波浪能的案例
振蕩水柱波浪能發電技術研究進展
摘 要:振蕩水柱（OWC）波浪能轉換裝置具有結構簡單、工作性能可靠和裝置壽命長等優點,是一種主流的波浪能發電裝置。通過對OWC技術的發展過程進行分析總結,全面介紹各類OWC技術及其發展趨勢。根據氣室腔體的工作狀態不同,將OWC裝置分成固定型OWC和振蕩型OWC,其中固定型可細分成岸基固定型、近岸固定型和漂浮錨固型。根據OWC裝置工作原理的不同,分類探討了OWC技術相關的研究成果,并總結了OWC技術的發展趨勢。分析了OWC波浪能轉換裝置中三種不同空氣透平的優缺點,并介紹了一種高效可靠的雙單向透平系統。最后提出三種提高OWC發電效率的建議,并展望了OWC技術的發展前景。
關鍵詞: 波浪能; 振蕩水柱; 空氣透平; 氣室腔體
0 引言
隨著石油危機的爆發和化石能源的不斷消耗, 人類對清潔可再生能源的需求迅速增長。地球表面70%以上的面積都是海洋[1], 海洋上的可再生能源種類眾多且儲量巨大, 其開發利用前景廣闊。
大多數波浪能發電裝置可根據其工作原理不同分成振蕩水柱式（oscillating water column, OWC）、越浪式和振蕩浮子式三種。其中OWC發展最早也較為成熟, 應用也相對廣泛。OWC技術以空氣為能量轉換的媒介, 利用氣室內水柱來推動空氣往復流動, 從而推動空氣透平旋轉帶動發動機發電。本文介紹OWC波浪能轉換裝置的基本原理和目前OWC發電裝置的分類, 并對OWC發電裝置中的空氣透平結構分類進行概述, 最后對未來OWC波浪能發電裝置進行展望。
1 OWC波浪能轉換原理及分類
OWC波浪能轉換裝置屬于氣動式波浪能轉換裝置, 其工作原理是海水在氣室里上下往復運動來壓縮和膨脹氣室內空氣使其與外部大氣產生壓力差, 從而迫使氣室內的氣體通過與外界大氣相接管道流出或流入, 管道中空氣透平被空氣推動旋轉帶動發電機發電。
展開 波浪發電2 流體力學及仿真
波浪發電2
近年來，全球能源短缺，人們越發渴望從大海中汲取能量，波浪能就是其中一種。據科學家推算，地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億千瓦時。目前，海上導航浮標和燈塔已經用上了波浪發電機發出的電來照明。小編在這里給大家分享下澳大利亞波浪能的技術設備和項目。
經過十多年的試驗與示范，澳大利亞的卡內基海浪能源公司(Carnegie Wave Energy)目前正在小范圍內試行一個供電項目，即將波浪能轉化的電力輸送給西澳洲地區的電網使用。
“這是將波浪能發電機并網連接到澳大利亞甚至全世界電網的第一步”，澳大利亞可再生能源機構首席執行官 Ivor Frischknecht 在一份聲明中如此說。該機構為這項總耗資 3200 萬美元的項目提供了 1300 萬美元資金。
這種波浪能技術能夠把海洋涌動的海浪轉換為零污染的可再生能源和零污染的淡化水，卡內基海浪能源公司以希臘海洋女神的名字將之命名為 CETO。公司表示，這套系統不同于其他波浪能裝置，因為安裝在海底，這樣可以遠離暴風雨帶來的損害，與此同時從岸上也是看不到的，減少了陸地景觀的破壞，也更加安全。
CETO技術原理
圓形的浮力促動器被安裝在海下 25 至 50 米的深度，同時被連接到海床上的渦輪泵組。當海浪拍擊到浮力促動器上時便啟動泵組，泵組將海水增壓并通過管線送到岸上的水力發電廠，這些被強力增壓的海水再驅動水輪機發電。
高壓水還可以用來支撐岸上逆滲透海水淡化廠的運轉，通過一系列滲透膜裝置逆滲透技術從海水中提取出純凈的飲用水。而以往傳統的海水淡化是使用電動泵，會產生溫室氣體。與傳統的海水淡化工廠相比較，該項目有望減少電力消耗高達90%。
