走进鹰式波浪能发电装置“舟山号”

日前，“南海兆瓦级波浪能示范工程建设”500kW鹰式波浪能发电装置“舟山号”正式交付。鹰式波浪能发电装置是由中国科学院广州能源研究所的科学家研发的，用于捕获海洋波浪能并将其转换为电能的装置。

为什么取名为鹰式呢？原因在于装置上用以吸收波浪的浮体形状酷似老鹰的嘴巴，科学家们将这些吸波浮体称为“鹰头”，鹰式波浪能发电装置的名称也由此而来。

图1 鹰式波浪能发电装置中的“鹰头”

“舟山号”其实并不是国内首台鹰式波浪能发电装置，在它之前有装机100kW的“万山号”、260kW的“先导一号”发电平台，还有120kW的波浪能发电-养殖-旅游平台。已经交付的“舟山号”拥有中、美、英、澳四国发明专利，设计图纸获法国船级社认证。它是目前国内单体最大的波浪能发电装置，500kW的装机容量意味着它满功率运行时，每小时可发500度电。

图2 鹰式装置“先导一号 ”

图3 鹰式装置“澎湖号 ”波浪能发电-养殖-旅游一体化平台

图4 鹰式装置“舟山号”

“舟山号”的结构从功能上可以分为俘获系统、能量转换系统、监控系统、锚泊系统。

俘获系统包括鹰头吸波浮体和半潜船体。鹰头吸波浮体通过支撑臂铰接在半潜驳上，除了允许吸波浮体通过支撑臂绕铰链往复旋转运动做功外，其他降低波浪能俘获量的运动都得到了有效抑制。吸波浮体的设计目标与半潜船体相反，要求其质量轻、惯性小、反应敏捷、随浪性好。为了实现对波浪的敏捷反应，提高波浪能的俘获效率，鹰头吸波浮体采用特殊的外形结构，以达到正面吸收波浪，背面不造波的效果。半潜船体是鹰式波浪能装置的主体结构，可搭载鹰头吸波浮体与设备。非工作状态时，半潜船体有足够的浮力，漂浮于水面上，可在江中或海中航行。工作时，半潜船体潜入水中，作为阻尼基座，可有效防止装置基体随波浪高频垂荡、纵荡和纵摇。

能量转换系统包括二级能量转换系统和三级能量转换系统。鹰式波浪能装置的二级能量转换系统采用液压系统（主要由液压转换系统、蓄能稳压系统、液压自治控制系统组成），将浮子的往复机械能转换为液压能，再转换为发电机的旋转机械能。三级能量转换系统（即发电系统）由马达、发电机、变换电路、负载组成。液压转换系统的核心元件通常采用液压缸，鹰式“舟山号”波浪能装置采用双出杆的液压缸，安装在吸波浮体与半潜船体之间。

“舟山号”的能量传递采用液压转换，起起伏伏的波浪推动装置的鹰头部分上下开合，连接到鹰头部分的液压缸就会产生往复运动。类似于打气筒原理一样，鹰头通过吸收波浪的能量，从而带动液压缸运动。液压缸不停的液压系统内部的蓄能装置打油，波浪能在此就转换成液压能并存储起来。当液压能储存到一定值时，蓄能系统的压力会被控制系统感受到，并自动打开液压系统内的阀门进行液压油释放。阀门打开后，带着巨大能量的高压油液就会冲击液压马达并使之转动，液压马达的转动再驱动发电机发电。直到蓄能系统内部液压油压力降到研究人员设定的阀门关闭的压力值，这时控制系统又会自动将阀门关闭，油液释放停止，开始进入下一个发电循环。发出的电再经过逆变器、变压器等电力变换设备，可在海上独立稳定输出10kV、3kV、380V、220V及24V标准电力。

图5 鹰式波浪能装置的发电原理

波浪能是风扰动海面形成的能量，功率密度大、分布最广，遍布整个海面，是一种易于直接利用、取之不竭的可再生清洁能源。波浪能的开发利用有利于优化我国海岛能源结构，支撑海洋开发活动的发展。后续，广州能源所将联合中国南方电网、招商局工业集团等相关单位，深入开展波浪能发电技术的工程化、实用化和规模化研发工作，积累波浪能装备并网运维经验，为远海岛屿清洁能源供电提供技术和装备支撑，服务我国海洋强国建设。