王先云

摘  要：波浪能发电是利用波浪发电制作成的电源，为海洋传感节点供电具有诸多优点。因此，在各种绿色可再生能源能中，海浪能越来越被人们重视【1】。本文主要介绍一种适用于多海域的浮标式海浪发电机的实验设计，该发电机通过三级能量转化将波浪能转为电能。

关键词：海浪发电;单摆浮子式

引言

能源问题是我们人类一个迫切需要解决的问题。目前海浪发电机类型有很多，各有优缺点，在充分了解波浪特点及总结前人经验的基础上，设计了一种单摆浮子式海浪发电机。该发电机具有实用性强、适用范围广、适用寿命长、无功损耗较少等优势。总设计思路为浮标捕获波浪能，使之转为浮标上下来回运动机械能，该机械能经摆臂、定向齿轮箱、同步轮系统多级传动后，转化为始终沿一个方向转的电机轴动能，这样电机能够高效稳定地发电。

一、装置原理

1.整体设计思路如下图所示：

浮标捕获海浪能量，转为浮标机械能，然后经同步轮系统传动后转为电机轴机械能，再经高效电机内部转为电能，经电缆输出后经整流滤波处理，最后输送给负载。

2装置的结构和特点

该发电机装置主要有三个部分组成：一是浮标，其作用是捕获海浪的能量;二是发電结构，其作用是将浮标所捕获的能量转化为电能并通过电缆输出;三是固定支架，其作用是将浮标和发电结构灵活地固定在某一合适位置，且便于浮标和发电结构的位置调试。固定支架本身可以固定在海底、海岸甚至是深海石油站上，圆柱形管具备一定的抗冲击性。因此，该海浪发电装置可以适用于多种海域。另一方面，一个固定支架可以同时固定多个发电结构，即节省空间又充分利用波浪的能量，可以充分体现本海浪发电装置设计灵活高效的特点。

二.波浪能理论

海洋各点海浪变化是极其复杂多变的。因此，讨论波浪理论往往会进行简化。在接下来讨论中，为方便研究，可以把海洋波动所形成的波形近似看作正弦波或正弦波的叠加【2】，如图8海浪波动的剖面曲线所示：

波峰为曲线的最高点、波谷为曲线的最低点;波长为λ;波高H为波峰与波谷间的铅直距离;振幅为A;周期 T波速 c=λ/ T;波陡以δ= H /λ表示。

三、总结

本文设计了一种单摆浮子式海浪发电机，采用机械装置将波浪能转换为机械能进行发电。通过浮标将波浪运动转化为摆臂上下摆动，然后用同步轮系统传动使电机轴转动来发电。在制作出发电装置后，在实验室制作水池进行模拟测试。经过测试和分析，得出以下结论：

（1）浮标形状适合采用长方体形状，在模拟测试中能够捕获约1/3的波浪能量。

（2）机械传动采用同步轮系统，同步带传动具有传动比精确、效率高、使用寿命长、噪声低、轴上压力小、具备一定的抗冲击不润滑剂、结构紧凑等优点。

（3）由于诸多原因无法计算发电装置输出功率，最主要原因是发电机的转速呈现脉动循环，因此发电机的输出电压呈现非对称循环变化，影响该发电装置的功率。

本实验设计的海浪发电机的优点是：发电效果显著;适应多种波形海浪;发电装置结构模块化，易于组装和维修;节省空间，一个固定支架可以同时固定多个发电结构，即节省空间又充分利用波浪的能量，可以充分体现本实验设计灵活高效的特点;发电平台固定，可以直接用电缆输出电能，避免了因平台晃动造成的电能输出成本的提高;发电结构既可以安装在海上已有的固定支架，例如深海石油站，也可以直接安装在事先建好的支架。

参考文献

[1]  孙兴旺 漂浮式海浪发电装置的结构动力分析及控制研究[D]..山东大学 . 2013年5月23日

[2]  李坤. 浮标式海浪发电机的研制. 哈尔滨工业大学，工学硕士学位论文. 2017年7月