以色列创新装置大奖项目：海浪发电系统

以色列创新装置大奖项目：海浪发电系统

以色列艾克波浪能公司（ECO WAVE POWER）发明设计了一套独特的海浪发电系统，通过设计别样的“浪拍”和“能翼”，将波浪能转化为持续的“液压”，驱动固定在岸堤的发电机发电。这套系统设计了独特的抗风暴、防锈蚀、防冲击波和自动探测调节装置，适合安装在海岸、码头、防波提和各种近岸固定平台，将海浪拍打的能量吸收转化为电能。该系统在黑海建成的中等规模发电厂已平稳运行4年，据称其发电成本低于风能、太阳能等可再生能源，商业化前景光明。该系统曾获沙利文设计创新奖、以色列首席科学家创新奖等荣誉。图为该公司安装在特拉维夫雅法港的演示装置（上）以及工作人员正在检查发电机运行状态（下）。

为什么使用波浪能

迫切需要使用绿色能源技术尤其是波浪能技术有以下几个重要原因：首要原因是全世界电力严重短缺。

根据Dilip Ahuja教授和Marika Tatsutani顾问所述，目前全世界范围内至少有16亿人（世界人口的四分之一）的生活中没有电。尽管预测到20世纪末发展中国家每年花费在电力系统上的费用多达400-600亿美元（G8, RETF, 2001），但这些国家仍然有大约40%的人口用不上电。这就意味着：自1970年起，全世界范围内用不上电的人口数按绝对价值计算几乎没有改变(UNDP, 2000, p. 374)。

第二个也是最迫切的原因是：对许多石油进口国来说，采用绿色能源技术是非常经济的。世界油价的快速上涨导致能源商品进口量的急剧增加，对某些国家来说，增长的速度甚至难以控制。例如，印度一年的石油进口增长率超过20%，从2006年的330亿美元增长到2007年400亿美元。自2005年，油价持续上涨，进一步加重了经济负担。

第三个原因是：能源对环境的影响。许多国家中能源的使用是严重的大气污染和其他形式环境恶化的重要直接原因。发电厂能源相关排放物对大气污染负主要责任，特别是在大城市里。而在城乡地区，使用传统燃料造成的室内大气污染使得数以亿计的人们，尤其是妇女和儿童，患上了严重的心血管和呼吸疾病。许多情况下，不利的环境影响开始于能源终端使用点上游。商品燃料（如煤炭和石油）的提取通常会严重破坏局部生态系统，这也成为了土地污染和水污染的间接原因1。

我们相信波能尤其我们的技术是解决上述难题最快最可靠的解决方案。世界能源理事会预测，从海洋中收集的能量约为当今世界上所发电总量的两倍。这种清洁且具成本效益的能源无疑将会推动世界绿色和经济能源的发展。

技术特征详解：

独特外形

EWP技术（波浪板和能量之翼）属于“智能”波浪产生系统，它们利用形状独特的浮标捕获波浪能并将其转换为低成本的清洁电能。

在用传统外形的浮标检查波能转换器操作原理时，我们得出结论：这种形状只能在表面提升力扩张时产生一定量的电能。但不能从入射流重新获得。因此，我们改善了浮标的形状，使其既能在水位变化时产生电能也能从入射流获得电能。当在不同的浪高操作“波浪板”和“能量之翼”时，浮标可在不同的浪高处稳定操作。

  

风暴保护机制

浮标升到海平面以上 – 在EWP的独特机制中，液压缸可以起到双重功能：作为输送泵和液压提升缸。为确保浮标及其防洪堤紧固装置在中纬度南北部海洋平均海平面的频繁风暴中受到损坏，提供了将浮标淹没并下沉到联动位置的机制。

当遇到强风暴并且泵机组损坏的威胁增加时，通过液压分配阀将执行输送泵基本功能的液压油缸切换至液压提升缸模式，并将浮标向上提升至防洪堤或防波堤或任何其他结构。

浮标下沉 – 浮标按以下顺序淹没和浮现：将传感器调整到一定的冲浪波高度，命令气动缸打开溢流阀。这样，水就会接触到浮标，空气就会出来。浮标逐渐失去浮力并下沉到底部。当浪高下降时，从操控台发出操作员指令关闭溢流阀，并且压缩空气会通过止回阀从积蓄器扩散出。水通过止回阀从浮筒中倒回到海中，浮标浮到表面，泵机组开始工作。这样，海水就不会通过止回阀到达浮标。

