基本信息
- 項目名稱：
- 箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)波浪發(fā)電研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目將“節(jié)能減排、低碳環(huán)保”、“綠色能源—波浪能”與“新型防波堤結(jié)構(gòu)”三種理念結(jié)合起來，提出一種通過簡單改造箱筒型防波堤來發(fā)電的理念并設(shè)計了數(shù)種復合型箱筒型防波堤發(fā)電結(jié)構(gòu)，進行了水工物理模型試驗，同時重點針對OWC式發(fā)電，采用物理模型試驗與fluent數(shù)值模擬相結(jié)合的方式進行發(fā)電可行性驗證，并且考察了開孔形式等對發(fā)電效率的影響。該復合型發(fā)電方式可明顯降低建設(shè)成本，為波浪開發(fā)發(fā)展開辟了新途徑。
- 詳細介紹：
- 20世紀以來，依賴于傳統(tǒng)化石燃料的開發(fā)和利用，雖然創(chuàng)造了空前繁榮的物質(zhì)文明，但也帶來了嚴重的環(huán)境污染和巨大的資源浪費。上世紀70年代首次爆發(fā)了石油危機，根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計2006》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，以目前的開采速度，全球化石燃料最多供應162年，而依據(jù)短板效應，僅供40年的需求量，若不開發(fā)新能源，改變能源結(jié)構(gòu)，一場能源危機將不可避免。因此，各國開始將注意力注意到尋找適宜廉價的綠色能源上，而海洋波浪能作為一種清潔的可再生能源，成為了21世界人類關(guān)注并大力開發(fā)利用的新能源，長期以來，世界各國對其投入了大量的研究。 據(jù)世界能源委員會的調(diào)查顯示，全球可利用的波浪能達到20億千瓦，相當于目前世界電產(chǎn)量的2倍。我國是一個陸地廣袤、海洋遼闊、島嶼眾多、海岸線很長的國家，僅大陸岸線就長達18000Km。具備著研究波浪能發(fā)電的優(yōu)勢與條件。波浪能表現(xiàn)以機械能形式、能流密度大、分布廣等特點也均有利于利用波浪發(fā)電的研究。依據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，在如此短時間內(nèi)這樣大規(guī)模降低二氧化碳排放，我們必須依賴于水電的有效利用。 鑒于波浪能利用在成本及技術(shù)方面難以和常規(guī)能源相競爭，波力發(fā)電裝置雖然研究很多，但在全球范圍內(nèi)并沒有得到廣泛推廣。隨著波力發(fā)電新形式提出，建造成本的降低和效益的提高，波浪能發(fā)電必在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。 本項目提出的是一種復合型箱筒型防波堤發(fā)電方式，箱筒型防波堤適用的地質(zhì)條件上層為淤泥質(zhì),持力層為粉細砂層或粉質(zhì)粘土層,箱筒型結(jié)構(gòu)可作為防波堤或碼頭的基礎(chǔ)廣泛應用于港工結(jié)構(gòu)中,尤其在渤海灣的淤泥質(zhì)海岸有很好的應用前景。鑒于采用抽真空和充氣可以使鋼箱筒下沉和上浮反復進行,并能有效控制鋼箱筒的標高,施工中可以把鋼箱筒作為施工平臺使用,其上部結(jié)構(gòu)可以在鋼箱筒上進行現(xiàn)場澆注,節(jié)省大量預制吊運費用,這一點是其他基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所無法比擬的，因此，在水運工程中尤其是在渤海灣淤泥質(zhì)海岸,具有很好的應用前景。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通過僅對箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)改造，將防波堤結(jié)構(gòu)改造成為空氣透平式、擺式等多種發(fā)電裝置系統(tǒng)，利用波浪的周期性運動，周期性壓縮防波堤內(nèi)密封空氣帶動渦輪轉(zhuǎn)動，或周期性帶動擺板繞轉(zhuǎn)軸擺動，進而帶動發(fā)電裝置，最終將“波浪能”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娔堋薄?/dd>
