱心。據報道，我國台灣2008年結晶硅太陽能電池生產能力達2．2GW，以後將以每年1Gw生產能力擴大，當年並開始生產薄膜太陽能電池，今年將大力增強，台灣期待向歐洲「太陽能電池大國」看齊。2010年各國及地區有1GW以上生產計劃的太陽能電池廠商有日本Sharp，德國Q—Cells，Scho~Solar，拐5威RWESolar，中國SuntechPower等5家公司，其餘7家500MW以上生產能力的公司。
近年世界太陽能電池市場高歌猛進，一片大好，但百年不遇的金融風暴帶來的經濟危機，同樣是壓在太陽能電池市場頭上的一片烏雲，主要企業如德國Q—Cells的業績應聲下調，預年今年世界太陽電地市場也會因需求疲軟、石油價格下降而競爭力反提升等不利因素而下挫。但與此同時，人們也看到美國．奧巴馬上台後即將施行GreenNewDeal政策，包括其內的綠色能源計劃可有1500億美元的補助資金，日本也將推行補助金制度來繼續普及太陽能電池的應用。
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太陽能電池發電原理

太陽能電池是一對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。 吉光光電當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。
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晶體硅太陽能電池的製作過程

儲量豐富的硅
「硅」是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發現了晶體硅的半導體特性後，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀末，我們的生活中處處可見「硅」的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產業化最快的。
生產過程
生產過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。
以單晶硅為例，其生產過程可分為： 工序一，矽片清洗制絨
目的——表面處理：
清除表面油污和金屬雜質；
去除矽片表面的切割損壞層；
在矽片表面製作絨面，形成減反射織構，降低表面反射率； 利用Si在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，在矽片表面形成3-6 微米的金字塔結構，這樣光照在矽片表面便會經過多次反射和折射，增加了對光的吸收；
工序二，擴散
矽片的單/雙面液態源磷擴散，製作N型發射極區，以形成光電轉換的基本結構：PN結。
POCl3 液態分子在N2 載氣的攜帶下進入爐管，在高溫下經過一系列化學反應磷原子被置換，並擴散進入矽片表面，激活形成N型摻雜，與P型襯底形成PN結。主要的化學反應式如下： POCl3 + O2 → P2O5 + Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P
工序三，等離子刻邊
去除擴散後矽片周邊形成的短路環； 工序四，去除磷硅玻璃
去除矽片表面氧化層及擴散時形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指摻有P2O5的SiO2層）。
工序五，PECVD
目的——減反射+鈍化：
PECVD即等離子體增強化學氣相淀積設備，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；
製作減少矽片表面反射的SiN 薄膜（～80nm）；
SiN 薄膜中含有大量的氫離子，氫離子注入到矽片中，達到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流子的復合，提高了電池的短路電流和開路電壓。
工藝原理：
硅烷與氨氣反應生成SiN 淀積在矽片表面形成減反射膜。
利用高頻電源輝光放電產生等離子體對化學氣相沉積過程施加影響的技術。由於等離子體存在，促進氣體分子的分解、化合、激發和電離，促進反應活性基團的生成，從而降低沉積溫度。PECVD在200℃～500℃范圍內成膜，遠小於其它CVD在700℃～950℃范圍內成膜。
反應過程中有大量的氫離子注入到矽片中，使矽片中懸掛鍵飽和、缺陷失去活性，達到表面鈍化和體鈍化的目的。
工序六，絲網印刷
用絲網印刷的方法，完成背場、背電極、正柵線電極的製作，已引出產生的光生電流；
工藝原理：
給矽片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結後形成歐姆接觸，使電流有效輸出；
正面電極用Ag金屬漿料，通常印成柵線狀，在實現良好接觸的同時使光線有較高的透過率；
背面通常用Al金屬漿料印滿整個背面，一是為了克服由於電池串聯而引起的電阻，二是減少背面的復合；
工序七，烘乾和燒結
目的及工作原理：
烘乾金屬漿料，並將其中的添加料揮發（前3個區）；
在背面形成鋁硅合金和銀鋁合金，以製作良好的背接觸（中間3個區）；
鋁硅合金過程實際上是一個對硅進行P摻雜的過程，需加熱到鋁硅共熔點（577℃）以上。經過合金化後，隨著溫度的下降，液
相中的硅將重新凝固出來，形成含有少量鋁的結晶層，它補償了N層中的施主雜質，從而得到以鋁為受主雜質的P層，達到了消除背結的目的。
在正面形成銀硅合金，以良好的接觸和遮光率；
Ag漿料中的玻璃添加料在高溫（~700度）下燒穿SiN膜，使得Ag金屬接觸矽片表面，在銀硅共熔點（760度）以上進行合金化。
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聚光太陽能發電

