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坐海底波能摆式发电机构设计毕业设计（论文）开题报告.doc
坐海底波能摆式发电机构设计-含17PT报告【7张CAD图纸和文档所见所得】【YC系列】
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7张CAD图纸和文档所见所得
YC系列
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发电
机构
设计
17
PT
报告
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图纸
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YC
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毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告设计(论文)题目： 坐海底波能摆式发电机构设计 学生姓名： 学号： 专业： 所在学院： 指导教师： 职称： 年 月 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的框架成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。5.开题报告（文献综述）字体请按宋体、小四号书写，行间距1.5倍。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字的文献综述：1.1 课题背景 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础之一，能源的开发利用促进了人类文明的发展和进步，同时也引发了大量的环境问题, 生态环境不断恶化，例如二氧化碳等温室气体的大量排放导致日益严峻的全球气候变化；在我国煤炭资源消耗严重，加上近几年机动车辆的使用量剧增，导致空气中PM2.5 含量的大增，形成了严重的雾霾天气。自工业革命以来,人类社会对能源的需求不断上升，特别是近几十年来，在短缺的社会效益驱动下，煤炭、石油、天然气等化石能源遭到人类的过度开采，造成了严重的能源危机。据BP 世界能源统计年鉴（2013 版）显示，石油仍是全球主导性燃料，占全球能源消费的 33.1%，世界已探明石油储量2012 年为 1.67 万亿桶,按照目前的开采速度可供开采53 年。按照同样的方式计算，世界已探明的煤炭储量可供开采220 年；世界已探明天然气储量可供开采57年。为了应对能源危机，解决环境问题，人类社会将目光投向了可再生能源。各国政府也开始积极地寻找清洁可再生能源来改变目前的能源利用结构，走可持续的能源发展道路，制定了鼓励和支持可再生能源发展的相关政策和法律。所谓可再生能源指的是在自然界中能够不断再生并有规律地得到补充或者能够重复利用的能源，主要包括水能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能等。其中海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生清洁能源，主要包括潮汐能、潮流能、海流能、波浪能、温差能和盐差能。据评估，全球各种海洋能的理论可再生功率约为766 亿千瓦，技术上可开发利用的约为64 亿千瓦，相当于目前全世界发电机总量的2 倍。据国际能源署海洋能源实施协议预测，到2050 年，全球海洋能装机容量将达74800 万千瓦，并将实现二氧化碳减排52 亿吨。1.2 波浪能资源分析 波浪能是海洋表层海水在风力的作用下产生的波动所具有的动能和势能。在众多的海洋能当中，波浪能是利用品位最高的海洋能，具有以下优点：波浪能是海洋中分布最广的能源；波浪能是可再生能源,波浪运动周而复始，永不休止；波浪能的能流密度最大；波浪能属于一种洁净无污染能源；有规律可循，按年、季、分、秒都有周期性变化；波浪能以机械能形式出现 。