CETO技術優勢
卡內基波浪能源公司稱，CETO技術具有以下優點。
簡易性，僅需一個泵送系統，尺寸大小可控。
展開 海洋能摩擦納米發電網絡的能量管理
海洋波浪能儲量豐富，且幾乎不依賴于環境條件，是一種有望大規模應用的可再生能源。然而由于有效的、經濟的能量采集技術的缺乏，這種能源很少被開發使用。目前，大多數的波浪能發電裝置都是基于電磁感應發電機，具有笨重、體積龐大、昂貴、易腐蝕、在海浪頻率下效率低下的缺點。所以，需要尋找一種小型、輕量化、經濟的、一體化的水波能量收集方法。
摩擦納米發電機（TENG）提供了一種將機械能轉化成電能的新途徑，具有收集海洋表面波浪能的巨大潛能。由于與電磁發電機在物理機制上的根本差異，摩擦納米發電機有望成為收集低頻機械能特別是“藍色能源”的“殺手”應用。2014年王中林院士提出“藍色能源”的思想，將成千上萬的發電單元連接成TENG網絡用來收集大范圍的波浪能。之后，內嵌金屬球的格子狀結構和球殼結構單元組成的發電網絡被研制出來，以及通過彈簧和多層結構的引入，球形發電單元的性能得到了很大的改進。但是，由于大的阻抗和不平衡的負載匹配，發電機網絡很難直接驅動電子設備或者給儲存設備充電。所以，為了打破這一瓶頸，有效的能量管理是非常有必要的，這有利于實現更有效的水波能利用。
【成果簡介】
近日，中科院北京納米能源與系統研究所的王中林院士和張弛研究員（共同通訊作者）等人探究了面向海洋能收集的摩擦納米發電機網絡的能量管理技術與方法，并在Advanced Functional Materials上發表了題為“Triboelectric Nanogenerator Networks Integrated with Power Management Module for Water Wave Energy Harvesting”的論文，博士生梁茜、蔣濤副研究員和博士生劉國旭是論文的共同第一作者。
展開 全球首艘波浪動力船舶將在這個國家建造
這一混合動力三體船項目由菲律賓科技部（DoST）出資，將建造一艘使用氣體和波浪能的高速船。菲律賓科技部下屬工業、能源和新興技術研發委員會（PCIEERD）的工程師Nonilo Pena表示，該項目已經經過了菲律賓專家的幾次評論和評估。
同時，菲律賓中央辦公室的造船工程師將密切關注研發進展，確保項目能夠取得成功。菲律賓海事管理局（Marina）的工程師Romeo Amuan指出，這一項目將是菲律賓航運業的一個重大突破，是全球首個海浪驅動船舶項目。
據了解，Metallica船廠建造的這艘鋼制三體船將能夠搭載100名乘客、4輛貨車和15輛摩托車。使用鋼材建造將可以確保更高的結構效率和更好的波阻。
菲律賓科技部表示，波浪能雙動式液壓泵將集成在這艘混合動力三體船的外伸支架中。液壓泵中的機械運動將轉換為電能，可用于為船舶提供額外的動力。船舶遇到的波浪越多，產生的功率就越大。這項技術有望提高船舶的能源效率，不僅具有成本效益，而且可以保護環境。
這艘三體船將采用多發動機技術，防止在海上遇到發動機總故障，從而最大限度地減少海上事故。另外，該船還將采用特殊的工程設計，以解決傾覆的可能性，使其幾乎不會沉沒，并能夠承受惡劣的環境。
展開 
未來20年最有發展前景的新能源是什么？
新能源一般是指在新技術基礎上加以開發利用的可再生能源，包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面與深層之間的熱循環等；此外，還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等。
