新型直驱式波浪发电系统-东南大学

1、2018 年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术） 推荐项目公示材料（ 发明奖（含专利类）、发明奖-直报类 ）1、项目名称：新型直驱式波浪发电系统2、推荐奖种： 技术发明奖3、推荐单位（专家）：东南大学4、项目简介：目前世界能源消费主要以石油为导向，而它的蕴藏量不是无限的。按照目前的使用速度，全球石油平稳供应不足 40年，未来的几百年内将耗尽地球 25亿年积累的化石型能源石油、煤、天然气等。海洋占地球面积的 71%，蕴藏着巨大的清洁可再生能源， 包括潮汐、潮流、波浪、温差等能量。英国 Carbon Trust 公司评估世界海洋波浪近岸能量约为 1TW，而离岸的波浪能量更大，约 10TW。英国海

2、洋平均有 6.27GW的波浪能可以利用，相当于目前英国电能总量的 14%。我国有 1.8 万公里大陆岸线和 1.4 万公里海岛岸线，海浪能资源也很丰富。根据我国沿岸 55个海洋站一年 ( 中等波浪 ) 的波浪观测数据统计，全国沿岸的波浪能资源平均功率为 12.8GW，相当于我国 2017年总发电量的 15%，因此有效利用我国波浪能资源，可以缓解我国用电，特别是海岛及沿岸的用电问题。通常波浪能发电需要经过三级能量转换，先将波浪垂荡动能通过空气透平机构转化为旋转运动的机械能，然后带动发电机发电。然而空气透平等中间机构运行效率很低，不会超过 30%，从而影响了波浪发电系统的整体效率。本项目发明了直驱

3、式波浪发电系统，即用直线电机与波浪能转换器结合，直接将波浪动能转化为电能，减少了中间环节，提高了波浪发电系统整体效率。因此我们的发明工作主要围绕直线电机、运行控制等，取得了以下的主要成果：1、圆筒直线电机新结构：圆筒型直线电机式波浪发电的主要部件，其绕组没有端部，电机结构紧凑、效率高，有广阔的应用前景，但是该类电机涡流损耗过大，制约着其在波浪发电等工业领域的应用。项目组首先采用径向叠片技术，阻断电磁感应涡流回路， 极大程度地降低了圆筒直线电机的损耗，突破了该电机的技术瓶颈。同时发明了该电机的等效迭压系数表达式，将径向叠片式圆筒直线电机的复杂结构化为二维问题，简化了仿真计算方法。圆筒直线电机的新

4、结构解决了该电机世界性的技术难题，为其应用推广发挥了重大作用。2、直线电机优化理论： 建立了直线电机的电磁场- 电路 - 温度场联合模型， 对直线电机的磁场、电机参数进行仿真及优化计算。利用直线电机定动子间磁场谐波耦合理论，构造出新型的磁场调制电机。该发明突破了传统的电机基波磁场耦合理论，创造性地提高了电机功率密度数倍，减小电机体积、降低了发电成本。然后发明了齿槽边端定位力及电机波动的基本规律，有效地降低电机阻力，提高了波浪发电系统的发电量。3、直驱式波浪发电运行控制技术：建立流体动力学和直线发电机电磁耦合的数学模型，搭建了参数可调的波浪发电运行控制综合系统。根据波浪运动谐振理论，发明了直驱式

5、波浪发电系统负载输出最优控制策略方法，提高了直驱式波浪发电系统能量捕获和转化效率。通过参数调节，提高了直驱式波浪发电装置的波浪能幅度和频率适应范围，有效地减少了单个发电装置输出电压和功率的波动。4、波浪发电装置电源接入系统优化控制：优先利用可再生能源对于改变我国能源结构、保障能源安全、提高能源效率具有重要的意义。在此背景下，项目组将波浪能发电与潮流发电 / 风力发电 / 光伏发电等可再生能源相结合， 通过组成具有并网、自治能力的小型发配电系统为就地负荷供电，实现清洁能源的高效利用。项目组提出了多波浪发电装置的分布式协调控制策略，该策略能有效降低波浪发电不确定性带来的影响，充分消纳波浪能发电，减

6、少区域负荷的用电成本。本项目形成了较完整的技术体系，已获授权国家发明专利55 项；在国内外刊物发表学术论文 100 余篇，其中 SCI 收录 30 多篇， EI 收录 65 篇。5、推广应用情况：本技术发明成果已在国电南瑞科技股份有限公司、 南京赛梵电气科技有限公司、山东鲍尔浦实业有限公司等多家企业实现了产业化，为推动成果应用起到重要的作用。6、曾获科技奖励情况：无7、主要知识产权证明目录：国证发明专知识产权具体家授权书发明人利有效授权号权利人名称( 地日期编状态区)号1、一种适用于湖泊的波浪发电装置及其控制方法2、直驱式双振荡波浪发电装置3、自动对浪的漂浮式海浪发电装置4、一种双浮筒海洋波浪

