基本信息
- 项目名称：
- 波浪能静水层发电
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本方案是波浪能静水层发电项目。用一个浮体把整个发电装置漂浮于海面上，利用波浪的上下浮动，带动处于静水层的水轮的转动，从而发出稳定足够量的电来！ 本方案原理简单，结构简易，制造成本比国内外目前的成本还要低，具有很好的市场空间和现实环保意义。如果本方案能落实投产，将有可能成为未来能源的巨头行业！ 本方案的优势是：原理简单、结构简易、使用价值高、制造成本低、符合环保创新等特点，具有很大的市场空间和应用前景！
- 详细介绍：
- 波浪能发电新模式： 波浪能发电之所以无法形成大规模的商业开发，原因是存在成本高、效率低、结构复杂、维护及安装困难。依据波浪的最基本特点是可以找出一种高效利用波浪能发电的新模式出来的。 1、新模式简介 根据海洋波浪最突出的特点（它分为波动层、静水层、过渡层）和水的特性，大家都知道海洋中主要的一部分能量是在波动层以势能变化的形式存在着，另外，由于波动层与静水层是相对纵向运动的，所以如何能“站在”静水层去收集更多波动层中变化的势能能量，这将是如何利用波浪能发电的捷径。新波浪能发电装置的设计理念也是如此。在近海（波浪较大的地方）放置多个（成千上万个）发电装置，把装置发出的电通过浮架送到岸上进行电能质量的处理，这样可以收集到大面积的波浪能所产生的电能，这个量非常巨大而且非常稳定。 2、装置主要结构介绍 为了更好地实现新波浪能发电模式，根据波浪和水的特性，新波浪能发电装置可以设为如图2的方式。图2所显示的是浮体上有一个垂直放置的电机，它的外壳（定子）固定在浮体上，浮体下分另和垂直隔板、水平阻尼板连为一体，有一连杆穿过浮体和水平阻尼板与电机的转子固定连接，连杆另一端与一叶轮中心固定连接，而且叶轮可绕连杆的轴心旋转。为了使本装置更平衡垂直隔板应均匀分布在浮体上，另外，连杆的长度应满足使叶轮深入静水层的条件。 3、装置的主要原理说明 为了进一步提高本装置电能转化效率，如图1所示水平阻尼板设在波动层中，由于水平阻尼板的水平截面面积远大于浮体水平截面面积，以水平阻尼板水平截面为截面的圆柱体的水的势能变化可通过下端的叶轮将势能完全转化为来回转动的动能；当水平阻尼板随波浪上升时，水平阻尼板下端面受到向上的力，该力将浮体、电机和水平阻尼板及其以上的水向上提升，此时叶轮在静水层里快速向上移动，叶轮受到水的冲击而旋转发电；之后，水平阻尼板及其同水平截面以上的圆柱体水、浮体和电机因自重回落，水的重力压在水平阻尼板的上端面，该重压力和装置自身重量通过传动连杆传给叶轮，叶轮快速向下移动并反方向旋转发电，这样大大提高了本装置的能量转化效率。在原理上，如果叶轮及水平阻尼板、电机、传动连杆等部件设计比较合理，那么原则上该装置是可以把波浪的某一部分水的势能完全转化为转动的机械能的。 另外本装置的浮体下端面固定连接有多片垂直隔板，各垂直隔板沿浮体圆周均匀分布；垂直隔板通过水的阻力限制了浮体受波浪冲击时随意转动，由于发电机的外壳固定在浮体上，以使浮体在发电机受力时不随电机转动而转动。 将水轮机原理运用到波浪能发电里去，到现在为止全世界也只有本作品，众所周知现代水轮机的原理转换效率一般都超过90%，而本作品如果做进一步的完善，转换效率超过50%是不难的（清华大学水机所的祝宝山教授有同样意见）。那50%代表什么？它就代表了本作品的实际建造成本就会比现有传统的火力发电还低，而且不用对环境造成任何污染、不用消耗任何资源。 装置的主要优点 1、结构简单 装置由三部分组成，第一部分是发电机，第二部分是连成一体的浮体、水平阻尼板和垂直隔板，第三部分是固定连接的连杆和叶轮， 2、成本较低 由于结构简单且部件小，除电机及轴承以外，各部件都可考虑用相对便宜的材料（玻璃纤维）制成。 