点吸收器 (PA) 利用浮动结构的上下运动来驱动发电机或液压泵,将动能转化为电能。有单浮标、双浮标和多浮标系统可供选择。
从设计上看,PA 由漂浮在海床上的浮力结构组成。波浪的能量被转换成液压,用于驱动动力输出 (PTO) 系统中的发电机。产生的电力通过海底电缆传输到岸上。
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图 1. 点吸收器波能转换器。图片由 Bob Odhiambo 提供
PA 的性能取决于波浪能资源、设计和液压系统效率。功率输出可以通过以下公式计算:
P = 0.5 × ρ × A × C × Hs 2 × Cg
在哪里
P 是输出功率(单位:kW)
ρ 为海水密度,单位为 1025 kg/ m3
A 为浮标(浮动结构)的面积(单位为立方米)
C 是捕获宽度比
Hs 为有效波高,单位为米
Cg 是海浪的群速度,单位为米/秒
计算示例:
为计算半径为 5 米、位移为 2 米的点吸收器的理论功率输出,假设波高为 4 米,海水密度为 1025 kg/m 3。
根据前面讨论的公式,点吸收器的功率输出可使用以下公式确定:
P = 0.5 × ρ × A × C × Hs 2 × Cg
步是计算点吸收体的面积:
A=π× r2
= 3.14 × 5 2
= 78.5平方米
其中T表示波的周期。
代入下列公式中的所有值,即可得出点吸收器的功率输出值:
磷=0.5×1025×9.81×78.5× 42 ×7.86
= 22,196,223.6 瓦
= 22.2 兆瓦
本例中点吸收器产生的理论电能为 22.2 MW。实际功率取决于海浪条件和转换机制的效率。
在点式减震器的动力输出 (PTO) 系统中,锁止控制可通过提高效率来减少 PTO 过程中的能量损失。由于系统并非始终同步,锁止控制旨在抵消此影响。下图显示了当系统中结合了锁止控制和没有锁止控制时 PTO 系统的效率如何受到影响。
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图 2. 点吸收器波能转换器在一定频率范围内有无锁存控制时的效率。图片由 Bob Odhiambo 提供
越顶波浪能转换器
溢流波浪能转换器 (OWEC) 利用流经水库的水的势能来发电。溢流波浪能转换器顶部有一个部分淹没的倾斜结构和一个水库。转换器底部还包含一个水力涡轮机。
当波浪进入结构时,水库中的水位会上升和下降。这导致水流过盆地或水道,从而驱动水力涡轮机发电。为了计算 OWEC 的理论功率输出,我们使用以下公式;
P = η × ρ × g × V × Hs 3 × C
在哪里:
P 是功率输出(单位:kW)。
ρ 为海水密度,单位为 1025 kg/ m3
Hs 为有效波高,单位为米
η 是涡轮机的效率
g 是重力加速度,等于 9.81 m/s 2
V 为水库容积(m3 )
C 是设备捕获系数
计算示例:
假设 OWEC 的蓄水量为 1000 cm3 。如果转换器位于效率为 0.4 且有效波高为 2 m 的区域,则计算系统的理论功率输出和涡轮机的效率(如果设备捕获系数为 0.8)。
使用前面讨论过的公式:
P = η × ρ × g × V × Hs 3 × C
该设备的功率输出可按下式计算:
P = 0.4 × 1025 × 9.81 × 1000 × 23 × 0.8
功率 = 9,820.80 千瓦
因此,OWEC 的功率输出约为 9,820.80 千瓦。
η=9,820.80(1025×9.81×1000×23)
η = 0.39 = 39%