聚光太陽能發電（Concentrating Solar Power）簡稱CSP，准確地說應該是「聚光太陽能熱發電」。
聚光太陽能發電的先行者是美國的吉爾伯特·科恩，在美國內華達州建造極具規模的聚光太陽能發電站，已經成功地為拉斯維加斯供應22兆瓦的電力能源。
聚光太陽能發電繼風能、光電池之後，已經開始嶄露頭角，有望成為解決能源匱乏、應對氣候變暖的有效技術手段。
基本原理：聚光太陽能發電使用拋物鏡將光線聚集到充有合成油的吸熱管上，再將加熱到約400攝氏度的合成油輸送到熱交換器里，將熱量通過此加熱循環水，將水加熱，產生水蒸氣，推動渦輪轉動使發電機運轉，以此來發電。
聚光太陽能發電與太陽能電池不同，太陽能電池使用太陽電池板將太陽能直接變成電能，可以在陰天操作，CSP一般只能夠在陽光充足、天氣晴朗的地方進行。
不過，即使在沒有太陽的夜晚，採用熔融鹽儲存熱量的方法，現在也能解決全天候的供電問題了。
國際能源署（IEA）下屬的SolarPACES、歐洲太陽能熱能發電協會（ESTELA）和綠色和平組織的預測則較為溫和，認為CSP到2030年在全球能源供應份額中將佔3%-3.6%，到2050年佔8%-11.8%，這意味著到2050年CSP裝機容量將達到830GW，每年新增41GW。在未來5-10年內累計年增長率將達到17%-27%。
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太陽能電池的應用

通信衛星供電
上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用於空間技術——通信衛星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對於光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家，將光伏發電並入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與建築系統的結合已經形成產業化趨勢。
離網發電系統
太陽能發電[1]控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多餘的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。控制器的性能不好時，對蓄電池的使用壽命影響很大，並最終影響系統的可靠性。
蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。
逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。逆變器是光伏風力發電系統的核心部件。由於使用地區相對落後、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發電系統的整體性能，保證電站的長期穩定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由於新能源發電成本較高，逆變器的高效運行也顯得非常重要。
產品包括：A、光伏組件 B、風機 C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風力/光伏發電控制與逆變器一體化電源。
並網發電系統
上海力友電氣有限公司的可再生能源並網發電系統是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通過並網逆變器[2]直接反向饋入電網的發電系統。
因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。並網發電系統能夠並行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。同時，可再生能源並網系統可以對公用電網起到調峰作用。網發電系統是太陽能風力發電的發展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術。
產品包括:A、光伏並網逆變器 B、小型風力機並網逆變器 C、大型風機變流器 （雙饋變流器，全功率變流器）
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太陽能發電技術原理

現在，太陽能的利用還不是很普及，利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題，但是太陽能電池在為人造衛星提供能源方面得到了應用。太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球軌 道上的平均太陽輻射強度為1369w/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達173000TW。在海平面上的標准峰值強度為1kw/m2，地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當於有102000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地熱能資源除外），雖然太陽能資源總量相當於現在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達173,000TW，也就是說太陽每秒鍾照射到地球上的能量就相當於500萬噸煤。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源於太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。
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太陽能發電網

中國太陽能發電網以互聯網作為信息平台，以光伏、光熱及太陽能發電行業的整個產業鏈的企業要聞、行業政策、技術動態、產業觀察等信息作為主要內容，是致力於為太陽能發電企業提供行業新鮮、權威的資訊產品，為政府機關、能源企事業單位、科研院所、行業協會、學會提供資訊服務、咨詢服務、資本運作、項目合作等綜合服務的信息咨詢公司。積極利用自身行業優勢，探索將新技術、新資源，新媒體進行整合，嘗試新思維、新模式有機結合，創新綠色能源發展路徑，致力打造成中國太陽能發電企業的權威網站、極
具影響力的行業媒體平台——「中國太陽能發電網」。
《太陽能發電》雜志
《太陽能發電》雜志，是中國太陽能發電網下的專業平媒， 雜志以太陽能發電業界的權威人士為采訪對象，每月推出一位重點人物，以探尋名企生產運行的戰略方針，對目前國家相關政策的解讀等。內設高端訪談、特別企劃、陽光資訊、產業研究、技術論壇、國際觀察、前沿動態等欄目，努力打造成網刊一體、網刊互動的綜合性行業媒體平台。