你覺得未來20年最有發現前景的新能源是什么？為什么？
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王中林院士團隊：基于彈簧輔助多層結構的球形摩擦納米發電機高效水波能量收集
海洋波浪能具有儲量豐富、受環境因素影響較小等優點，是潛在的能夠大規模應用的能源之一。但是，近幾十年世界各國對波浪能收集的探索大都基于傳統的電磁發電機，而電磁發電機因其自身的工作原理所限，難以有效收集這種低頻的、隨機的能源。
王中林院士于2012年首次提出基于摩擦起電和靜電感應效應的摩擦納米發電機，它利用麥克斯韋位移電流的機理，將周圍環境中的機械能轉化為電能。同時球形結構摩擦納米發電機因其具有質量輕、在水波中運動阻力小以及易于陣列化等諸多優點已經被用來收集水波能。但是在之前報道的工作中，還存在輸出電流較小等缺點，限制了它的實際應用。
近日，中國科學院北京納米能源與納米系統研究所王中林院士課題組（通訊作者）在國際頂級期刊 Advanced Functional Materials上發表 “Spherical Triboelectric Nanogenerators Based on Spring‐Assisted Multilayered Structurefor Efficient Water Wave Energy Harvesting”的論文。研究團隊首先結合彈簧輔助結構和球形結構的優點，并在一個球殼空間內集成多個基本發電單元形成多層結構，成功制備出耦合彈簧及多層結構的球形摩擦納米發電機，用于收集水波能。該球形摩擦納米發電機中每個發電單元的工作模式均為垂直接觸-分離模式。在真實水波實驗環境中，1.0 Hz的水波頻率，2.5 V的信號發生器輸出電壓幅值（對應于水波振幅）的水波沖擊下，其最大功率可達7.96 mW，輸出電流為120 μA。其次，進一步研究了不同水波頻率和不同水波振幅下，該摩擦納米發電機的電學輸出性能，發現其在1.0 Hz的水波頻率下能達到最大輸出值，能較好地適用于水波的低頻工作環境。
展開 【5/17更新】瓦良格號帶來的課題，華南理工：攻破一項世界級的材料難題
涂裝現場
馬春風介紹說，隨著我國逐漸邁向深海、遠海，除了船舶防污難題之外，海洋牧場、核電站、波浪能發電平臺乃至新興的海底數據中心等，都是這一技術的用武之地。如今，包括中國聯塑集團在內的不少企業，都已經將這一項目發明的防污材料進行了應用，與國際上先進的自拋光防污涂料相比，其靜態防污效果和防污期效都更勝一籌。
該技術如今已經獲授權中外發明專利30余件，其中美國、日本、新加坡專利各1件，還布局了歐洲、澳大利亞等專利，打破了國外在海洋防污技術上的壟斷。
- End -
公眾號原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/uFwzXXO6UX8XgH5MztQcLQ
展開 STAR-CCM+系泊問題：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
海洋中蘊含著豐富的自然資源和能源，有用于發電的風能、波浪能和潮流能，還有用于養殖的漁業資源。隨著人們對生活水平需求的不斷提升，海洋漁業的市場也在不斷擴展。為了滿足不斷增長的資源需求，越來越多的國家將養殖場地由海岸轉移至深海，而隨著海洋平臺技術的不斷發展，基于海洋能源平臺建立的“海洋牧場”是推進養殖產業轉型發展的重要方向。