因此，全世界各国政府，特别是海洋波浪能资源丰富的国家，大力鼓励海洋波浪能发电技术的发展。1.2.1 全球波浪能情况分析 早在20 世纪70 年代，人们就已利用大洋船舶报资料和浮标资料，计算和分析全球海洋沿岸波浪能资源的分布特征，随着海浪数值模式的不断进步，先进的海浪数值预报模式也被应用于波浪能的研究中12。2012 年美国国家海洋和大气局（NOAA）对全球波浪能进行评估，其结果如下：全球总的波能量P 为2.110.05TW，可利用能量为96.61.3GW,利用率为4.6%13。表1.1 列出了各大洲波浪能资源的评估结果，从表中可以看出，北美洲的波浪能总资源与可利用资源最丰富，亚洲的波浪能资源总量不足，但可利用率最高，可利用量位居第二。通常认为波浪能流密度（波浪在单位时间通过单位波峰的能量）大于2kW/m 时为可以开发利用14。图1.1 为世界沿岸年平均能流密度及波向分布图，从图中可以看出，全球大部分海域的波浪能流密度大于10kW/m，南半球的波浪能流密度最为强盛，南印度洋中高纬和澳大利亚南部能流密度高达100kW/m，且有向北传播的趋势；北半球的能流密度普遍小于南半球，相对高值区位于北太平洋和北大西洋海域，约（3050）kW/m，大西洋中低纬海域、北印度洋基本在（1020）kW/m，我国东海和南海北部海域的波浪能流密度也在10kW/m 以上。1.2.2 我国波浪能情况分析 我国的海域面积非常广阔,大陆海岸线长约1.8 万公里，海岛海岸线长约1.4 万公里。据估计海洋总能量约为8108kW，开发利用的潜力巨大。根据中国沿海农村海洋能资源区划利用波浪观测资料计算统计，我国沿岸波浪能资源理论平均功率约为12852MW。 我国波浪能资源在地域空间上的分布很不均匀，沿海各省具体资源统计如图1.2所示。其中以台湾省沿岸最为丰富，为 4291.22MW，占全国总量的 1/3；其次是浙江、广东、福建和山东沿岸较多，合计为7062.36MW，约占全国总量的55；其他省市沿岸则很少，仅在144563MW 之间，广西沿岸最少，仅80.9MW15-19。根据图1.1 的显示可知，我国的波浪能流密度较低，但大部分在可利用范围之内，其分布特点一般是岛屿附近比大陆岸边高，近海外围岛屿比沿岸岛屿高。全国沿岸波浪能流密度最高的区段是浙江中部、台湾、福建海坛岛以北、渤海海峡和西沙地区沿岸，其次是，浙江南部和北部、广东东部、福建海坛岛以南、山东半岛南部沿岸。渤海、黄海北部和北部湾北部沿岸最低。其具体分布是：渤海海峡7.73kW/m，台湾岛南北两端6.216.36kW/m，浙江中部6.29kW/m，福建海坛岛以北5.325.11kW/m，西沙地区 4.05kW/m，粤东3.62kW/m。这些地区年平均波高大于1m，平均周期大于 5s，是全国沿岸波功率密度较高，资源储量最丰富的地区。其次是浙江沿岸北部和南部 2.762.82kW/m，福建南部 2.252.48kW/m，山东半岛南岸 2.23kW/m，这些地区波功率密度中等，资源储量较丰富。其他地区则波功率密度较低，均在1.50kW/m 以下，资源储量也较少20。我国波浪能流密度具有明显的季节变化。由于中国沿岸处于季风气候区，多数地区波功率密度具有明显的变化。变化的总趋势是，秋冬季较高，春夏季较低。而浙江及其以南地区，因受台风影响，春末和夏季（南海 58 月，东海 79 月）波功率密度也较高，甚至会出现全年最高值，如大陈附近。波功率密度的季节变化在波功率密度较高的岛屿附近更显著，如北隍城、龙口、千里岩、大陈、台山、海坛和西沙等。1.3 波浪能发电技术的研究进展1.3.1 国外波浪能发电技术的研究进展 波浪能的开发利用可追溯到两百年以前，早在1799 年，波浪能利用的首项专利就被法国的吉拉德父子获得。在波浪能利用的发展历史中，开发利用最早的国家是法国，后来英国、挪威、日本、美国、葡萄牙等国相继开发。目前，以日本和英国两国技术居于世界的领先水平。 