❷ 漂浮式振盪水柱發電裝置工作原理

根據工作原理的不同,波能利用技術主要分為振畝耐運盪浮子技術、越浪式技術、振盪水柱技術。 振盪浮子技術主要是利用兩個或多個結構物在波浪的作用下迅梁產生相對運動,將波浪能轉化為結構物的機械能,然後連接液壓系統或機械結構,驅動發電裝置發電,或者直接使用直線電機將波浪能直接轉化為電能。 該類型的裝置存在著材料利用率低(雙或多浮體)、浮體間相撞問題不可避免、投放時間長(浮態調節需要時間和設備),結構復雜、裝置基體體積大不可拆分、其性價比的提高受到技術限制。 越浪式技術主要是利用波浪的爬坡畝鎮特性,利用水道的變窄將其引入到高位水庫,將波浪能轉化為勢能利用水輪機發電。 該類型裝置的發電量取決於轉換載體的重量,因此其結構扎實並規模龐大,系泊系統設計復雜,海生物附著影響大,成本高昂,維護維修不便利。 振盪水柱技術是以空氣為工作介質,利用往復振盪的水柱像活塞一樣推動氣室內的空氣往復通過噴嘴,往復氣流推動空氣透平旋轉帶動電機發電。 該類型裝置的特點是單浮體,材料利用率高、不存在相撞問題,透平和發電機位於水面上不受海生物影響,但該類型裝置目前還存在結構復雜、體積大、拆裝和更換不方便的問題,導致其與浮標等小型海上裝置的配合性差。

❸ 海浪是否可以用來發電

奧克尼海浪發電試驗場是世界上第一個專門為海浪發電研究和測試而建立的基地。在那兒，技術人員可以對各種海浪發電機進行測試，並可將海浪發電機產生的電能通過電纜輸到岸上，並入電網，最終出售給消費者。
中文名海浪發電外文名Wave power generation特 點效率高起 始1910年缺 點成本高
目錄
1 背景
2 面臨問題
3 國外研究
4 國內進展
5 測試
海洋發電技術
海浪發電機
背景編輯
傳統能源日趨枯竭、環境污染問題惡化,新能源開發迫在眉睫。隨著低功耗無線感測器的發展,利用環境清潔可再生能源如太陽能、風能以及波浪能發電製作成微電源為感測器節點提供電能,日益受到各界廣泛關注。相比風能與太陽能技術,波浪能發電技術要落後十幾年。但是波浪能具有其獨特的優勢,波能能量密度高,是風能的4~30倍;相比太陽能,波浪能不受天氣影響。波浪能發電電源是利用波浪發電製作成的電源,為海洋感測節點供電具有諸多優點：
一、波浪能分布廣泛且儲量巨大,可就地取能;
二、波浪發電裝置受海況與氣候影響較低。研究利用波浪能發電,為海洋無線感測器節點提供長期的能量供給,具有十分重要的意義。
風與海面作用產生海浪，海浪能是以動能形式表現的水能資源之一。1977年，有人對世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪進行推算，認為全球海浪能功率約為700億千瓦，其中可開發利用的約為25億千瓦，與潮汐能相近。海浪中蘊藏有如此豐富的能量，如將海浪的動能轉化為電能，使製造災難的驚濤駭浪為人類服務，是人們多年來夢寐以求的理想。
面臨問題編輯
波浪能裝置的總發電效率大都比較低,提高裝置各級能量轉換結構轉換效率問題需要亟待解決。波浪能發電仍存在諸多問題,如製造成本昂貴、裝置可靠穩定性及並網等。波浪能發電難以與常規能源相競爭,但是對於不便於應用常規能源的場合,波浪發電在一定程度上具有特有的優越性與生命力。當前,海洋無線監測感測網中各節點仍大多採用傳統化學電池供電,但是化學電池的使用壽命有限,需定期更換。惡劣復雜的海洋環境給數ift龐大的感測器節點電池更換造成了極大的困難,然而化學電池能量一旦耗盡,感測器節點無法正常工作,將會影響整體感測器網路的性能。
國外研究編輯
1910年，法國人波拉歲奎在法國海邊的懸崖處, 設置了一座固定垂直管道式的海浪發電裝置, 並獲得了一千瓦的電力。這是最早出現的海浪發電裝置，也是用波力能來發電的最早嘗試。此後，在世界各地出現了許多不同結構、不同形式的海浪發電裝置。
在20世紀70年代，英國愛丁堡大學的工程師斯蒂芬·索爾特就發明了利用海浪發電的「愛丁堡鴨」海浪發電裝置。
海浪發電裝置
海浪發電裝置
在英國的蘇格蘭東北角，有一大片被稱作奧克尼群島的島嶼，它們附近的海域風急浪高，波濤洶涌，是海員談虎色變的地方。然而，正是在那裡，2003年10 月，一個世界上獨一無二的海浪發電試驗場問世了。
之後，世界上許多國家，如英國、日本、美國、加拿大、芬蘭、丹麥、法國等都在研究和試驗海浪發電，並相繼提出了數百種發電裝置設計方案。但是，由於這樣或那樣的技術問題，海浪發電研究一直沒有什麼大的突破。直到今天，在能源開發方面，海浪能的利用仍然落後於風能和潮汐能的利用。
國內進展編輯
2012年，由遼寧海事局和大連海事大學共同研發的多節漂浮式波能發電裝置進行了首次海上試驗，並取得成功。這一裝置能有效收集波浪能並轉化為電能輸出，且具備低成本、無污染、節約能源的特點，可緩解全球范圍內的能源短缺和環境污染問題。
據了解，多節漂浮式波能發電裝置的研究方向主要針對海事領域，針對海事系統的船舶、無人雷達、海上通訊基站等設施供電。不過，隨著該項目的優化研究，波能發電可投入更廣泛的領域。由於波浪能屬於取之不盡的海洋能源，而且大連具備良好的波浪能利用環境，該項目一旦投入量產，還可用於民用供電，屆時將有效緩解全球面臨的能源危機。

