海洋波浪能量綜合利用

前言

地球資源有限，人類正在尋求一種新的，清潔、安全、可靠的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。各國(guó)都在研究能源對(duì)策和國(guó)家能源戰(zhàn)略。世界各國(guó)已將海洋列為重點(diǎn)爭(zhēng)奪的資源。海洋能是一種重要的可再生能源。部分風(fēng)能以波浪運(yùn)動(dòng)的形式存儲(chǔ)在海洋中。海洋波浪運(yùn)動(dòng)的能量密度非常高，在海洋中傳播廣泛，正因?yàn)槿绱?，即使遠(yuǎn)離海洋數(shù)千里遠(yuǎn)的地方也能利用波浪的能量。在這漫長(zhǎng)的行程中，波浪逐漸穩(wěn)定，在合適的區(qū)域可以高效地再生海洋能源并產(chǎn)生電能。所以，海洋能已成為有很大潛力的一種再生資源。眾所周知，波浪是靠近自由表面的水的振動(dòng)產(chǎn)生的。波浪能量轉(zhuǎn)換器的原理和無(wú)線電的天線理論相似：天線接收電磁波中的波共振信號(hào)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途跋涉，海浪到達(dá)能量轉(zhuǎn)換器，并由轉(zhuǎn)換器共振吸收能量。由于媒介性質(zhì)不同，無(wú)線電系統(tǒng)和海洋波系統(tǒng)的激勵(lì)方式有所不同。出于科學(xué)目的，而不是出于工業(yè)考慮，人類研究和發(fā)明了大量的控制系統(tǒng)。許多研究人員在理論研究的初期階段作出了貢獻(xiàn)。盡管研究了許多構(gòu)想，包括海洋作業(yè)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其結(jié)果并沒(méi)有產(chǎn)生明確的前景。提出的系統(tǒng)總會(huì)有這樣或那樣的問(wèn)題，因此，需要以批判的眼光尋找能沖破阻礙的新的系統(tǒng)。為此，海洋波浪能源綜合利用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

內(nèi)容概要

　　本書內(nèi)容涉及日本、歐洲多年來(lái)形成的海洋波浪能量綜合利用的基本理論、研究進(jìn)展和工程實(shí)現(xiàn)方法。

作者簡(jiǎn)介

作者：訚耀保 （日本）渡部富治訚耀保，1965年湖北省麻城市出生。1984－1991年上海交通大學(xué)本科和碩士研究生畢業(yè)。1991－1996年上海航天控制技術(shù)研究所工程師、高級(jí)工程師，1996－1999年日本國(guó)立堉玉大學(xué)博士研究生畢業(yè)，獲博士（工學(xué)）學(xué)位。