7、发电装置抗击风暴冲击的装置及方法5、一种直驱式波浪发电装置6、一种基于串联直线齿轮电机的波浪能发电装置7、一种基于海浪发电的电力系统8、一种可调速比直线磁齿轮9、一种直驱式海洋波浪发电机输出功率的平稳方法10、一种海洋能源发电监测装置11、 一种潮流发电装置中ZL2013105032015.国684.28.19中ZL2013104772015.国621.412.9中ZL2013104752016.国778.31.20中ZL2014103402016.国596.X4.6中ZL2013105042016.国361.54.6中ZL2014102612016.国932.18.17中ZL20141043

8、92016.国048.203.23中ZL2015100012017.国607.601.25中ZL2014102912017.国419.701.25中ZL2013104752015.国831.X8.5中ZL2013101192015.国020.67.29东南大学余海涛； 陈中有 效显；胡敏强等东南大学余海涛； 施振有效川；马振琦；陈浩； 洪立玮东南大学余海涛 ;陈浩；有效马振琦； 洪立玮东南大学余海涛； 陈中有效显；胡敏强；黄磊东南大学余海涛； 陈中有效显；胡敏强；黄磊； 须晨凯等东南大学余海涛； 陈洁有效琳东南大学胡敏强； 徐鸣有效飞；余海涛；黄磊东南大学余海涛 ; 封宁有效君；东南大学余海涛

9、； 陈中有效显;胡敏强 ;黄磊东南大学余海涛； 洪立有效玮；施振川等东南大学余海涛；吴有效涛；须晨凯；孟高军； 胡敏12、一种潮流中ZL2013104662016.波浪能发电装国765.X2.3置13、一种风能、中ZL2016.海洋波浪能综201410291454国8.31合发电装置.9东南大学东南大学强余海涛 ;陈洁 有 效琳，闻程；张笑薇； 胡敏强余海涛； 陈中 有 效显；胡敏强14、海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法中国ZL2014102322016.515.46.15东南大学有效余海涛； 孟高军；胡敏强；黄磊15、一种微网构建中的海浪发电系统位置检测方法16、一种具有自调

10、节功能的海流发电装置17、一种圆筒直线电机的线圈绕线机中ZL2014102322016.国9.9419.X中ZL2013104792015.国983.712.9中ZL2014104372016.国373.56.8东南大学东南大学东南大学余海涛； 孟高 有 效军；胡敏强；黄磊余海涛；吴 有 效涛；须晨凯；黄磊； 胡敏强余海涛 ;陈浩； 有 效马振琦； 施振川；洪立玮18、一种运行、控制和保护性中ZL2014104382016.能提高的微电国304.61.20网系统19、一种提高微网系统电能中ZL2014103402016.质量的控制方国313.15.25法东南大学东南大学胡敏强； 徐鸣 有 效飞

11、；余海涛；黄磊余海涛； 孟高 有 效军；胡敏强；黄磊8、主要完成人情况表完成人 1：姓名排名工作单位完成单位胡敏强1南京师范大学东南大学曾获科技奖励情况：分别于 2000、2002 和 2008 年获江苏省科技进步二等奖。对本项目技术创造性贡献：项目负责人，主持完成项目的立项、研究开发和产业化推广应用的组织协调工作，是主要创新 "思想 "和技术路线的主要提出者和实施者，项目投入占本人科研总工作量的 80%，是本项目核心技术的最主要发明人，对主要技术发明点 1-4 做出了创造性贡献，为本项目的推广和应用做出了突出贡献。完成人2：姓名余海涛排名2工作单位东南大学完成单位东南大学

12、曾获科技奖励情况：2000 年获教育部自然科学一等奖；2007 年获湖北省自然科学二等奖。对本项目技术创造性贡献：本项目主要骨干， 参与了项目的立项、 研究开发和产业化推广应用的全部过程。在本项目中本人投入科研总工作量的 80%，在项目实施过程中提炼出专利创新点，是本项目核心技术的最主要发明人，对主要技术发明点 1-2 做出了主要贡献，为本项目的推广应用做出了积极的贡献。在本项目中，获得授权发明专利 20 多项。完成人 3：姓名排名黄磊3工作单位东南大学完成单位东南大学对本项目技术创造性贡献：对发明点 3“直驱式波浪发电运行控制技术”做出了创造性贡献。对技术内容1-（ 2）“磁通调制永磁直线电机”的优化设计做出了重要贡献。完成人4：姓名郑玉平排名4工作单位国电南瑞科技股份有限公司完成单位国电南瑞科技股份有限公司对本项目技术创造性贡献：对发明点 2“直驱式波浪发电及海洋能互补发电技术” 做出了创造性贡献， 为本项目成果的应用推广做出了突出贡献。完成人5：姓名吴在军排名5工作单位东南大学完成单位东南大学对本项目技术创造性贡献：对发明点 4“波浪发电装置电源接入系统优化控制” 做出了创造性贡