波兰西伯利亚檀香山波浪发电厂海洋波能的可行性研究外文翻译资料

 2022-04-10 10:04

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波兰西伯利亚檀香山波浪发电厂海洋波能的可行性研究

作者：Riswan Dinzi，Hendrik Hutagalung，Fahmi Fahmi

摘要：

海浪是潜在的可再生能源之一，可以前瞻性地开发成波浪发电厂。我们的研究旨在分析Sibolga-Tapanuli Tengah地区的海浪电厂的可行性，该地区大部分地区是大洋并与印度洋直接相邻。水柱振荡系统（OWC）和海面波（OSW）都是将海浪能量转化为电能的两种方法。根据我们的分析，高度为0.1至0.75米的海浪能够以最小P密度= 11.26瓦/平方米和最大P密度= 213,18瓦/平方米发电。此外，我们发现最大每个单元的输出能够通过使用Pout = 464.31千瓦（锥形通道系统）和Pout = 128.8千瓦（电力浮标系统）的海面波（OSW）的方法来提高。另一方面，通过使用振荡水柱（OWC）方法，发现Pout = 54.65千瓦。该结果强调，Sibolga沿海海域的物理条件适用于海浪电厂电力系统，应用Tapered Channel系统进行优化。

关键词 - 波浪能源，发电厂，西伯利亚

一 导言

海浪是指垂直海平面方向的水流运动起伏，类似于正弦曲线/图形。海浪产生器可能是由风（海浪），地球月亮拉伸（潮汐波），海底地震（火山或构造）力（海啸波）和船舶运动引起的波浪造成的。由阵风上方阵风引起的波浪运动将给出海平面上有波峰和波谷的波形图。这些参数包括海深d（米），具有波长lambda;（米），海浪高度H（米），波幅A（米），T波周期（秒）以及波传播方向如图1所示

图1：海浪参数

波高H（米）与波浪周期T（秒）之间的关系可由公式（1）[4]确定：

（1）

波峰与另一波峰lambda;（米）之间的距离受波周期T（秒）和重力g（m / s2）的影响，可由方程（2）：

(2)

海浪运动中的能量是受海水密度（rho;= 1030 kg / m3），波高H（米），重力g（m / s2）影响的动能和波动势能之和 由公式（3）确定：

(3)

海浪的力量是波能够用公式（4）产生的单位时间的能量：

(4)

印度尼西亚是一个拥有727,000兆瓦巨大潜在海浪能量的海洋国家，仅开发了49,000兆瓦的海浪能源。海洋中可能的能源之一是海洋微风从深海到海岸引起的海面波浪能量。振荡水柱系统是海浪能量转换系统之一，利用振荡塔海岸的海浪运动能量驱动涡轮机和发电机。印度尼西亚海域已研究并应用Paraang Racuk海滩日惹的振荡水柱海浪电厂的一些技术。 Riau群岛的Pendulum系统利用表面海浪运动中的能量驱动涡轮机和发电机，而Madura海峡的Salter Duck [2]。 Sibolga-Tapanuli Tengah是一个地区和城市，位于苏门答腊岛西海岸，毗邻印度洋，陆地面积为2194平方公里，海平面为4000平方公里，海域面积为4000平方公里，其气候系统受季风影响，造成海浪高度。 Sibolga-Tapanuli Tengah海域具有海洋能源潜力，因此有必要开发海浪能量转换技术以在最有效的地点发电。

二 材料和方法

可以使用几种方法将海浪波能转化为电力，即：

2.1振荡水柱系统（OWC）

振荡水柱系统（OWC）依靠振荡柱中海水起伏运动产生电动势，导致管道上部孔中的压缩空气流出空气涡轮机。 OWC系统由若干部分组成，即收集器或腔室，朝向即将到来的波浪突出，以收集传入的海浪。在收集器部分有一个孔口，用于连接收集器和风力涡轮机室。振荡塔中的压缩空气流将作为与发电机耦合的空气涡轮机来旋转井涡轮机以产生电能。涡轮的机械功率来自振荡柱中波能的移动[3]。 OWC系统可以产生的PW的潜在功率是每单位时间隔离柱中的波能量。它受房间宽度w（米），海水密度（rho;= 1030 kg / m3），波高H（米），力比重g（m / s2），波长lambda;（米）和T周期秒）。 PW可以由公式（5）：

(5)

2.2锥形通道

锥形通道系统由以下几部分组成：进入的海水水库，用于捕获入射波的移动，波浪的高度可以通过阀门/通道收集器边界，从而使水溢出并充满水库根据充水高度水平。水库的主要功能是保持流入涡轮机房的水量或水流量保持不变。水库中的海水将通过利用海水的潜在能量通过管道排水的速度通过管道连接到涡轮机的横截面积而被引导到涡轮机室。通过管道的水流量将被用于转动水轮机的头部涡轮机模型，该水轮机模型可以在很小的掉水条件下使用，从而为小型水力发电机提供动力。有几个因素影响锥形通道系统可能产生的潜在功率大小。它们包括水库中水的重要潜在能量Ep =rho;gh（焦耳），海水密度rho;（1030 kg / m3），重力（9.8 m / s2），海拔高度水位限制h（米）和排水量速率Q（m3 / s）。功率可以通过公式（6）确定：

(6)