浮标上岸 – 在那些海洋占据大部分地区、海岸很高且没有设立防洪堤、防波堤和其他结构的国家，EWP先进的波浪能电站可调节移动性。这种移动装置可将浮标从水底移至岸上。为此，需要将浮筒设置在工作状态，然后将压力下的工作流体从积蓄器输送到液压提升缸。

浮筒通过一个固定的滚轴与动臂相连。如需在岸上移动浮筒位置，必须松开滚轴，并将浮筒滚到动臂的相反方向。

整个杠杆系统是以安装在海岸上平面上的支撑平台（防洪堤、防波堤或任何其他结构）为基础。该平台既可以安装极为强大的紧固装置到海岸上，也可以抵抗波浪的影响，而且不需要很多建设费用。 

防腐蚀

根据我们在海洋波浪能领域的经验，EWP的防腐程序包括：正确应用防护涂层和先进的阴极布局。因此，可为金属结构提供30年以上的保护，直到需要进行大修。

冲击波防护机制

高振幅冲击波（单振幅和连续振幅）能承受高能量，并且在与构建物碰撞时会产生偏离设计的动态过载，从而不可避免会引起机械破损和设备损坏。为防止出现这一现象，可使用一个机械、气动或液压减震器来吸收部分能量并减小最大机械力矩。出现异常情况时，当入射波产生过多的机械力矩并且工作的液压缸因液压系线阻力、工作流体质量惰性和整体机械结构惰性而出现过载，主杠杆轴上的负载会增加，减震缸杆上施加的力量也会增加。当减震器移动时，会吸收外部液压积蓄器内的部分能量，从而保护机械部件不会受到损坏。
 
  

杠杆调节机制

一定的区域内的真实浪高会随着气候、天气条件等而变化。由于杠杆式液压系统能够在特定浮标压力和振幅时最大程度地收集波能，因此可以通过改变杠杆关系范围来选择最优的条件。

浮动位置调节机制

在现实中，入射波很少会出现平行于承重结构面和直角浮标前边缘的波前。当攻角不理想时，系统不会输出额定功率，而且工作效率低。EWP的解决方案构成以浮标为导向，这样浮标的前边缘在可能的最大时间内才会平行于波前。 

  

合适的布局

直线排列 – 优先应用于平均年波幅稳定的地方。

在大浮标后面放置小浮标 – 用于那些观察到波高突变的地方。在平均波高时，大小浮标都工作；在大波高时，小浮标远离工作区域，只有大浮标工作。

交错排列浮标 – 用于那些观察到高波幅的地方。翻滚第一排浮标的波浪会产生一定的动力驱动第二排浮标。

浮标里面放浮标 – 当需要增加从浮标获得的动力时可采用这种方法。建议在浮标箱中额外放置一个泵吸液压缸。这样的组合能降低防洪堤紧固件上的负载，包括磨损和故障概率，这是因为附加的液压缸能从移动浮标中带走相当一部分能量。 

能量控制系统

EWP的监控装置分析从变频器接收到的当前发电机所消耗电量的相关数据。如果需要减少或增加摄入储存在液压储能器的能量，需要设置调压器上工作流体的流量控制信号以及液压马达控制装置信号（使用执行机构改变液压马达参数），使工作流体的电流消耗量以及液压马达产生机械力矩所消耗电量（即：液压马达产生的动力）与从发电机接收到的电能一致。这样的调节机制能有效地消耗液压储能器中累积的能量。

灵活的模块结构

系统属于灵活的模块结构。也就是说，一个或几个浮标可以一起用于同一个水力发电站。此外，可在使用多个浮标和水力发电站时重新分配工作模块上的荷载重。如果系统装置需要维修或维护，无论是浮动机制或是水力发电站，比如在维修同一水力发电站时，该水电站使用的浮标将会转到工作模块上使用。