以色列創新裝置大獎項目：海浪發電系統

以色列創新裝置大獎項目：海浪發電系統

以色列艾克波浪能公司（ECO WAVE POWER）發明設計了一套獨特的海浪發電系統，通過設計別樣的“浪拍”和“能翼”，將波浪能轉化為持續的“液壓”，驅動固定在岸堤的發電機發電。這套系統設計了獨特的抗風暴、防銹蝕、防沖擊波和自動探測調節裝置，適合安裝在海岸、碼頭、防波提和各種近岸固定平臺，將海浪拍打的能量吸收轉化為電能。該系統在黑海建成的中等規模發電廠已平穩運行4年，據稱其發電成本低于風能、太陽能等可再生能源，商業化前景光明。該系統曾獲沙利文設計創新獎、以色列首席科學家創新獎等榮譽。圖為該公司安裝在特拉維夫雅法港的演示裝置（上）以及工作人員正在檢查發電機運行狀態（下）。

為什么使用波浪能

迫切需要使用綠色能源技術尤其是波浪能技術有以下幾個重要原因：首要原因是全世界電力嚴重短缺。

根據Dilip Ahuja教授和Marika Tatsutani顧問所述，目前全世界范圍內至少有16億人（世界人口的四分之一）的生活中沒有電。盡管預測到20世紀末發展中國家每年花費在電力系統上的費用多達400-600億美元（G8, RETF, 2001），但這些國家仍然有大約40%的人口用不上電。這就意味著：自1970年起，全世界范圍內用不上電的人口數按絕對價值計算幾乎沒有改變(UNDP, 2000, p. 374)。

第二個也是最迫切的原因是：對許多石油進口國來說，采用綠色能源技術是非常經濟的。世界油價的快速上漲導致能源商品進口量的急劇增加，對某些國家來說，增長的速度甚至難以控制。例如，印度一年的石油進口增長率超過20%，從2006年的330億美元增長到2007年400億美元。自2005年，油價持續上漲，進一步加重了經濟負擔。

第三個原因是：能源對環境的影響。許多國家中能源的使用是嚴重的大氣污染和其他形式環境惡化的重要直接原因。發電廠能源相關排放物對大氣污染負主要責任，特別是在大城市里。而在城鄉地區，使用傳統燃料造成的室內大氣污染使得數以億計的人們，尤其是婦女和兒童，患上了嚴重的心血管和呼吸疾病。許多情況下，不利的環境影響開始于能源終端使用點上游。商品燃料（如煤炭和石油）的提取通常會嚴重破壞局部生態系統，這也成為了土地污染和水污染的間接原因1。

我們相信波能尤其我們的技術是解決上述難題最快最可靠的解決方案。世界能源理事會預測，從海洋中收集的能量約為當今世界上所發電總量的兩倍。這種清潔且具成本效益的能源無疑將會推動世界綠色和經濟能源的發展。

技術特征詳解：

獨特外形

EWP技術（波浪板和能量之翼）屬于“智能”波浪產生系統，它們利用形狀獨特的浮標捕獲波浪能并將其轉換為低成本的清潔電能。

在用傳統外形的浮標檢查波能轉換器操作原理時，我們得出結論：這種形狀只能在表面提升力擴張時產生一定量的電能。但不能從入射流重新獲得。因此，我們改善了浮標的形狀，使其既能在水位變化時產生電能也能從入射流獲得電能。當在不同的浪高操作“波浪板”和“能量之翼”時，浮標可在不同的浪高處穩定操作。

  

風暴保護機制

浮標升到海平面以上 – 在EWP的獨特機制中，液壓缸可以起到雙重功能：作為輸送泵和液壓提升缸。為確保浮標及其防洪堤緊固裝置在中緯度南北部海洋平均海平面的頻繁風暴中受到損壞，提供了將浮標淹沒并下沉到聯動位置的機制。

當遇到強風暴并且泵機組損壞的威脅增加時，通過液壓分配閥將執行輸送泵基本功能的液壓油缸切換至液壓提升缸模式，并將浮標向上提升至防洪堤或防波堤或任何其他結構。

浮標下沉 – 浮標按以下順序淹沒和浮現：將傳感器調整到一定的沖浪波高度，命令氣動缸打開溢流閥。這樣，水就會接觸到浮標，空氣就會出來。浮標逐漸失去浮力并下沉到底部。當浪高下降時，從操控臺發出操作員指令關閉溢流閥，并且壓縮空氣會通過止回閥從積蓄器擴散出。水通過止回閥從浮筒中倒回到海中，浮標浮到表面，泵機組開始工作。這樣，海水就不會通過止回閥到達浮標。

