海鮫號太陽能模板（走進鷹式波浪能發電裝置）

2023-09-22 13:25:27 1

日前，「南海兆瓦級波浪能示範工程建設」500kW鷹式波浪能發電裝置「舟山號」正式交付。鷹式波浪能發電裝置是由中國科學院廣州能源研究所的科學家研發的，用於捕獲海洋波浪能並將其轉換為電能的裝置。

為什麼取名為鷹式呢？原因在於裝置上用以吸收波浪的浮體形狀酷似老鷹的嘴巴，科學家們將這些吸波浮體稱為「鷹頭」，鷹式波浪能發電裝置的名稱也由此而來。

圖1 鷹式波浪能發電裝置中的「鷹頭」

「舟山號」其實並不是國內首臺鷹式波浪能發電裝置，在它之前有裝機100kW的「萬山號」、260kW的「先導一號」發電平臺，還有120kW的波浪能發電-養殖-旅遊平臺。已經交付的「舟山號」擁有中、美、英、澳四國發明專利，設計圖紙獲法國船級社認證。它是目前國內單體最大的波浪能發電裝置，500kW的裝機容量意味著它滿功率運行時，每小時可發500度電。

圖2 鷹式裝置「先導一號 」

圖3 鷹式裝置「澎湖號 」波浪能發電-養殖-旅遊一體化平臺

圖4 鷹式裝置「舟山號」

「舟山號」的結構從功能上可以分為俘獲系統、能量轉換系統、監控系統、錨泊系統。

俘獲系統包括鷹頭吸波浮體和半潛船體。鷹頭吸波浮體通過支撐臂鉸接在半潛駁上，除了允許吸波浮體通過支撐臂繞鉸鏈往復旋轉運動做功外，其他降低波浪能俘獲量的運動都得到了有效抑制。吸波浮體的設計目標與半潛船體相反，要求其質量輕、慣性小、反應敏捷、隨浪性好。為了實現對波浪的敏捷反應，提高波浪能的俘獲效率，鷹頭吸波浮體採用特殊的外形結構，以達到正面吸收波浪，背面不造波的效果。半潛船體是鷹式波浪能裝置的主體結構，可搭載鷹頭吸波浮體與設備。非工作狀態時，半潛船體有足夠的浮力，漂浮於水面上，可在江中或海中航行。工作時，半潛船體潛入水中，作為阻尼基座，可有效防止裝置基體隨波浪高頻垂蕩、縱蕩和縱搖。

能量轉換系統包括二級能量轉換系統和三級能量轉換系統。鷹式波浪能裝置的二級能量轉換系統採用液壓系統（主要由液壓轉換系統、蓄能穩壓系統、液壓自治控制系統組成），將浮子的往復機械能轉換為液壓能，再轉換為發電機的旋轉機械能。三級能量轉換系統（即發電系統）由馬達、發電機、變換電路、負載組成。液壓轉換系統的核心元件通常採用液壓缸，鷹式「舟山號」波浪能裝置採用雙出杆的液壓缸，安裝在吸波浮體與半潛船體之間。

「舟山號」的能量傳遞採用液壓轉換，起起伏伏的波浪推動裝置的鷹頭部分上下開合，連接到鷹頭部分的液壓缸就會產生往復運動。類似於打氣筒原理一樣，鷹頭通過吸收波浪的能量，從而帶動液壓缸運動。液壓缸不停的液壓系統內部的蓄能裝置打油，波浪能在此就轉換成液壓能並存儲起來。當液壓能儲存到一定值時，蓄能系統的壓力會被控制系統感受到，並自動打開液壓系統內的閥門進行液壓油釋放。閥門打開後，帶著巨大能量的高壓油液就會衝擊液壓馬達並使之轉動，液壓馬達的轉動再驅動發電機發電。直到蓄能系統內部液壓油壓力降到研究人員設定的閥門關閉的壓力值，這時控制系統又會自動將閥門關閉，油液釋放停止，開始進入下一個發電循環。發出的電再經過逆變器、變壓器等電力變換設備，可在海上獨立穩定輸出10kV、3kV、380V、220V及24V標準電力。

圖5 鷹式波浪能裝置的發電原理

波浪能是風擾動海面形成的能量，功率密度大、分布最廣，遍布整個海面，是一種易於直接利用、取之不竭的可再生清潔能源。波浪能的開發利用有利於優化我國海島能源結構，支撐海洋開發活動的發展。後續，廣州能源所將聯合中國南方電網、招商局工業集團等相關單位，深入開展波浪能發電技術的工程化、實用化和規模化研發工作，積累波浪能裝備併網運維經驗，為遠海島嶼清潔能源供電提供技術和裝備支撐，服務我國海洋強國建設。