3、收集能量大 单个装置设计的大小可根据海面的日常单个波浪的大小来考虑，叶轮可设计为直径为1米或2米等（当然要与水平阻尼板的大小以及波浪的大小相配合），以收集尽可能多的波浪能，另外，可在离岸处（不受水深的照响）投放成千上万个本装置，这样再通过一些浮架把电收集到岸上进行电能质量的处理并送上电网。 4、转换效率高 根据本装置的原理，水的势能变化完全可以通过水平阻尼板传给叶轮并使叶轮转动再带动电机发电。所以装置效率的高低与设计以及电机质量密切相关。 5、安装及维修方便 由于本装置实际使用时只需把多个装置同时投放到大海中（在近岸波浪较大的海面上）即可，而维修时也只需把某个装置抽出水面并拿到岸上进行维修即可。 6、使用寿命长 由于本装置的三部分都是在水面上连接的，其中第一部分与第三部分是在水面上固定相连的，第二部分与第三部也是通过轴承在水面以上连接的，所以使用寿命不会受太大影响。本装置动力设备设在海平面以下，发电设备浮于海平面以上， 结论 我国有很长的海岸线，海洋面积也很大，经济发达地区都集中在沿海，如果能高效且适当利用波浪能，这将使我国的能源结构及能源分布发生重大改变。这才是我们的希望。 该波浪能发电方法只是一个初步的构想，真正要实现造福人类可能还要做很多的工作，因为所有认识和实践都有一个过程，一个逐步完善的过程，这不是向壁虚构的主观臆想，是通过一系列的模型试验得出的结论，当然，大海是神秘的，也有很多不为人知的变数，但是，通过人类的努力，变幻莫测的大海也会向人类俯首称臣，波浪能最终会成为人类的未来的必然选择。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 地球的不可再生资源日益枯竭，风电、生物能、太阳能等可再生资源占用土地和破坏环境的问题不断凸显，在全球能源供给日趋紧张的大背景下，我们搜索的目光只能投向辽阔的海洋。本案试图通过改变人们的固定思维模式，在波浪能发电的技巧与方法上另辟蹊径。根据海洋波浪最突出的特点（它分为波动层、静水层、过渡层）和水的特性，设计了一个颇具想象力又简单易行、成本不高的波浪能发电装置。利用波动层与静水层是相对纵向运动的特点，实现了“站在”静水层去收集更多波动层中变化的势能能量的目的，如果在近海（波浪较大的地方）放置多个（成千上万个）该发电装置，这样可以收集到大面积的波浪能所产生的电能，这个量是非常巨大而且是非常稳定。 本技术关健首先是在原理上是否可行，同时它的关键是应用了波动层和静水层，这样就起到一个稳定发电，且效率较高的作用！而它的主要技术指标就是该原理的实际转换效率的高低，因为效率的高低直接影响实施的成本。而我们目前所掌握的资料和实验数据可以显示，我们的转换效率相对还是较高的，而成本也是相对同类项目国内外的情况都是较低的，所以潜力和可操行都是相当的大。
科学性、先进性
- 世界波浪能发电还未实现大规模的商业开发,其主要原因是现有的波浪能发电存在很多不足。中科院文章称：波浪能发电只进入示范阶段，尚未进入商业开发阶段。波浪能利用在技术上并未完全成熟，还需要国家进一步的支持。 他们认为波浪的利用在技术上还未成熟，但根据分析这并不是技术问题，而是一个方法和技巧的问题。世界各国已在现有方法上使用了大量的先进技术，也投入了大量的资金，最终还是无法形成大规模的商业开发，这只能说明这些方法可能存在一定的缺陷。 如何把波浪能有效地转换成转动的机械能，各种各样的波浪能发电方法不同之处主要也在这里。 将水轮机原理运用到波浪能发电里去，到现在为止全世界也只有本作品，众所周知现代水轮机的原理转换效率一般都超过90%，而本作品如果做进一步的完善，转换效率超过50%是不难的（清华大学水机所的祝宝山教授有同样意见）。那50%代表什么？它就代表了本作品的实际建造成本就会比现有传统的火力发电还低，而且不用对环境造成任何污染、不用消耗任何资源。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品的原理曾与清华大学水机所的多个教授、水利协会的专家（发改委能源局的史立山副局长推荐）等进行交流，得到各方在原理上的认同。5月29日成功亮灯试验。 本作品比较新颖，只是在09年4月21在大会堂参加了中国发明家论坛。在会场上向同行及一些专家学者展示了我们的原理和模型，得到了同行和专家的认同，特别是清华大学教授兼中国发明家协会转化科主任邹定国教授的认同！