在1910 年，法国人波契克斯普莱西克，建造了世界上第一台波浪能发电装置气动式波浪能发电装置，供应他自己住宅1kW 的电力。英国具有世界上最好的波浪能资源，上世纪70 年代就将波浪发电作为新能源开发的最重要课题，在80 年代初，英国即成为世界上的波浪能研究中心21,22。在90 年代，英国相继于1990 年和1994 年在苏格兰伊斯莱岛和欧斯普雷岛分别建成了一座75kW 振荡水柱式波浪发电站和一座20000kW 岸基波浪能发电站。1995 年8 月，英国研发出的一台装机容量达2000kW 的波浪能发电装置在克莱德河口海湾安装完毕并实现发电，这是世界上第一台商用波浪能发电装置。2000 年11 月，在苏格兰Islay岛建成岸式装置LIMPET，装机容量500kW，现已上网发电。英国的Pelamis 公司在葡萄牙海港建造的“海蛇”发电装置，是现今最成熟的波能转换装置，它由3 个150米长的铰接结构组成，每个发电功率可达750kW，这些发电装置组成了世界上第一个商业海浪发电厂，并于2008 年开始投入使用23-27。日本作为一个陆上资源匮乏的海岛国家，在海洋能开发利用方面更是不遗余力，目前日本已建造 1500 多座波浪能发电装置。在上世纪60 年代，日本的益田善雄研制出使用l0W 波浪发电装置的航标灯，这种装置已制成 1200 台，行销各国。从 80年代开始，日本研发并建设了四座单机容量在 40125kW 范围内的波浪发电站，其类型包含岸基固定式和防波堤式。在所有发电装置中最具代表的是 “海明”号发电船，是一座适用于“离岛的自给电源”的波浪能发电装置，总装机容量达1250kW，建于80 年代初。1996 年9 月在原町火电站南部防波堤上装设的固定式防波堤型130kW波电设备是日本最大的波能转换设备，与6kV 电力系统并网。1998 年7 月，日本又投运另一种被称为“巨鲸（Mighty Whale）”的波电设备，其容量120kW26-29。挪威的波浪发电研究始于20 世纪70 年代，虽然起步较晚,但通过后期的投入和支持，在80 年代中后期在国际波浪能领域达到领先水平。挪威所做出的较大贡献是提出了相位控制原理和喇叭口收缩波道式波能装置等。比较有代表性的两座电站分别是1985 年修建的500kW 振荡水柱式波浪发电站和1986 年修建的350kW 收缩波道式聚波水库波浪发电站27,30。美国是能源消耗最高的发达国家。近年来，串联活版系统、平行盘波浪能模件、随波筏链式装置以及气动波能转换系统是美国波浪能研究的重点。2011 年4 月，美国OPT 公司的浮筒式海浪发电装置PB150 投入使用，额定发电功率150kW，每台发电站能够满足150 个家庭的用电需求。除了以上国家，国外有澳大利亚、葡萄牙、荷兰、丹麦、瑞典、加拿大、印度尼西亚等国家对波浪发电进行了一系列研究开发。随着能源危机的日趋明显，国外对海浪发电的投入将会进一步加大。据不完全统计，目前已有28 个国家(地区)参与研究波浪能的开发，建设大小波力电站(装置、机组或船体)上千座(台)、总装机容量超过800MW，其建站数和发电功率分别以每年2.5%和10%的速度上升。1.3.2 国内波浪能发电技术的研究进展 我国的波浪能发电技术研究始于上世纪70年代，研究波浪能发电最早兴起于上海，我国已将波浪能发电研究列入了国家重点科技攻关项目26,31。1975年我国研制成了一台1kW的波浪发电浮标，1984年广州能源所研制成功了6W小型波浪发电装置，用于导航灯标，之后又加以研发并商品化生产。1989年，我国在珠海市大万山岛建成第一座岸式波浪能装置，装机容量3kW, 平均总效率在 10%35%，最大值接近40%，随后将其改建成为一座20kW波浪电站，并于1996年2月试发电成功，逐步完善后将向岛上提供补充电源 32。广州能源研究所还于1989年开始对后弯管波浪能发电装置进行研究设计，经过不懈的努力研究，一座容量为 5kW 后弯管波浪发电船最终研制成功 33。