❹ 淺談波浪能發電裝置發電機優化設計

淺談波浪能發電裝置發電機優化設計

引言：發電機的三相輸出接到風光互補控制器上，通過控制器可以得到48V的穩定電壓，可將穩定的電能存儲在蓄電池中。以下是我來淺談波浪能發電裝置發電機優化設計，希望對你們有幫助。

【論文摘要】 本文在上海海洋大學研製的“浪流一體化發電裝置”的基礎上，對其發電機進行了優化設計，去掉了發電機和水輪機的中間轉換裝置，滿足了海洋能直驅發電的形式，通過電機實驗室性能測試驗證了其可行性，提高了發電效率和可靠率，降低了維護成本，可以應用於實際生產中。

【關鍵詞】浪流一體化;發電裝置;發電機;優化設計;直驅發電

0 前言

上海海洋大學研製的“浪流一體化發電裝置”同時可以捕獲波浪和海流的向前的推力，在接受到海洋能量之後產生慣性而發生連續轉動;通過主軸帶動發電機旋轉而產生電能。為海洋觀測、島礁生活、海洋養殖、海水淡化等提供穩定的電能，並用於解決邊遠海域的國防設施、部分電網未覆蓋的有居民海島、偏遠無居民海島生態建設中的供電需求。本文以此發電裝置為研究對象，對其水輪機匹配的發電機進行了優化設計，克服了傳統的海洋能需要經過三個部分轉換的缺點，沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，採用發電機輸出電壓穩定控制器，實現了浪輪機的輸出轉速穩定，提高了發電效率，降低了運行維護成本。尤其是在低轉速環境下，效果更加顯著。

1 研究對象與方法

本項目設計的發電機是滿足海洋能直驅發電形式的。然而，齒輪箱的存在卻成為制約海洋能發電機組發展的因素之一：機組運行過程中齒輪箱一直處於高速旋轉，增加了系統損耗，降低了能量利用率;海洋能發電機組往往安裝在海平面或海水之中，經受嚴寒酷暑，海水腐蝕、溫度變化大，環境條件惡劣，導致升速齒輪箱的工況嚴峻，維護保養工作量大;為了能適應惡劣的運行環境，齒輪箱畢竟造價昂貴，更由於海洋能能量多變，往往會造成過載，這樣就更容易損壞齒輪箱，使得系統運行成本增大。

