波浪能發電裝置設計和製造

第1 章 緒論
1.1 海洋能分類
1.1.1 潮汐能
1.1.2 波浪能
1.1.3 海流能
1.1.4 溫差能
1.1.5 鹽差能
1.2 中國海洋能開發利用現狀
1.2.1 潮汐能的開發利用現狀
1.2.2 波浪能的開發利用現狀
1.2.3 溫差能的開發利用情況
1.2.4 鹽差能的開發利用情況
1.3 海洋能特點
1.4 波浪能發電技術現狀
1.4.1 波浪能的優勢
1.4.2 中國的波浪能資源
1.4.3 典型波浪能發電裝置
1.4.4 波浪能發電面臨的問題

第2 章 波浪性質及相關理論
2.1 波浪能的特點及其性質
2.1.1 概述
2.1.2 突出特點
2.2 波浪能轉換數學模型
2.3 波浪理論
2.3.1 線性波理論
2.3.2 非線性波理論
2.4 波浪力計算
2.4.1 Morison 方程
2.4.2 繞射理論
2.4.3 Morison 方程與繞射理論的關係

第3 章 波浪能發電裝置概述
3.1 波浪能發電裝置基本原理
3.2 波浪能轉換方式
3.3 波浪能發電裝置分類
3.3.1 波浪能轉化裝置
3.3.2 波浪能發電裝置
3.4 典型波浪能發電裝置特點
3.4.1 點頭鴨式波浪能發電裝置
3.4.2 振盪水柱式波浪能發電裝置
3.4.3 筏式波浪能發電裝置
3.4.4 振盪浮子式（點吸收裝置） 波浪能發電裝置
3.4.5 擺式波浪能發電裝置
3.4.6 聚波水庫式裝置
3.5 中國已研發的波浪能發電裝置
3.5.1 漂浮式液壓波浪能發電站
3.5.2 横軸轉子水輪機波浪能發電裝置

第4 章 波浪能分布及發電裝置選址
4.1 全球波浪能分布
4.1.1 全球海洋的波浪特徵
4.1.2 全球海洋的波浪能資源儲量
4.2 中國沿海波浪能分布
4.2.1 中國沿海氣候
4.2.2 波浪能分布
4.3 波浪能發電裝置選址
4.3.1 選址特點
4.3.2 選址實例
4.4 裝置可靠性設計及防護
4.4.1 可靠性設計
4.4.2 防護方法

第5 章 波浪能能量轉換系統
5.1 波浪能能量轉換系統分類
5.1.1 振盪水柱技術
5.1.2 振盪浮子技術
5.1.3 越浪技術
5.2 波浪能發電裝置液壓能量轉換系統
5.2.1 液壓系統的設計及零部件選型
5.2.2 發電機及儲能系統的選型
5.3 波浪能發電裝置控制系統
5.3.1 發電控制系統設計
5.3.2 輸出電能處理
5.3.3 發電遠程監控系統設計
5.3.4 發電遠程控制軟體

第6 章 波浪能發電裝置設計實例
6.1 波浪能發電裝置的設計
6.2 技術內容
6.3 海域選擇與確定
6.4 理論分析
6.5 數值模擬分析
6.5.1 小浪情況下的流固耦合分析
6.5.2 大浪情況下的流固耦合分析
6.5.3 結構有限元分析
6.6 比例模型試驗、發電量測試及參數修正
6.7 仿真模擬試驗及參數修正
6.7.1 測試設備與儀器
6.7.2 結果與分析

第7 章 波浪能發電裝置試驗
7.1 陸地試驗
7.1.1 陸地模擬實驗平臺
7.1.2 小比例模型實驗
7.1.3 海試樣機的陸地測試與實驗
7.1.4 整機的陸地聯調
7.1.5 數據分析
7.2 海試
7.2.1 海試地點
7.2.2 波浪能發電裝置的投放
參考文獻

 

序

　　能源和環境問題一直受到各國政府、國際組織和普通民衆的高度關注，發展可再生能源已成爲全球共識。波浪能作爲可再生海洋能，具有巨大的開發潛力，是一種極具發展前景的清潔能源，已有二百多年的開發歷史，近幾年取得了許多突破性進展，不同形式的波浪能利用裝置相繼被製造出來。

　　中國自1970 年代開始波浪能的研究工作，80 年代後獲得較快發展，主要研究機構有國家海洋技術中心、中國科學院廣州能源研究所以及各大高校等，先後製造了擺式發電裝置、航標式微型波能轉換裝置、多諧振盪水柱型沿岸固定式電站、岸式振盪浮子發電站、直驅式海試裝置等不同類型的波浪能發電裝置。波浪能利用技術經歷了理論論證到樣機海試的過程，從能夠發電向穩定發電方向進展，正在逐步走向成熟。

　　目前，中國相關單位在波浪能發電裝置的設計和製造方面積累了豐富經驗，但實現大規模、商業化應用還有一定距離，一是因爲效率和可靠性還有待提高，二是波浪能行業還没有現成標準和規範。著者近年來一直從事海洋可再生能源技術與裝備、深海探測技術與裝備的開發研究工作，帶領團隊承擔並完成了「國家海洋局可再生能源專項資金項目『120kW 漂浮式液壓海浪發電站中試』」、「横軸轉子波浪能發電裝置」、「沉積物捕獲器」、「海底底質沉積物聲學現場探測設備優化設計與研發」等海洋相關項目，在海洋裝備與波浪能開發利用技術方面取得了豐碩成果並積累了寶貴經驗。

　　爲了進一步推動中國波浪能發電技術的發展，普及波浪能發電裝置設計製造的相關知識和技術，促進波浪能的廣泛應用，本書分析了當前波浪能及相關海洋能的發展現狀，對波浪能理論進行了推導，列舉了幾種常見的波浪能轉換系統，對液壓轉換系統和控制系統進行了詳細的設計和分析，並以著者團隊承擔的漂浮式液壓海浪發電裝置爲例完整地介紹了波浪能發電裝置的實施海域水文資料、理論分析、機械結構與電氣控制系統設計、裝置製造、試驗測試，以及陸地和實海況試驗等過程。期望能夠對從事波浪能技術研究的相關人員起到抛磚引玉的作用。

　　本書由機械工程學院、高效潔净機械製造教育部重點實驗室、海洋研究院劉延俊結合多年從事波浪能發電裝備開發研究的經驗編寫，在編寫過程中，團隊成員李世振、張偉、張健、薛鋼、賀彤彤、楊曉瑋、顔飛、孫景餘、劉婧文、漆焱、丁洪鵬、武爽、孟忠良、侯雲星、薛海峰等在文獻收集、文字錄入等方面做了大量工作。

　　由於學識水平有限，書中不足之處在所難免，懇求廣大讀者和從事相關研究的專家及同行批評指正。