書籍目錄

第1章 海洋波浪能量及其利用規(guī)則1.1 海洋能利用概要1.1.1 潮汐發(fā)電1.1.2 波力發(fā)電1.1.3 溫差發(fā)電1.1.4 中國(guó)海洋能量利用1.2 海洋能利用規(guī)則1.3 水壓傳動(dòng)技術(shù)1.3.1 海水的性質(zhì)1.3.2 水壓傳動(dòng)參考文獻(xiàn)第2章 海洋波浪能量轉(zhuǎn)換原理2.1 基本數(shù)學(xué)模型2.2 海洋波浪的性質(zhì)2.3 能量轉(zhuǎn)換模式2.4 振蕩水柱轉(zhuǎn)換器2.5 海洋能量轉(zhuǎn)換器件基本要求2.5.1 環(huán)境友好型能量轉(zhuǎn)換器件2.5.2 能量轉(zhuǎn)換成本2.5.3 傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換器件參考文獻(xiàn)第3章 典型轉(zhuǎn)換器件3.1 線性模型理論3.2 振蕩水柱3.3 潮汐能量轉(zhuǎn)換器性能3.3.1 Mighty Whale型能量轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)3.3.2 Mighty Whale型能量轉(zhuǎn)換器數(shù)值計(jì)算3.3.3 浮動(dòng)型能量轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)3.4 潮汐能量轉(zhuǎn)換器的線性模型3.5 潮汐能量轉(zhuǎn)換器非線性模型3.5.1 潮汐能量轉(zhuǎn)換器仿真模型3.5.2 潮汐能量轉(zhuǎn)換器數(shù)值模擬3.6 傳統(tǒng)潮汐能量轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)3.7 海水液壓泵和擺動(dòng)馬達(dá)參考文獻(xiàn)第4章 潮汐能量轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)4.1 柱塞液壓泵式潮汐能量轉(zhuǎn)換器4.2 擺動(dòng)葉片泵式潮汐能量轉(zhuǎn)換器4.3 海洋現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)4.4 系統(tǒng)耐久性，4.4.1 潮汐能量轉(zhuǎn)換器耐久性4.4.2 “海蛇”潮汐能量轉(zhuǎn)換器改進(jìn)措施參考文獻(xiàn)第5章 潮汐能量轉(zhuǎn)換器研究與開發(fā)5.1 系統(tǒng)理念5.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及其優(yōu)化5.3 水箱室剖面形狀設(shè)計(jì)5.4 擺動(dòng)裝置參數(shù)設(shè)計(jì)5.5 阻尼器液壓泵設(shè)計(jì)5.6 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與元件設(shè)計(jì)5.6.1 液壓馬達(dá)5.6.2 蓄能器5.7 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法5.8 海洋潮汐能能量密度參考文獻(xiàn)第6章 浮動(dòng)式潮汐能量轉(zhuǎn)換器與小型海洋發(fā)電站6.1 浮動(dòng)式潮汐能量轉(zhuǎn)換器6.2 沉降和俯仰浮標(biāo)6.3 小型海洋發(fā)電站參考文獻(xiàn)第7章 海洋能量轉(zhuǎn)換器件前沿技術(shù)7.1 風(fēng)能和海洋潮汐能比較7.1.1 風(fēng)能7.1.2 海洋潮汐能7.1.3 風(fēng)力發(fā)電成本7.1.4 波浪發(fā)電電量7.2 基于海洋潮汐能的海水脫鹽純凈水制造技術(shù)7.2.1 逆滲透作用的麥凱布泵7.2.2 海洋能量轉(zhuǎn)換器直接輸送海水的逆滲透作用7.3 基于潮汐能量轉(zhuǎn)換器的海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7.4 基于潮汐能量轉(zhuǎn)換器的深海海水循環(huán)泵送系統(tǒng)7.5 潮汐能量轉(zhuǎn)換器液體靜壓傳動(dòng)裝置7.5.1 漂浮式潮汐發(fā)電裝置7.5.2 250KW潮汐發(fā)電裝置HST7.5.3 旋轉(zhuǎn)式葉片泵7.5.4 柱塞式液壓馬達(dá)7.5.5 控制閥7.5.6 其他零件參考文獻(xiàn)附錄附錄1 潮汐能量轉(zhuǎn)換模型第一部分 左腔為水室的潮汐能量轉(zhuǎn)換器第二部分 右腔為水室的潮汐能量轉(zhuǎn)換器第三部分 固定擺式潮汐能量轉(zhuǎn)換器參考文獻(xiàn)附錄2 海洋波浪能量利用現(xiàn)場(chǎng)圖片后記