因此，本設計取掉了中間轉換環節，水輪機主軸右端通過聯軸器和電機連接在一起，直接帶動電機發電，中間不經過任何環節，這就實現了絕對的直驅。本文研製海洋能直驅發電方式有以下幾個方面優點：

(1)提高了發電效率高。直驅式發電沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發電效率，尤其是在低轉速環境下，效果更加顯著。

(2)提高了可靠性。直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的可靠性。同時，機組在低轉速下運行，旋轉部件少，可靠性更高。

(3)運行及維護成本低。採用無齒輪直驅技術可減少發電機組裝置零部件數量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運行維護成本。

然而，這樣的海洋能直驅發電方式就需要發電機具有低速運行的'特性，並且有較高的效率，更者要求發電機要能在海水中運行。

2 直驅發電機設計

2.1 直驅發電機結構設計

發電機採用盤式結構：波浪能單位體積所攜帶的能量有限，要能高效的收集這些能源，發電機則成為本裝置中能源轉換的關鍵設備之一。波浪能發電機，最多每分鍾幾百轉，因此發電機的技術指標、經濟性等決定本裝置在市場中的競爭力。常用發電機分為盤式和圓柱式兩種：圓柱式發電機的氣隙磁場延軸向分布，要想獲得較高的發電效率，圓柱式發電機必須運行在高速下，而盤式發電機的定轉子為平行結構，克服了圓柱式發電機定子包容轉子的結構缺點，軸向尺寸小，沒有疊片和鉚壓工序，工藝好，因此盤式發電機可以運行在低速條件下。因此發電機選用盤式發電機結構，能夠在低轉速下達到額定功率，從而滿足了波浪能發電系統對發電機的技術要求，提高了效率。

2.2 發電機輸出電壓穩定控制器設計

發電機的三相輸出接到風光互補控制器上，通過控制器可以得到48V的穩定電壓，可將穩定的電能存儲在蓄電池中。控制器的原理是將輸入的交流電流通過三相橋式全控整流電路轉化成直流電流，直流電流通過升降壓斬波電路將電壓輸出控制在48V。值得注意的是發電機轉速達到54r/min控制器輸出端才會有電流輸出。控制器如圖2所示，經過控制器流出的電流為直流，將控制器後面的電池組“+”“-”接到蓄電池的介面即可，反面細節如圖3所示。

2.3 直驅電機工作原理

2.3.1 三相橋式全控整流電路

在三相橋式全控整流電路中，如圖4所示，晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。

2.3.2 升降壓斬波電路原理

如圖5所示為升降壓斬波電路原理，V通時，電源E經V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恆定並向負載R供電。V斷時，L的能量向負載釋放，電流為i2。負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。

3 實驗分析

在實驗室中模擬不同工況水流下輪機所具有的轉數，並以可控轉數電動機帶動發電機測試其發電性能。為此，我們搭建了發電機測試平台。發電機測試平台如圖7所示，通過機架將發電機固定，通過聯軸器與感測器相連。在發電機測試平台中，右邊是直流電動機，模擬水輪機的作用，作為動力的出入。通過聯軸器與電動機相連的是感測器，這種感測器連接顯示屏後可以看到瞬態的扭矩、轉速、功率。其中功率可是為發電機的輸入功率，這樣我們測出輸出功率後可以得到發電機的效率。電阻箱、整流器與扭矩儀如圖8所示，扭矩儀上的3個顯示屏即為扭矩、轉速、功率。

發電機所發出的是三相交流電，三相交流電輸入電子測試平台，通過電子測試平台，可以得到三相交流電的瞬態電壓、電流、功率、功率因數。流出整流器的電流經過整流變為直流電流，流入功率計，並將滑動變阻箱串聯到整個電路中。

4 電機方案總結與展望

方案採用直驅式發電形式不僅增加了發電效率，而且提高的發電裝置的可靠性，無障礙運行時間滿足了要求。發電機採用盤式發電機結構，其能夠在低轉速下達到額定功率，從而滿足了波浪能發電系統對發電機的技術要求，提高了效率。裝置發出的三相交流電通過控制器後，經實際測量，電壓基本維持在48V左右，且為直流電，這將電能存儲到蓄電池中提供了條件，並最終達到了我們的要求。