作品所处阶段
- 原理上证明可行，实验也已经成功实现稳定亮灯，目前处于进一步生产且推向投产阶段！
技术转让方式
- 免费将60%的经营权出让，实行技术入股的方式。具体的转让方式，可以进一步磋商！
作品可展示的形式
- 图片、视频、模型、样机、实验资料及视频展示！
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 装置的主要优点 1、结构简单 装置由三部分组成，第一部分是发电机，第二部分是连成一体的浮体、水平阻力板和垂直隔板，第三部分是固定连接的连杆和叶轮， 2、成本较低 由于结构简单且部件小，除电机及轴承以外，各部件都可考虑用相对便宜的材料（玻璃纤维）制成。 3、收集能量大 单个装置设计的大小可根据海面的日常单个波浪的大小来考虑，叶轮可设计为直径为1米或2米等（当然要与水平阻力板的大小以及波浪的大小相配合），以收集尽可能多的波浪能，另外，可在离岸处（不受水深的照响）投放成千上万个本装置，这样再通过一些浮架把电收集到岸上进行电能质量的处理并送上电网。 4.符合环保及节能等特点，具有很大的发展前景和市场空间。
同类课题研究水平概述
- 陆地可再生能源：影响生态环境 权威调查显示，如果在大陆发展太多的风电、水电、生物能来满足全球能源需求，这对整个生态环境的破坏将是致命的。 风力发电，要从风能中获得一座核电站1000兆瓦电力，需要770平方公里的风力区域。如果使用风力发电来满足2005年全美所需的电力，即使风车可以全天候高速旋转的话，也需要78万平方公里的风电场来产生、获取、存储并传输。要是用风力发电使纽约所有的电器设备都运转起来的话，需要将康涅狄格州的每平方米土地都变成风电场。 生物能，其能源产出效率很低且破坏环境。假设美国的大部分能源都由生物能提供的话，则美国广大的土地上都得种上植物并每年收割，即使是获得一座核电站所提供的电力的话，也需要大约2500平方公里的土地。所以说：任何一种大规模利用生物能的行为都是对生态环境的犯罪，要知道光是用生物能驱动一部汽车，就需要1到2公顷草场来提供动力。 太阳能，如果用太阳能产生1000兆瓦的电力需要将150平方公里的土地都装上光电池， 这还不包括存储和传输设备所占的空间。而我国在09年5月的一项支持太阳能发电项目,其中国家补贴就达20元/瓦,不包企业投入部分其成本已是传统火力发电的4倍了. 单单这些就可以证明为什么我国的五大发电集团不愿放弃传统火力发电项目的原因了! 波浪能发电, 世界波浪能发电还未实现大规模的商业开发,其主要原因是现有的波浪能发电存在很多不足。中科院的文章如下说：波浪能发电只进入示范阶段，尚未进入商业开发阶段。波浪能利用在技术上并未完全成熟，还需要国家进一步的支持。这就足以证明06年前这一领域在产业化方面无论在国内、国外都基本只是一个概念。 06年之后又怎样？先看我国，中科院继在汕尾项目（已停止使用）后又在珠海搞了一个合风能、波浪能、太阳能于一体的项目，但容量也只在20KW以内，只能起到一点宣传作用。而在国外则以英国某公司开发的((海蛇)波浪发电机和美国Finavera开发的波浪能发电机最为先进，也声称很快能进入大型商业运作，但他们都是在投入过亿美金的前题下有一点效果那不足为奇，但要进行商业化运作，那么可能在原理上不一定是比较理想的，相关数据显示，这两种方式的建造成本都超过1000美元/KW，这远比火力发电的还高！ 本方案的制造成本不到2万元，比国内外的成本都要低，且接近火力发电的成本，具有很好的市场空间和环保意义！
