對(duì)于生活在海濱城市的人來(lái)說(shuō),我們對(duì)海浪再熟悉不過(guò)了。起伏的海浪中蘊(yùn)含巨大的能量,如果能被有效地利用,將大大造福人類。日前,由遼寧海事局和大連海事大學(xué)共同研發(fā)的多節(jié)漂浮式波能發(fā)電裝置進(jìn)行了首次海上試驗(yàn),并取得成功。這一裝置能有效收集波浪能并轉(zhuǎn)化為電能輸出,且具備低成本、無(wú)污染、節(jié)約能源的特點(diǎn),可緩解全球范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題。若批量投入使用,發(fā)電成本約為0.45元/kWh,低于風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電方式。
仿生結(jié)構(gòu)收集波浪能
“波能發(fā)電設(shè)備研發(fā)及在海事的應(yīng)用研究”是交通運(yùn)輸部2012年海事重點(diǎn)科技項(xiàng)目,由遼寧海事局和大連海事大學(xué)的專家組成的項(xiàng)目組共同完成。在項(xiàng)目承擔(dān)方負(fù)責(zé)人、大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院教授高洪濤的帶領(lǐng)下,記者見到了這個(gè)可以向海浪汲取能源的神奇裝置。
這是個(gè)由三節(jié)圓柱形浮筒組成的裝置,每節(jié)長(zhǎng)度近3米,兩端鉸接在一起。該設(shè)備由一個(gè)錨泊系統(tǒng)固定在海面,當(dāng)波浪來(lái)時(shí),浮筒隨著波浪上下運(yùn)動(dòng),看起來(lái)像一條蛇。
“這個(gè)裝置我們又叫它‘海蛇’,它的外形采用仿生結(jié)構(gòu)原理,不僅可以能抗擊大風(fēng)大浪的沖擊,同時(shí)通過(guò)關(guān)節(jié)處的上下運(yùn)動(dòng),將波浪不規(guī)則的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量收集起來(lái)。”高洪濤教授說(shuō),浮筒進(jìn)行收集波浪后,還會(huì)通過(guò)波浪的波動(dòng)將波能放大,然后通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)為穩(wěn)定連續(xù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),將能量轉(zhuǎn)換成電能。
首次海上試驗(yàn)獲成功
雖然外形只是簡(jiǎn)單的三個(gè)圓筒,但這套設(shè)備其實(shí)一點(diǎn)兒都不簡(jiǎn)單,它耗費(fèi)了項(xiàng)目組專家大量的心血。高洪濤告訴記者,要保證裝置在海面上保持平衡,專家們進(jìn)行了不計(jì)其數(shù)的科學(xué)計(jì)算和加工。此外,由于設(shè)備長(zhǎng)期處于海洋環(huán)境中,還要保證密封和絕緣,在材料的選擇上,項(xiàng)目組也是進(jìn)行了多次研究和試驗(yàn)。
作為國(guó)內(nèi)首個(gè)投入海洋真實(shí)環(huán)境測(cè)試的波能發(fā)電裝置,漂浮式波能發(fā)電裝置近日在老虎灘附近海域進(jìn)行了海上試驗(yàn)。在為期3天的測(cè)試中,發(fā)電裝置附近海域波浪小于0.5米,在小風(fēng)浪條件下,波能發(fā)電裝置工作狀態(tài)良好,成功獲取了相應(yīng)的電能,所獲得的最大直流發(fā)電功率達(dá)到了51.18W。 “按照計(jì)算原理,海浪越大,獲取的電能也就越大。在小風(fēng)浪條件下能發(fā)電,說(shuō)明試驗(yàn)是成功的。”高洪濤說(shuō)。
成本低于風(fēng)能太陽(yáng)能
作為海洋能源的一種,波浪能與風(fēng)能、太陽(yáng)能一樣,都可用于發(fā)電,但與其他兩者相比,波浪能發(fā)電在成本上更具備優(yōu)勢(shì)。
“目前在我國(guó),風(fēng)力發(fā)電的成本為0.48~0.63元/kWh;太陽(yáng)能發(fā)電的成本較高,為4元/kWh。”對(duì)于波浪能發(fā)電的成本,高洪濤給記者算了筆賬:以四節(jié)浮筒,每節(jié)浮筒長(zhǎng)35m、直徑3.5m,浮筒額定功率為750kW,使用壽命為25年為例計(jì)算,綜合建廠投資、使用壽命、投資貸款利率等因素,并按照風(fēng)力發(fā)電的1.2倍來(lái)計(jì)算維修費(fèi),預(yù)計(jì)波浪能發(fā)電量產(chǎn)后的發(fā)電成本約為0.45元/kWh。
據(jù)了解,多節(jié)漂浮式波能發(fā)電裝置目前的研究方向主要針對(duì)海事領(lǐng)域,針對(duì)海事系統(tǒng)的船舶、無(wú)人雷達(dá)、海上通訊基站等設(shè)施供電。不過(guò),隨著該項(xiàng)目的優(yōu)化研究,波能發(fā)電可投入更廣泛的領(lǐng)域。由于波浪能屬于取之不盡的海洋能源,而且大連具備良好的波浪能利用環(huán)境,該項(xiàng)目一旦投入量產(chǎn),還可用于民用供電,屆時(shí)將有效緩解目前全球面臨的能源危機(jī)。