近年來，越來越多的國家重視發展多功能海洋平臺，以半潛式海洋平臺結構為基礎，綜合風能-波浪能-潮流能海上互補發電海洋平臺，深水鉆井平臺、海洋牧場都是國際上主要探討和研究的話題。2012年，我國第六代深水半潛式鉆井平臺投入使用[1]，其最大作業水深達到2451m。2011年，日本開發制造了“Wind Lens”平臺[2]，整個平臺安裝了2臺風力機波浪能裝置和太陽能。2018年，世界第一座半潛式智能裝備海洋漁場“海洋漁場1號”于挪威海弗魯灣海域中投放[3]，整個裝置具備挪威先進的智能養殖技術同時結合了中國成熟的海洋平臺建造技術，總高69m，直徑110m，可抗12級臺風。漁場安裝有2萬多個各類傳感器以及100多個監控設備，在魚苗投放、喂食、實時監控和漁網清洗等方面都實現了智能化和自動化。
在系泊方面，KIM等[4]針對一種FPSO進行系泊系統時域耦合，分析了不同風浪下的浮體運動響應和系泊動力分析，并與試驗數據作對比。TANG等[5]通過建立網箱的時域數值模型，分析破損系泊系統下網箱的運動情況及系泊力的變化。LIN等[6]通過AQWA軟件對半潛式浮式平臺進行水動力性能及系泊系統分析，并研究了系泊對平臺水動力的影響。
展開 雜志下載 | Ansys Advantage：仿真為能源和可持續發展賦能
數字工程正在成為提升能效、降低碳排、加速低碳技術成熟的關鍵力量，從材料選擇、輕量化設計，到系統級優化，都能幫助企業從產品生命周期起點實現可持續性突破。
在全球能源行業面臨“安全可負擔、效率可提升、能源更清潔”三大挑戰的背景下，本期《Ansys Advantage》能源特刊現已上線，聚焦如何以數字工程破解能源“三難困境”，您將深入了解數字工程如何助力構建更加可持續的能源未來。本期特刊精選多家領先企業的成功案例，展示他們如何借助數字孿生、仿真優化、拓撲設計、材料智能數據庫等技術在數字化轉型中取得顯著成效。歡迎大家下載閱讀。
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仿真為能源和可持續發展賦能
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丹麥初創公司siWING研發的專為私人使用而設計的小型風力機，您將了解其如何利用仿真解決方案，通過新穎的葉片形狀來改變風力發電，最大限度地提高發電量，同時將產品尺寸和重量降至最低，其小巧美觀的設計將對全球能源產業產生重大影響。
把海洋用作世界上最大的電池，這就是CorPower Ocean的業務。這家瑞典公司開發了一種利用海洋起伏能量的波浪能技術。他們通過浮標內的專利技術，將海洋波浪能轉化為清潔可再生電能，為千家萬戶的家庭和企業供電。了解CorPower Ocean如何開發出隨海浪起伏、可將海浪能轉化為清潔的可再生電能的浮標。
澳大利亞可再生能源公司RayGen在維多利亞州Carwarp附近開發了據稱是世界上最大規模的長期能源儲存項目。
展開 ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
海洋中蘊含著豐富的自然資源和能源，有用于發電的風能、波浪能和潮流能，還有用于養殖的漁業資源。隨著人們對生活水平需求的不斷提升，海洋漁業的市場也在不斷擴展。為了滿足不斷增長的資源需求，越來越多的國家將養殖場地由海岸轉移至深海，而隨著海洋平臺技術的不斷發展，基于海洋能源平臺建立的“海洋牧場”是推進養殖產業轉型發展的重要方向。