章節(jié)摘錄

插圖：宇宙系中太陽(yáng)、月亮和地球等天體作周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間相互存在著吸引力和平衡力系的作用，因此地球上整個(gè)海面都發(fā)生著相應(yīng)的周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)。海面海水的上下運(yùn)動(dòng)稱為潮汐運(yùn)動(dòng)，海水的水平方向運(yùn)動(dòng)稱為潮流，它們的運(yùn)動(dòng)周期幾乎相同，約為半日或一日。潮汐發(fā)電的原理和潮流發(fā)電的原理相似，前者利用海水的位能，即勢(shì)能，后者利用海水的動(dòng)能。通常情況下人們把潮汐和潮流統(tǒng)稱為潮汐，因而潮汐發(fā)電和潮流發(fā)電也統(tǒng)稱為潮汐發(fā)電.潮汐高度和速度取決于地球的質(zhì)量和半徑、天體（月球或太陽(yáng)）的質(zhì)量、地球與天體之間的中心距離、潮汐在海面上所處的方位以及海面的海水溫度等。潮汐現(xiàn)象是海水在一定時(shí)間內(nèi)作有規(guī)律的漲落運(yùn)動(dòng)，是由于月亮、太陽(yáng)對(duì)地球上海水的吸引力和地球的自轉(zhuǎn)而引起海水周期性、有節(jié)奏的垂直漲落現(xiàn)象。海水白天漲落叫“潮”，晚上漲落叫“汐”，合稱為“潮汐”。海洋的潮汐中蘊(yùn)藏著巨大的能量。在漲潮的過(guò)程中，洶涌而來(lái)的海水具有很大的動(dòng)能，隨著海水水位的升高，就把大量的海水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在落潮的過(guò)程中，海水又奔騰而去，水位逐漸降低，大量的勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。海水在漲落潮運(yùn)動(dòng)中所包含的大量動(dòng)能和勢(shì)能，稱為潮汐能。海水潮汐能的大小隨潮差而變，潮差越大，潮汐能也越大。潮汐漲落形成的水位差，即相鄰高潮潮位與低潮潮位的高度差，稱為潮差。通常，海洋中的潮差比較小，一般僅幾十厘米，多者只有1m左右。而喇叭狀海岸或河口的地區(qū)，潮差就比較大。

后記

海洋波浪來(lái)源于太陽(yáng)輻射地球所產(chǎn)生的熱能。海洋表面接受不均勻的照射及其產(chǎn)生的不均勻熱量分布，在海洋的蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生了風(fēng)，風(fēng)在海洋表面形成了波浪。波浪能與風(fēng)能有著相似的特征。在相同能量強(qiáng)度的情況下，波浪能和風(fēng)能相比蘊(yùn)含的能量密度更大，可以產(chǎn)生更多更經(jīng)濟(jì)的電能。利用無(wú)線電天線共振法則能夠有效地將海洋波浪能量轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)海洋中移動(dòng)的物體和海洋波浪產(chǎn)生共振時(shí)，物體大約能夠吸收海洋波浪能量的50％，而在阻抗匹配的條件下吸收的海洋波浪能量更高。以水箱作為共振器件時(shí)，水箱與移動(dòng)物體的組合可作為很好的海洋波浪能量轉(zhuǎn)換器。為了獲得經(jīng)濟(jì)適用的能源，最基本條件是采用簡(jiǎn)潔的轉(zhuǎn)換器件與高效率的能量轉(zhuǎn)換方式。機(jī)械式海洋波浪能量轉(zhuǎn)換器適合于天線共振原則和海洋實(shí)際情況。海洋波浪能量轉(zhuǎn)換器是海洋能量綜合利用的關(guān)鍵。采用機(jī)械形式的裝置能在海洋暴風(fēng)雨中長(zhǎng)久使用，能有效地將海洋波浪能量進(jìn)行集中和綜合利用。為了達(dá)到這個(gè)目的，關(guān)鍵是研究和開發(fā)合理的能量轉(zhuǎn)換器件。盡管已經(jīng)提出了許多想法并積極尋找最好的轉(zhuǎn)換器件，但目前為止還沒(méi)有得到一個(gè)理想的通用解決方法。轉(zhuǎn)換器件的選擇必須十分謹(jǐn)慎。有些轉(zhuǎn)換器難于采用天線原則進(jìn)行調(diào)節(jié)，其機(jī)理也尚不夠明確。

編輯推薦

《海洋波浪能量綜合利用》由上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。

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