一种新型的近海发电装置设计与研究

王柳 郝修路 曲冰

摘要：地球表面形成总面积约为5.1亿平方公里，由海洋和陆地组成，而海洋占地表总面积的百分之七十以上，这也意味着海洋蕴含着丰富的能量有待我们合理的开发。然而随着科技的不断进步，人们不断开拓着自己的生存空间，毫无节制的开采利用着可再生的、不可再生的资源，让人类不得不对海洋的未来甚至是自己的未来担忧。文章旨在设计一种對近岸海域的风能加以合理利用的、清洁的、高效的装置。本装置包括：直杆以及底组机构，既加强了装置的牢固性又有防风性能，在太阳能的收集方面的设计，太阳能板倾斜的搭载在隔板顶部的外壁上，在提高装置对能源收集效率的同时使其运行速率更高，并装有利于排出积水的穿孔和镂空口的设计 ，避免装置遭到浸泡、腐蚀，影响效率。

关键词：海洋;能源;海洋风能发电;太阳能

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

海洋是生命的摇篮，神秘蔚蓝而又蕴含着丰富的能源，而这种能源是一种可清洁的、巨大的却又是极具不稳定性的能源，而我们生活在这颗蔚蓝色的星球上无时无刻都需要能量，就要学会合理并且可持续的运用这些能源。在2015年第四届全国海洋可再生能源年会上，中国国家海洋技术中心发布了中国将计划在2020年完成三个海洋能源海上实验场的建设。截至2020年6月已经基本完成建设[1]。在海洋实验场的实验平台下，我们容易得到一种高效的、成本较低的、并且海试（新建船只出海进行科学试验的简称）相对容易的装置——一种新型的近海发电装置设计研究。

2技术背景

近年来，在传统能源短缺、环境压力日益严重的情况下，可再生能源的开发利用及产业化成为能源领域关注的重要内容[2]。我国海岸线长、海洋能源种类丰富，波浪能资源丰富，储量巨大且清洁无污染，若能有效地利用海洋的能量，则可以有效地缓解能源压力，减少污染物的排放[3]。同时，我国在潮汐能的利用技术上也趋于成熟，虽在波浪能、潮汐能等技术开发和利用上取得了一定的突破，并研发设计了小型示范应用等装置，但开发利用工作仍于起步阶段。总体情况来看，我国海洋能的开发企业利用已经有较好的技术知识储备，有很大的发展经济潜力[4]。一方面，由于我国海岸线绵长，在近海和海岸地区间易形成海陆风，伴随着近地面风场的形成，本装置可以合理的利用海陆风产生的风能并辅助太阳能进行发电;另一方面，针对现有的海洋发电装置在特定环境下不便对自身的对接结构进行合理的装配、牢固性能较差等能够影响对海洋能源的高效收集以及发电效率较低等现象提出解决方案。

3设计过程

3.1设计内容

将本装置结构大致可分为直杆和底组机构，如图1。

装置上端结构包括直杆、直杆发电风机以及与发电风机相连接的发电风叶;在装置的下端即直杆底部装有基座，包括对接结构、太阳能板、底组杆以及由底杆、上杆、杆条、条头以及穿接螺纹孔共同组成的底座机构，如图3所示。

如图2可见，对接结构是由隔孔、穿孔等若干空洞以及4个对称的隔板构成的，且对盘直杆形成了卡合的构造，各镂空口在穿口外围对称散布。而在上杆和底杆固定连接方面，经过杆条与条头形成可滑动的结构，底座结构的在整个装置的最低端有辅载边条和条接横座结构。

3.2基本原理

本装置运行的基本原理是利用近岸海域的海陆风产生的风能，辅助太阳能完成装置能源的收集，再通过发电风机进行发电。首先，装置上端的发电风叶在风的驱动下快速转动，从而可以获得一定的能量;其次，太阳能板的装置吸收太阳能，可以辅助装置进行快速、高效的能源收集并进行发电;而装置的镂空口、穿口等的口洞的设计既可以便于装置之间的连接，又可以应对海陆风形成伴随的降雨带来的积水问题，防止装置受雨水等的浸泡，影响发电效率。

附图说明：

图中：1、直杆;2、发电风机;3、发电风叶;4、基座;5、对接机构;6、对盘;7、隔孔;8、穿孔;9、隔板;10、镂空口;11、穿口;12、隔口;13、太阳能板;14、底组杆;15、底组机构;16、底杆;17、上杆;18、杆条;19、条头;20、穿接螺纹孔;21、辅载边条;22、条接横座。

3.3设计效果

3.3.1镂空口与穿孔的设计

一方面可以避免积水对装置的，防止装置处于长时间浸泡的环境下遭到腐蚀，影响电能收集的效率，进一步影响发电产率;另一方面有利于直杆的穿接，从而对直杆和对盘的连接作用进一步加强，具有较高的实用性和可操作性。

3.3.2太阳能板的搭载

在装置结构的设计上，将隔板顶部的外壁设计成歪斜状，考虑到了太阳能板安裝情况，进一步配合风力发电使用，从而获得一种高效的、速率快的、清洁的发电装置。

3.3.3固定底杆和上杆

在装置的可操作性能方面，首先将底杆和上杆固定，同时通过杆条端部及上杆的可活动连接以改变底杆和上杆之间的距离，达到更好的操作效果。其次，可以通过穿接螺纹孔完成钢丝等紧固件的连接，在提高太阳能板稳固性的同时提升使用的安全性，不但可以防止海上的恶劣天气对装置造成的破坏，还便于连接装置的底部、电能存储机构等。

4.结语

综上所述，本文针对目前海洋发电装置的结构不便于适应环境以及不足够坚固的缺陷我们设计了一种巧妙利用太阳能、风能等清洁能源完成了海洋能源的高效收集的装置，本装置合理利用清洁能源，并在以往效率不够高效的装置上提出创新，设计了一种结构合理、稳定性能较高、安全性能较高、在高效收集能源的同时又可避免自身遭到雨水等的腐蚀的装置，满足了一个高效的海洋能源收集装置具有的特征，具有一定的实用价值和应用意义[5]。

参考文献：

[1]周逸伦，张亚群，吴明东，陈坤鑫.海洋波浪潮流能实验场发展现状及建议[J].新能源进展，2021，9（02）：169-177.

[2]王项南，薛彩霞，贾宁，张原飞，夏海南.我国海洋能发电装置检测认证体系建设的思考[J].海洋开发与管理，2019，36（11）：3-9.

[3]陈远明，卢溢楠.一种堤岸波浪发电装置的方案设计及运动仿真[J].北部湾大学学报，2020，35（06）：7-10.

[4]杨薇，孔昊.基于低碳经济的福建省海洋能源产业发展可行性研究[J].海洋开发与管理，2017，34（11）：61-65.

[5]李娜，张培明.一种汽车尾气处理装置的设计[J].科学技术创新

作者简介：王柳，女，（1999.5-），汉，辽宁朝阳，大连海洋大学海洋科技与环境学院，海洋资源与环境专业，本科在读，地址：大连海洋大学 email：1529795470@qq.pom

通讯作者：曲冰，男（1980-）大连海洋大学副教授，email：qubing@dlou.edu.cn

基金项目：大连海洋大学大学生创新创业训练计划项目（X202010158016）