近年來，越來越多的國家重視發展多功能海洋平臺，以半潛式海洋平臺結構為基礎，綜合風能-波浪能-潮流能海上互補發電海洋平臺，深水鉆井平臺、海洋牧場都是國際上主要探討和研究的話題。2012年，我國第六代深水半潛式鉆井平臺投入使用[1]，其最大作業水深達到2451m。2011年，日本開發制造了“Wind Lens”平臺[2]，整個平臺安裝了2臺風力機波浪能裝置和太陽能。2018年，世界第一座半潛式智能裝備海洋漁場“海洋漁場1號”于挪威海弗魯灣海域中投放[3]，整個裝置具備挪威先進的智能養殖技術同時結合了中國成熟的海洋平臺建造技術，總高69m，直徑110m，可抗12級臺風。漁場安裝有2萬多個各類傳感器以及100多個監控設備，在魚苗投放、喂食、實時監控和漁網清洗等方面都實現了智能化和自動化。
在系泊方面，KIM等[4]針對一種FPSO進行系泊系統時域耦合，分析了不同風浪下的浮體運動響應和系泊動力分析，并與試驗數據作對比。TANG等[5]通過建立網箱的時域數值模型，分析破損系泊系統下網箱的運動情況及系泊力的變化。LIN等[6]通過AQWA軟件對半潛式浮式平臺進行水動力性能及系泊系統分析，并研究了系泊對平臺水動力的影響。
展開 運動和出汗就能發電！
新能源一般是指在新技術基礎上加以開發利用的可再生能源
包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等
最近幾年新能源發電發展迅速
生活中常見的就是太陽能和風力
在現在這個信息時代
手機時刻需要電量
沒電了需要充電寶
那么充電寶也沒電了怎么辦？
老外又找到了新辦法
只要你穿上這件能量收集運動服
運動和出汗就能產生電能！
FLOW3D船舶與海洋工程解決方案
FLOW3D船舶與海洋工程解決方案
FLOW-3D在自由液面流體動力學，波浪產生，移動物體，系泊線和焊接過程方面的能力使其成為海洋和海洋工業CFD過程建模的非常合適的工具。對于沿海應用， FLOW-3D可 準確預測沿海建筑物的嚴重風暴和海嘯波形的細節，并用于山洪和臨界結構的洪水和破壞分析。功能包括：
自由表面 – 波流體動力學和過度波：規則波和不規則波以及波譜（Pierson Moskowitz，JONSWAP）
適航性 -耐波性-撞擊、滑行、躍水現象和置換船體：全耦合船和水下船體流體動力學
船體 – 阻力，穩定性和動力學：浪涌，起伏，俯仰和滾動運動（響應振幅運算或RAO）
晃動 – 液化天然氣/壓載艙
海上工程 – 波浪能轉換器動力學
波浪沖擊模擬仿真
船體晃動模擬仿真
船舶晃動模擬仿真
螺旋槳阻力模擬仿真
海浪模擬
防波堤結構模擬仿真
離岸結構模擬仿真
刨花船 – 船舶運動
晃動和砰擊模擬仿真
海嘯模擬仿真
波能裝置模擬仿真
浪潮模擬仿真
沉積物沖刷模擬仿真
沿海橋梁模擬仿真
海水混合模擬仿真
海洋混合模擬仿真
移動對象模型模擬仿真
船體抨擊模擬仿真
運動模擬
FAVOR TM是一種獨特的笛卡爾固定網格處理幾何的方法。
展開 電容容量的關鍵： 微小的設計變革可以重塑超級電容器的未來
超級電容器在光伏（太陽能）和波浪發電應用的未來發展中會發揮關鍵作用。光伏發電技術和波浪發電技術在輸出功率方面都有波動性。超級電容器可減輕這種效應：通過稱為“勻化”的工藝，超級電容器有助于提供更恒定的功率水平。太陽能和波浪能應用都產生交流（AC）電壓，該電壓必須通過橋式整流器轉換成直流（DC）電壓。然而，如果在不使用電容器的情況下使用該電源，則當電壓在0V與最大電壓之間振蕩時，該供電電源輸出電壓將會出現波動。舉例來說，如果將該電源用于燈泡，則燈泡將忽明忽滅。電容器通過在輸出電壓增加時恒定地存儲能量并在輸出電壓降低時恒定地釋放能量，確保電源平穩輸出不會中斷。該工藝的實施可延長這些應用中昂貴的專用組件壽命，最終使它們成為更加可靠的清潔能源。