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題將“節(jié)能減排、低碳環(huán)?！薄ⅰ熬G色能源—波浪能”與“新型箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)”三種理念結(jié)合起來，將源源不斷的波浪能轉(zhuǎn)化為電能；同時因為此項研究僅是在原有或待建的防波堤結(jié)構(gòu)上進行簡單的改造，所以可以大幅度節(jié)約工程成本。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 波浪能發(fā)電作為科技工程發(fā)電中的一種重要形式，亟需得到合理開發(fā)利用。箱筒型基礎(chǔ)防波堤已在天津港等地區(qū)大規(guī)模投入使用。若該成果能夠得到利用，將會大大緩解相關(guān)區(qū)域的用電壓力，還可以向外輸出電能供給其他領(lǐng)域。 箱筒型基礎(chǔ)防波堤需要材料少、成本低，一經(jīng)投入使用，會收到可觀的經(jīng)濟效益，具有深遠的工程意義。同時也能提高箱筒型基礎(chǔ)防波堤的應用價值，使該防波堤具有一體多能的優(yōu)點，得出一種多功能的新型防波堤。
學術(shù)論文摘要
- 項目研究背景： (1)．節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟已成全球整體趨勢。 (2)．極具潛力的綠色能源。依照我國“十一五”規(guī)劃綱要，節(jié)能減排計劃應包括依靠科技。波浪能表現(xiàn)以機械能形式、能流密度大、分布廣等特點也均有利于利用波浪發(fā)電的研究。 (3)．防波堤結(jié)構(gòu)改造。傳統(tǒng)防波堤功能只是防浪擋沙，本課題出發(fā)點就是將作用在防波堤上的波浪能加以利用并轉(zhuǎn)換為電能。 本項目將“節(jié)能減排、低碳環(huán)?！薄ⅰ熬G色能源—波浪能”與“新型防波堤結(jié)構(gòu)”三種理念結(jié)合起來，提出一種通過簡單改造箱筒型防波堤來發(fā)電的理念并設(shè)計了數(shù)種復合型箱筒型防波堤發(fā)電結(jié)構(gòu)，進行了水工物理模型試驗，同時重點針對OWC式發(fā)電，采用物理模型試驗與fluent數(shù)值模擬相結(jié)合的方式進行發(fā)電可行性驗證，并且考察了開孔形式等對發(fā)電效率的影響。該復合型發(fā)電方式可明顯降低建設(shè)成本，為波浪開發(fā)發(fā)展開辟了新途徑。 本項目是在已建或待建的防波堤結(jié)構(gòu)上進行改造，可以大幅節(jié)約波浪發(fā)電波能采集裝置的成本，這也是本作品最大的創(chuàng)新之處，利用已有防波堤進行改造，使其具有一體多用的功能。與世界現(xiàn)有其他的波浪發(fā)電裝置相比，因大幅節(jié)約成本而更具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
獲獎情況
- 校級大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎 校級第二屆節(jié)能減排社會實踐與科技競賽特等獎
鑒定結(jié)果
- 作品原創(chuàng)，情況屬實
參考文獻
- 基于VOF模型的OWC氣室波浪場數(shù)值分析，史宏達，李海鋒，劉臻，中國海洋大學學報
同類課題研究水平概述
- 全世界波浪利用的機械設(shè)計數(shù)以千計，關(guān)于波浪能轉(zhuǎn)換的各種專利已超過1500項，波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂園”。 一方面，目前波浪能研究所存在的主要技術(shù)問題： 1材料問題——波浪能裝置的材料應該具有（1）抗海水腐蝕的特性；（2）廉價；（3）較好的耐久性和可靠性。 2工業(yè)產(chǎn)品系列太少——目前并不存在專門為波浪能利用而發(fā)展的工業(yè)產(chǎn)品，只能逐漸發(fā)展。 3投入研發(fā)經(jīng)費不足。 另一方面，傳統(tǒng)的防波堤結(jié)構(gòu)僅僅起到防波擋浪，維持泊穩(wěn)環(huán)境的作用。國內(nèi)外利用防波堤結(jié)構(gòu)來進行發(fā)電尚無深入成熟的研究。