浮標上岸 – 在那些海洋占據大部分地區、海岸很高且沒有設立防洪堤、防波堤和其他結構的國家，EWP先進的波浪能電站可調節移動性。這種移動裝置可將浮標從水底移至岸上。為此，需要將浮筒設置在工作狀態，然后將壓力下的工作流體從積蓄器輸送到液壓提升缸。

浮筒通過一個固定的滾軸與動臂相連。如需在岸上移動浮筒位置，必須松開滾軸，并將浮筒滾到動臂的相反方向。

整個杠桿系統是以安裝在海岸上平面上的支撐平臺（防洪堤、防波堤或任何其他結構）為基礎。該平臺既可以安裝極為強大的緊固裝置到海岸上，也可以抵抗波浪的影響，而且不需要很多建設費用。 

防腐蝕

根據我們在海洋波浪能領域的經驗，EWP的防腐程序包括：正確應用防護涂層和先進的陰極布局。因此，可為金屬結構提供30年以上的保護，直到需要進行大修。

沖擊波防護機制

高振幅沖擊波（單振幅和連續振幅）能承受高能量，并且在與構建物碰撞時會產生偏離設計的動態過載，從而不可避免會引起機械破損和設備損壞。為防止出現這一現象，可使用一個機械、氣動或液壓減震器來吸收部分能量并減小最大機械力矩。出現異常情況時，當入射波產生過多的機械力矩并且工作的液壓缸因液壓系線阻力、工作流體質量惰性和整體機械結構惰性而出現過載，主杠桿軸上的負載會增加，減震缸桿上施加的力量也會增加。當減震器移動時，會吸收外部液壓積蓄器內的部分能量，從而保護機械部件不會受到損壞。
 
  

杠桿調節機制

一定的區域內的真實浪高會隨著氣候、天氣條件等而變化。由于杠桿式液壓系統能夠在特定浮標壓力和振幅時最大程度地收集波能，因此可以通過改變杠桿關系范圍來選擇最優的條件。

浮動位置調節機制

在現實中，入射波很少會出現平行于承重結構面和直角浮標前邊緣的波前。當攻角不理想時，系統不會輸出額定功率，而且工作效率低。EWP的解決方案構成以浮標為導向，這樣浮標的前邊緣在可能的最大時間內才會平行于波前。 

  

合適的布局

直線排列 – 優先應用于平均年波幅穩定的地方。

在大浮標后面放置小浮標 – 用于那些觀察到波高突變的地方。在平均波高時，大小浮標都工作；在大波高時，小浮標遠離工作區域，只有大浮標工作。

交錯排列浮標 – 用于那些觀察到高波幅的地方。翻滾第一排浮標的波浪會產生一定的動力驅動第二排浮標。

浮標里面放浮標 – 當需要增加從浮標獲得的動力時可采用這種方法。建議在浮標箱中額外放置一個泵吸液壓缸。這樣的組合能降低防洪堤緊固件上的負載，包括磨損和故障概率，這是因為附加的液壓缸能從移動浮標中帶走相當一部分能量。 

能量控制系統

EWP的監控裝置分析從變頻器接收到的當前發電機所消耗電量的相關數據。如果需要減少或增加攝入儲存在液壓儲能器的能量，需要設置調壓器上工作流體的流量控制信號以及液壓馬達控制裝置信號（使用執行機構改變液壓馬達參數），使工作流體的電流消耗量以及液壓馬達產生機械力矩所消耗電量（即：液壓馬達產生的動力）與從發電機接收到的電能一致。這樣的調節機制能有效地消耗液壓儲能器中累積的能量。

靈活的模塊結構

系統屬于靈活的模塊結構。也就是說，一個或幾個浮標可以一起用于同一個水力發電站。此外，可在使用多個浮標和水力發電站時重新分配工作模塊上的荷載重。如果系統裝置需要維修或維護，無論是浮動機制或是水力發電站，比如在維修同一水力發電站時，該水電站使用的浮標將會轉到工作模塊上使用。