一種新型的近海發(fā)電裝置設(shè)計與研究

王柳 郝修路 曲冰

摘要：地球表面形成總面積約為5.1億平方公里，由海洋和陸地組成，而海洋占地表總面積的百分之七十以上，這也意味著海洋蘊(yùn)含著豐富的能量有待我們合理的開發(fā)。然而隨著科技的不斷進(jìn)步，人們不斷開拓著自己的生存空間，毫無節(jié)制的開采利用著可再生的、不可再生的資源，讓人類不得不對海洋的未來甚至是自己的未來擔(dān)憂。文章旨在設(shè)計一種對近岸海域的風(fēng)能加以合理利用的、清潔的、高效的裝置。本裝置包括：直桿以及底組機(jī)構(gòu)，既加強(qiáng)了裝置的牢固性又有防風(fēng)性能，在太陽能的收集方面的設(shè)計，太陽能板傾斜的搭載在隔板頂部的外壁上，在提高裝置對能源收集效率的同時使其運(yùn)行速率更高，并裝有利于排出積水的穿孔和鏤空口的設(shè)計 ，避免裝置遭到浸泡、腐蝕，影響效率。

關(guān)鍵詞：海洋;能源;海洋風(fēng)能發(fā)電;太陽能

Abstract： The total area formed on the earth's surface is about 510 million square kilometers， composed of oceans and land， and the ocean occupies more than 70% of the total surface area， which also means that the ocean contains abundant energy that needs to be reasonably developed. However， with the continuous advancement of science and technology， people continue to open up their own living space， unrestrained exploitation and utilization of renewable and non-renewable resources， so that people have to worry about the future of the ocean and even their own future. The purpose of this paper to design a clean and efficient device that makes reasonable use of wind energy in the coastal waters. The device includes a straight rod and a bottom group mechanism， which not only enhances the firmness of the device but also has windproof performance. In the design of solar energy collection， the solar panel is mounted on the outer wall of the top of the partition in an inclined manner， which improves the energy collection of the device. At the same time， it has a higher operating speed， and is equipped with perforations and hollow ports that are conducive to draining water to prevent the device from being immersed and corroded， which affects the efficiency.

Key Words：Ocean， energy， wind power， solar.

1引言

海洋是生命的搖籃，神秘蔚藍(lán)而又蘊(yùn)含著豐富的能源，而這種能源是一種可清潔的、巨大的卻又是極具不穩(wěn)定性的能源，而我們生活在這顆蔚藍(lán)色的星球上無時無刻都需要能量，就要學(xué)會合理并且可持續(xù)的運(yùn)用這些能源。在2015年第四屆全國海洋可再生能源年會上，中國國家海洋技術(shù)中心發(fā)布了中國將計劃在2020年完成三個海洋能源海上實(shí)驗場的建設(shè)。截至2020年6月已經(jīng)基本完成建設(shè)[1]。在海洋實(shí)驗場的實(shí)驗平臺下，我們?nèi)菀椎玫揭环N高效的、成本較低的、并且海試（新建船只出海進(jìn)行科學(xué)試驗的簡稱）相對容易的裝置——一種新型的近海發(fā)電裝置設(shè)計研究。

2技術(shù)背景

近年來，在傳統(tǒng)能源短缺、環(huán)境壓力日益嚴(yán)重的情況下，可再生能源的開發(fā)利用及產(chǎn)業(yè)化成為能源領(lǐng)域關(guān)注的重要內(nèi)容[2]。我國海岸線長、海洋能源種類豐富，波浪能資源豐富，儲量巨大且清潔無污染，若能有效地利用海洋的能量，則可以有效地緩解能源壓力，減少污染物的排放[3]。同時，我國在潮汐能的利用技術(shù)上也趨于成熟，雖在波浪能、潮汐能等技術(shù)開發(fā)和利用上取得了一定的突破，并研發(fā)設(shè)計了小型示范應(yīng)用等裝置，但開發(fā)利用工作仍于起步階段。總體情況來看，我國海洋能的開發(fā)企業(yè)利用已經(jīng)有較好的技術(shù)知識儲備，有很大的發(fā)展經(jīng)濟(jì)潛力[4]。一方面，由于我國海岸線綿長，在近海和海岸地區(qū)間易形成海陸風(fēng)，伴隨著近地面風(fēng)場的形成，本裝置可以合理的利用海陸風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)能并輔助太陽能進(jìn)行發(fā)電;另一方面，針對現(xiàn)有的海洋發(fā)電裝置在特定環(huán)境下不便對自身的對接結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的裝配、牢固性能較差等能夠影響對海洋能源的高效收集以及發(fā)電效率較低等現(xiàn)象提出解決方案。

3設(shè)計過程

3.1設(shè)計內(nèi)容

將本裝置結(jié)構(gòu)大致可分為直桿和底組機(jī)構(gòu)，如圖1。

裝置上端結(jié)構(gòu)包括直桿、直桿發(fā)電風(fēng)機(jī)以及與發(fā)電風(fēng)機(jī)相連接的發(fā)電風(fēng)葉;在裝置的下端即直桿底部裝有基座，包括對接結(jié)構(gòu)、太陽能板、底組桿以及由底桿、上桿、桿條、條頭以及穿接螺紋孔共同組成的底座機(jī)構(gòu)，如圖3所示。