“九五”期间，广州能源研究所又在汕尾市建立了一座100kW与电网并网运行的岸式振荡水柱型波浪能电站，项目始于1996年12月，工程结束于2001年2月34-36。该电站推进了波能装置的发展,基本确定了我国在波能转化研究方面的国际领先地位。1999 年 9 月，我国在山东省大管岛建立了一座摆式波浪能发电站，该电站装机容量为100kW ，已成功运行，并与风能装置并联发电，为岛上居民供电。我国的波浪发电研究虽然起步较晚，但是近年来发展较快，并取得了很大进步。小型岸式波浪发电技术已处于世界先进水平，微型波浪发电方面已相当成熟，并已商品化。但是，从装机容量上来讲，我国的相关技术还远远不够，转换方式类型较少，且装置运行的稳定性和可靠性等还有待研究提高。1.3.3 波浪能发电技术的类型目前波浪能发电装置的研发技术大都基于以下几种基本原理：利用波浪运动引起的压力变化；利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆；利用波浪的爬升将波浪能转换成水的势能等27,30。根据波浪能发电的原理通常可将波浪能发电装置分为振荡水柱式、振荡浮子式和越浪式三种。在这里分类对目前主要波浪能发电装置进行介绍。（一）振荡水柱式（OWC）图1.3是振荡水柱式波浪发电装置示意图，其工作原理是通过波浪驱动一个水下开口的气室内的水柱作上下振荡运动，压缩气室里的空气往复通过气室顶端的喷嘴，进而驱动空气透平机往复旋转，再由空气透平机带动发电机发电。根据其系泊方式，振荡水柱式波浪发电装置可分为固定式和漂浮式两种。目前已建成的固定式装置有英国的LIMPET，漂浮式装置有日本的 “巨鲸”号、中国的后弯管波浪发电船等。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，可靠性较高，容易实施；缺点是效率低。（二）振荡浮子式 振荡浮子式是利用波浪的运动推动波浪能发电装置的活动部分(浮子、筏体、鸭体、摆体等)使其产生往复运动，进而驱动机械系统或液压系统，再带动发电装置发电，或直接驱动特殊发电机发电。该类型波能装置又可以根据其活动部分的结构形式分为点头鸭式、筏式、浮子式、摆式、蛙式等等。（1）点头鸭式点头鸭式发电装置是由英国的Salter 教授发明的一种利用特殊外形高效吸收波浪能的发电装置。早期装置是利用横截面酷似鸭体的浮体通过一个细长轴连接并沿波峰方向依次排开，在波浪作用下绕转动轴俯仰转动，通过内部液压装置将波浪能转换为液压能，进而驱动发电机发电。后期点头鸭装置(图 1.7),由一个装有回转仪的鸭形浮体构成,装置随波浪相对回转仪作俯仰运动产生电能。（2）筏式波能装置筏式波能装置一般由漂浮水面的若干筏体铰接而成（图1.8），筏体沿波浪传播方向布置，在波浪作用下，相邻筏体相对转动将俘获的波浪能转化为机械能，然后由置于铰接处的能量转换与传输装置来驱动发电装置发电。典型装置有英国的“海蛇”和爱尔兰的MWP 波浪泵.（3）浮子式波能装置 浮子式波浪能发电装置依靠漂浮于水面或浸没于水下的浮子在波浪力的作用下做起伏运动来俘获波浪能，进而通过机械或液压装置带动发电装置。根据运动浮子的个数，可将浮子式波能装置分为单浮子式、双浮子式和多浮子式。 目前已成熟装置例如PowerBuoy 装置、阿基米德波浪摆装置。（4）摆式波能装置 摆式波能发电装置是采用随波浪来回摆动的摆体来驱动液压系统或水压系统带动发电机产生电能。摆式波能装置可分为悬挂摆和浮力摆两种，悬挂摆铰接点在水面上，浮力摆铰接点在海底。日本的300600kW 悬挂摆式波能装置，是英国的浮力摆“牡蛎（Oyster）。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要研究或解决的问题: 国内外通过研究海洋波浪能的特点，已提出了多种不同的波浪能发电装置，这些装置机械结构和原理各异，转换效率高低不一，大部分处于理论或者初步设计阶段。由于海洋波浪能利用技术较新，针对
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