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波能供电浮标技术
应用领域:Modern Oceans
我有意向
国家/地区
中国
行业领域
Modern Oceans
简介
海洋浮标是海洋水文气象自动观测站,在海洋科学研究、海洋资源开发、港口建设和海防建设等领域发挥重要作用。随着我国海洋战略的实施,向海洋要资源、要能源步伐日趋加快,开发和经略海洋迫切需要全面深入地了解海洋,海洋浮标是海洋数字化和透明化的基础技术手段之一。为保证海洋浮标长期、连续、全天候的工作,其供电系统必须稳定可靠。目前,海洋浮标一般采用蓄电池或太阳能供电方式,由于蓄电池需要定期更换、太阳能能流密度较低,导致现有海洋浮标的供电能力较弱,允许浮标搭载传感器的种类和数量有限,且数据传输的实时性较差。海洋浮标地处海洋环境中,周围有取之不尽的、能流密度较高的波浪能。因此,如何利用海洋浮标自身结构,从周围海洋环境中采集波浪能,实现自我供电,进而大幅提高浮标供电能力,解决现有浮标性能的卡脖子问题,是一个非常现实和迫切的研究课题。目前,波浪能利用技术装置(简称波能装置)种类繁多,从俘获波浪能技术的角度主要分为振荡水柱式、筏式、收缩波道式、点吸收式、鸭式、摆式等,其中点吸收式波能装置又称振荡浮体式波能装置,是利用动静浮体间的相对运动采集波浪能,在结构和系泊方式上与海洋浮标比较接近,是海洋浮标波能供电方案的首选装置类型。目前,用于浮标供电的点吸收波能装置的研究报道比较少见,国外主要有美国俄勒冈州立大学的RHINEFRANK 等开发的基于海洋能的永磁直线发电浮标,国内主要有东南大学研发的用于浮标系统的1kW直驱式波能装置、青岛海纳重工和中国 海洋大学联合研制的用于资料浮标的1kW海洋波浪能发电装置,上述波能供电浮标装置虽有样机实海况试验的研究报道,但其实用性还有待于进一步研发。总之,目前国内外一些小型的波能供电航标灯(瓦级)已实现了商品化,但几十瓦级以上的波能供电浮标仍处于研发阶段,目前波能供电浮标亟待解决的问题是可靠性问题和供电成本问题,尤其是极端海洋环境下波能供电可靠性问题。山东大学在研的波能供电浮标隶属点吸收式波能装置,具有自主知识产权,该装置基于浮标自身结构,采用“浮标体+挠性机构”采集波浪能,结构简单可靠,制造维护成本低。在2011年度国家海洋能专项的资助下,山东大学历经6年,先后完成了第一代波能供电浮标的理论研究、模型试验、样机研制和实海况试验等工作。实海况试验表明第一代波能供电浮标原理可行,期间样机经受极端天气的考验,生存能力强,此外,样机制造布放维护成本低的优势也得到了充分的验证。针对第一代样机采集效率偏低问题,在2018年山东省重点研发计划项目的资助下,项目组开发了第二代波能供电浮标样机,实海况实验表明第二代样机采集效率大幅提升。为了进一步提高供电可靠性、降低供电成本,项目组计划研发第三代波能供电浮标,目前已完成了第三代波能供电浮标的方案设计、水动力仿真以及物理模型实验等工作,正在进行实海况样机研制前的准备工作。第三代波能供电浮标的设计技术指标:①.装机容量为5kW;②.额定海况下(有效波高1m,有效波周期5s),样机波能发电效率≧15%;③.海试 期间样机无故障运行时间≧12个月。
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