但是發電機組安裝在海平面或海水之中，經受嚴寒酷暑，海水腐蝕、溫度變化大，環境條件惡劣，容易遭受海水腐蝕，因此今後可以做的研究方向還有以下幾個方面：

1)發電機本身要具有良好的機械密封設計，評估不同海水深度、壓力下密封系統的可靠性。研究海水環流條件下，涉海材料在淤泥、深海、淺海、浪花飛濺、海霧等不同區域環境下，其腐蝕規律，設計相應的耐腐蝕材料;

2)發電機外部可增設防水箱，使發電機與海水具有了隔離層，不僅達到了防水的效果，也使發電機無需浸泡在海水中。

【參考文獻】

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❺ 海洋波浪能的開發利用

波浪能量如此巨大，存在如此廣泛，自古吸引著沿海的能工巧匠們，想盡各種辦法，企圖駕馭海浪為人所用。
波浪所蘊涵的能量主要是是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。台風導致的巨浪，其功率密度可達每米迎波面數千kW，而波浪能豐富的歐洲北海地區，其年平均波浪功率也僅為20~40kW/m中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2~7kW/m。
全世界波浪能的理論估算值也為109kW量級。利用中國沿海海洋觀測台站資料估算得到，中國沿海理論波浪年平均功率約為1.3X107kW。但由於不少海洋台站的觀測地點處於內灣或風浪較小位置，故實際的沿海波浪功率要大於此值。其中浙江、福建、廣東和台灣沿海為波能豐富的地區。
將波浪能收集起來並轉換成電能或其他形式能量的波能裝置有設置在岸上的和漂浮在海里的兩種。
按能量傳遞形式分類有直接機械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動4種。
其中氣動傳動方式採用空氣渦輪波力發電機，把波浪運動壓縮空氣產生的往復氣流能量轉換成電能，旋轉件不與海水接觸，能作高速旋轉，因而發展較快。
波力發電裝置五花八門，不拘一格，有點頭鴨式、波面筏式、波力發電船式、環礁式、整流器式、海蚌式、軟袋式、振盪水柱式、多共振盪水柱式、波流式、擺式、結合防波堤的振盪水柱式、收縮水道式等十餘種。
全世界波浪利用的機械設計數以千計，獲得專利證書的也達數百件，因此波浪能利用被稱為「發明家的樂園」。
最早的波浪能利用機械發明專利是1799年法國人吉拉德父子獲得的，他們嘗試為一種可以附在漂浮船隻上的巨大杠桿申請專利，它可以隨海浪一起波動來驅動岸邊的水泵和發電機。1854－1973年的119年間，英國登記了波浪能發明專利340項，美國為61項。在法國，則可查到有關波浪能利用技術的600種說明書。
早期海洋波浪能發電付諸實用的是氣動式波力裝置。道理很簡單，就是利用波浪上下起伏的力量，通過壓縮空氣，推動汲筒中的活塞往復運動而做功。1910年，法國人布索．白拉塞克在其海濱住宅附近建了一座氣動式波浪發電站，供應其住宅l000瓦的電力。這個電站裝置的原理是：與海水相通的密閉豎管中的空氣因波浪起伏而被壓縮或抽空稀薄，驅動活塞做往復運動，再轉換成發電機的旋轉運動而發出電力。
1960年代，日本研製成功用於航標燈浮體上的氣動式波力發電裝置。此種裝置已經投入批量生產，產品額定功率從60瓦到500瓦不等。產品除日本自用外，還出口，成為僅有的少數商品化波能裝備之一。該產品發電的原理就像一個倒置的打氣筒，靠波浪上下往復運動的力量吸、壓空氣，推動渦輪機發電。
有關專家估計，用於海上航標和孤島供電的波浪發電設備有數十億美元的市場需求。這一估計大大促進了一些國家波力發電的研究。
1970年代以來，英國、日本、挪威等國為波力發電研究投入大量人力物力，成績也最顯著。英國曾計劃在蘇格蘭外海波浪場，大規模布設「點頭鴨」式波浪發電裝置，供應當時全英所需電力。這個雄心勃勃的計劃，後因裝置結構過於龐大復雜成本過高而暫時擱置。
1980年代，日本「海明」波浪發電試驗船取得年發電19萬度的良好成績，實現了海上浮體波浪電站向陸地小規模送電。日本已將「海明」波浪發電船列為「離島電源」的首選方案，繼續研究改進。
中國波力發電研究成績也很顯著。1970年代以來，上海、青島、廣州和北京的五六家研究單位開展了此項研究。用於航標燈的波力發電裝置也已投入批量生產。向海島供電的岸式波力電站也在試驗之中。