如圖2可見，對接結(jié)構(gòu)是由隔孔、穿孔等若干空洞以及4個對稱的隔板構(gòu)成的，且對盤直桿形成了卡合的構(gòu)造，各鏤空口在穿口外圍對稱散布。而在上桿和底桿固定連接方面，經(jīng)過桿條與條頭形成可滑動的結(jié)構(gòu)，底座結(jié)構(gòu)的在整個裝置的最低端有輔載邊條和條接橫座結(jié)構(gòu)。

3.2基本原理

本裝置運(yùn)行的基本原理是利用近岸海域的海陸風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)能，輔助太陽能完成裝置能源的收集，再通過發(fā)電風(fēng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。首先，裝置上端的發(fā)電風(fēng)葉在風(fēng)的驅(qū)動下快速轉(zhuǎn)動，從而可以獲得一定的能量;其次，太陽能板的裝置吸收太陽能，可以輔助裝置進(jìn)行快速、高效的能源收集并進(jìn)行發(fā)電;而裝置的鏤空口、穿口等的口洞的設(shè)計既可以便于裝置之間的連接，又可以應(yīng)對海陸風(fēng)形成伴隨的降雨帶來的積水問題，防止裝置受雨水等的浸泡，影響發(fā)電效率。

附圖說明：

圖中：1、直桿;2、發(fā)電風(fēng)機(jī);3、發(fā)電風(fēng)葉;4、基座;5、對接機(jī)構(gòu);6、對盤;7、隔孔;8、穿孔;9、隔板;10、鏤空口;11、穿口;12、隔口;13、太陽能板;14、底組桿;15、底組機(jī)構(gòu);16、底桿;17、上桿;18、桿條;19、條頭;20、穿接螺紋孔;21、輔載邊條;22、條接橫座。

3.3設(shè)計效果

3.3.1鏤空口與穿孔的設(shè)計

一方面可以避免積水對裝置的，防止裝置處于長時間浸泡的環(huán)境下遭到腐蝕，影響電能收集的效率，進(jìn)一步影響發(fā)電產(chǎn)率;另一方面有利于直桿的穿接，從而對直桿和對盤的連接作用進(jìn)一步加強(qiáng)，具有較高的實(shí)用性和可操作性。

3.3.2太陽能板的搭載

在裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，將隔板頂部的外壁設(shè)計成歪斜狀，考慮到了太陽能板安裝情況，進(jìn)一步配合風(fēng)力發(fā)電使用，從而獲得一種高效的、速率快的、清潔的發(fā)電裝置。

3.3.3固定底桿和上桿

在裝置的可操作性能方面，首先將底桿和上桿固定，同時通過桿條端部及上桿的可活動連接以改變底桿和上桿之間的距離，達(dá)到更好的操作效果。其次，可以通過穿接螺紋孔完成鋼絲等緊固件的連接，在提高太陽能板穩(wěn)固性的同時提升使用的安全性，不但可以防止海上的惡劣天氣對裝置造成的破壞，還便于連接裝置的底部、電能存儲機(jī)構(gòu)等。

4.結(jié)語

綜上所述，本文針對目前海洋發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)不便于適應(yīng)環(huán)境以及不足夠堅固的缺陷我們設(shè)計了一種巧妙利用太陽能、風(fēng)能等清潔能源完成了海洋能源的高效收集的裝置，本裝置合理利用清潔能源，并在以往效率不夠高效的裝置上提出創(chuàng)新，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性能較高、安全性能較高、在高效收集能源的同時又可避免自身遭到雨水等的腐蝕的裝置，滿足了一個高效的海洋能源收集裝置具有的特征，具有一定的實(shí)用價值和應(yīng)用意義[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]周逸倫，張亞群，吳明東，陳坤鑫.海洋波浪潮流能實(shí)驗場發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J].新能源進(jìn)展，2021，9（02）：169-177.

[2]王項南，薛彩霞，賈寧，張原飛，夏海南.我國海洋能發(fā)電裝置檢測認(rèn)證體系建設(shè)的思考[J].海洋開發(fā)與管理，2019，36（11）：3-9.

[3]陳遠(yuǎn)明，盧溢楠.一種堤岸波浪發(fā)電裝置的方案設(shè)計及運(yùn)動仿真[J].北部灣大學(xué)學(xué)報，2020，35（06）：7-10.

[4]楊薇，孔昊.基于低碳經(jīng)濟(jì)的福建省海洋能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展可行性研究[J].海洋開發(fā)與管理，2017，34（11）：61-65.

[5]李娜，張培明.一種汽車尾氣處理裝置的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新

作者簡介：王柳，女，（1999.5-），漢，遼寧朝陽，大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，海洋資源與環(huán)境專業(yè)，本科在讀，地址：大連海洋大學(xué) email：1529795470@qq.pom

通訊作者：曲冰，男（1980-）大連海洋大學(xué)副教授，email：qubing@dlou.edu.cn

基金項目：大連海洋大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（X202010158016）