鋁電解電容器的挑戰
鋁電解電容器和超級電容器有一個弱點：在使用壽命期間容易發生電解質干涸--這通常是電容端子密封不完善造成的。少量濕氣會穿透密封材料，導致氣體在電容器內部積聚。電解質干涸導致性能持續劣化，抵消這種效應必須使用更大的尺寸或使用兩個電容器。電解質的緩慢和連續蒸發可導致高達20%的容量損失，效率損失很大。
常用于密封電容器端子的聚合物密封件是電容器結構中的薄弱環節，且具有易導致損害性濕氣滲入和蒸發損失電解質的缺點。與所有有機材料一樣，聚合物易老化并隨著時間變脆，隨后失去氣密性。當水汽滲入通過缺陷密封件時，電解質隨后蒸發，最終導致容量和壽命顯著損失。
提高氣密性，有助于提高電容器的容量和壽命
電解質泄漏的補救措施是使用電容蓋。通過特殊玻璃密封件代替由有機化合物制成的密封件，電容器端子可密封到鋁蓋中。這可以防止濕氣經過電極端子進入電容器，并消除電解質干涸的問題。由于玻璃是無機材料，玻璃密封件保持永久密封性，因為它們不會隨時間老化或磨損。
展開 Cool！微軟潛艇下海！
其實早在2007年，Google就提交了一份相關專利申請，內容中顯示，打造一個漂浮海上的數據中心，要利用風力渦輪機和波浪能發電機供電，海水則負責為散發巨大熱量的服務器降溫。
當然，Google把目光投向海洋，騰訊則選擇將數據中心藏到山洞里。
騰訊的山洞
就在今年愚人節當天，騰訊戲稱將在貴州山洞“AI養鵝”，引發關注。
但最近答案揭曉，騰訊在貴州省貴安新區兩座山的山體所建的，實際為一座存放30萬臺服務器的災備數據中心，取名騰訊貴安七星數據中心。
△ 騰訊貴安七星數據中心
據騰訊方面透露，整個數據中心總占地面積約為47萬平方米，隧洞的面積超過3萬平方米，能塞下4個標準足球場還有富余。
騰訊方面還說，利用山洞建數據中心，主要出于兩方面考慮。
一是山洞結構可以散熱。山洞特殊的結構，就像一個巨大的空調。山洞外的冷空氣從主洞口進入，經過制冷模塊與IT設備熱回風進行間接換熱后，從豎井排出。這樣既可以充分利用外部自然冷源，又避免了外界空氣對設備的影響。
更主要的是安全。騰訊稱，貴安七星數據中心是參照我國高等級人防標準建設，具備突發防護能力，可防相應級別常規打擊和核打擊。發生突發事件時，它將自動切換到防護模式不間斷運行。
而且利用最新AI技術，該數據中心還能實現網絡、主機、業務3級云安全布防，人臉識別、安防機器人等均被應用其中，此外騰訊還在計劃部署無人機入侵防控系統。
△ 騰訊數據中心24小時巡航的安防機器人
值得一提的是，由于貴州的山區恒溫恒濕，建數據中心有天然優勢，所以騰訊還可能只是開始，國內不少科技公司，也已經啟動了“山洞數據中心”方面的規劃。
總而言之，隨著AI火熱，數據和計算需求不斷加重，各式數據中心可能還會層出不窮，西方向海，東方進山——人類文明的歷史進程，像在重演，似曾相識。
展開 基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
防波堤作為一種重要的現代海洋工程結構物，能起到減弱外海波浪強度、維持堤內水域平穩、保護港內建筑及海洋工程結構物安全的作用。浮式防波堤是一種常見的海洋工程結構物，主要由浮體結構和系泊系統組成。目前對于浮式防波堤水動力性能的研究大部分是通過數值模擬和物理模型試驗進行。
