随着全球能源需求的不断增长,寻求绿色、可持续的能源解决方案成为社会发展的必然方向。相比风能和太阳能,波浪能具备能量密度更高、分布更广泛且连续稳定的优点,因此被视作未来海洋清洁能源的重要组成部分。多吸收器波浪能转换器以其独特的结构和创新的能量转换机制,引领着波浪能开发技术的新潮流。本文围绕一款名为"南昆"的1兆瓦级多吸收器波浪能转换器,从设计原理、模型试验、能量捕获效率分析,到实际海上试验成果全面介绍,揭示其作为先进波浪能利用设备的巨大潜力。南昆波浪能转换器基于尖锐鹰形波浪吸收器技术,集成了半潜式浮动平台、波浪能捕获机构、液压能量转换系统及锚泊系统。其核心特色在于利用15个分布于平台三侧的波浪吸收器,通过双支撑轴与液压缸的机械结构,转化波浪的往复运动为液压能,然后经过压力蓄能器及控制阀稳定传输至液压电机发电机组,最终实现稳定的电力输出。
设备顶部还配置有250千瓦级的光伏组件,融合波浪能与太阳能,实现能源的多元化利用。模型试验采用1:25的几何比例,遵循弗劳德相似律进行设计。试验在上海交通大学的国家重点实验室水波拖曳水槽完成,波浪参数涵盖了波高30至120毫米及波周期0.8到2秒的范围。通过力传感器与位移传感器,对每个吸收器液压缸的力与位移进行了精准测量,从而计算出对应的功率捕获效率。结果显示,在波浪周期0.8至1.4秒的范围内,整体能量捕获效率多数时间维持在30%至50%,最高效率达到56.17%。此数据远超当前主流点吸式和波束式波浪能转换器,彰显出该多吸收器设计在提升效能方面的显著优势。
进一步的方向性研究表明,设备在180度波浪正横击方向的能量捕获效率明显高于0度波浪迎头方向,效率差异达到0.6至0.8的比例。这主要源于中央吸收器在横向波浪中直接受激,而前后及侧边吸收器受波影影响较大。为此,实际海试中取消了面向陆地背风方向的五个吸收器,优化了整体能量捕获性能。该1兆瓦全规模原型机于2023年部署于南海,水深约40米,海底环境平缓,适宜波浪能设备运行。试验期间,设备自动在波高超过0.5米时启动发电,遇极端海况波高超5米自动安全停机。通过20天的持续监测,累计发电达89852千瓦时,单日峰值发电高达9850千瓦时,满足约1000人岛屿居民的基本用电需求。
设备最大瞬时输出功率达到464.6千瓦,展现了同类大功率波浪能转换器罕见的稳定发电能力。海试结果进一步证实了设备在实际海洋环境下的可行性及技术先进性。作为全球首批兆瓦级多吸收器波浪能转换器之一,南昆项目不仅在结构设计和能量转换工艺上实现突破,也在集成光伏能源的多能互补方面迈出了创新步伐。它的三角对称布局和灵活的吸收器配置,不仅提升了对多方向波浪的适应性,也显著提升了能源捕获密度和发电质量。未来,针对不同海域的波浪特性,研发高保真数值模型将助力进一步优化设计,拓展适应性。同时,基于模型预测控制的先进功率调控策略也将提高设备在宽波浪条件下的整体效能。
此外,多年连续运营监测将助力评估设备的耐久性及极端工况下的生存能力,推动其商业规模化和广泛应用。综上所述,南昆多吸收器1兆瓦波浪能转换器以其高效、稳定的能量转化性能,为海洋能源的商业开发铺平了道路。它不仅为波浪能发电技术实现万兆瓦级布局奠定了基础,也为偏远岛屿和海上设施提供了可靠清洁电力,助力实现碳中和目标。随着技术的成熟和产业链完善,波浪能必将成为未来全球能源结构中不可或缺的重要力量。 。