2.3动力bouy

动力bouy是一个系统，可以通过浮动浮标将海洋表面波的运动转化为电能，这会产生运动来旋转涡轮机和线性感应发电机。 动力系统产生的动力是基于浮动运动的机械过程[1]。 海浪Pgel产生的力量受到动力装置Lpb（米）的宽度，高度功率的影响

(7)

2.4索尔特杜克

1974年索尔特引入了一种名为“点头鸭”的能量转换器的概念。“鸭子”的形状就是利用由波浪引起的动态压力形成的，这将影响粒子从水中的运动， “鸭”在O轴上旋转。 另外，静水压力变化将通过使靠近喙的浮力前体上下运动来促成其旋转。 当这两种压力都会影响每个阶段的运动时，点头的鸭子将动能和波浪的潜力转化为机械旋转能量。 这个旋转的机械能然后通过使用液压电介质子系统转换成电能。 Salter鸭系统可能产生的电力受海浪高度H（米），海洋波长lambda;（米），海浪周期T（秒）和鸭B的尺寸B =2lambda;/ 20米盐度 宽度可以由公式（8）确定：

(8)

2.5研究设计

  1. 实地调查通过BMKG北苏门答腊岛和Pinang Sori在Sibolga-Tapanuli Tengah海域进行海洋地区地形，气候和波浪特征的数据收集。我们获得了波多尔和气候特征数据以及波多尔，班丹和索尔卡姆海域各海域波高和风速时期2011年至2015年的平均数据。获得的数据将用于确定海浪能量潜力和功率以及海浪电厂的功率输出。
  2. 湾输入波高，波周期，各区域波长的平均数据。平均海浪高度数据可用于通过预定方程计算Sibolga-Tapanuli海域的特征周期和海洋波长。
  3. 潜在的波能潜力的计算。通过获得的数据和信息，我们计算得到海洋地区Sibolga，Pandan和Sorkam可能产生的巨大潜在波浪能量。
  4. 潜在的波电势的计算。在获得了海浪能量的高潜力后，计算了在Sibolga，Pandan Sorkam的每个海域的海浪力量的潜力。
  5. 即OWC系统发电发电（摆动水柱）和OSW（海面波）的计算。在获得了巨大的能量和波浪能潜力之后，利用发电机方法的计算分析，了解了班多尔省Sibolga各海域的OWC（Oscillating Water Colum）和OSW（Ocean Surface Wave）系统的发电功率输出
  6. 结果分析计算我们获得了各区域能量和海浪功率的计算以及OWC（振荡水柱）和OSW（海面波）法可以产生的大输出功率。后来我们比较了海洋地区Sibolga，Pandan和Sorkam的每个系统所产生的输出功率，并通过技术分析和应用于海浪电厂的最高效区域。

三 结果分析

海浪高度和风速的数据特征来自于Belawan和Sibolga地区的北苏门答腊气象气候和地球物理局办公室，如表1所示。根据表1，Sibolga，Pandan和Sorkam的海浪平均高度为H最小值 = 0.1米，最大H = 0.75米，风速1 - 5节。

表1.海洋地区Sibolga，Pandan和Sorkam海域波浪和风的平均高度，方向和速度时期2011年至2015年

表1

表2列出了Sibolga-Tapanuli Tengah海域海域特征分析的结果。

表2. 2011年至2015年Sibolga-Tapanuli Tengah海域海域波高，长度和周期特征的结果

表2

根据表2，在最小波高H = 0.1米处获得的波浪特性T = 1.12秒，波长lambda;= 1.96米。 在最大波高H = 0.75米处获得的时间段T = 3.07秒和波长lambda;= 14.74米

通过等式（3）计算在最小海浪高度条件H = 0.1m下的海浪能量的潜力：

在最大海浪高度条件H = 0.74m时海浪能量的潜力为：

通过等式（4）计算在最小海浪高度条件H = 0.1m下海浪功率的潜力：

在最大海浪高度条件H = 0.74m时，海浪功率的潜力为：

在每个Sibolga海域，Pandan和Sorkam都有一个最小波宽P = 11.26瓦/平方米和最大电位P = 213.18瓦/平方的单位波电潜力。 表3列出了Sibolga，Pandan和Sorkam地区使用OWC和OSW系统计算输出功率的结果。

表3.在Sibolga，Pandan和Sorkam地区OWC和OSW方法每单位波浪发电厂的潜在功率输出

表三

从表3可以看出，OWC方法的计算结果可以利用波面积A = 59,17 m2产生Pout = 54.65千瓦。 Salterduck OSW系统方法可以利用波浪面积21,88平方米产生Pout = 2,53千瓦。 电力系统布伊能够通过利用波浪面积81,36平方米和锥形通道系统产生Pout = 128,81千瓦，通过利用波浪面积887,64平方米能够产生最大功率Pout = 464.31千瓦。

四 讨论

Sibolga海域的人口密度为18,566户，并且距离配送中心PLN Aek Tolang 8.6公里，海岸岩石状况和波浪特征将在波浪发电厂锥形渠道和振荡系统水柱之后在岩石沙滩上破碎。 Pandan海域的人口密度为13,944户，距离配送中心PLN Aek Tolang1.1公里，具有沙质海岸的物理条件和坡度以及在到达岸边之前没有破碎的波浪特征，适用于带有Power bouy的应用波浪发电厂和Salterduck系统。索尔卡姆海域有人口密度3,567户，距离配送中心PLN Aek Tolang 49公里，具有沙质海岸的物理条件和坡度以及在到达岸边之前不会破碎的波浪特征，适用于配备Power Bouy的应用波浪发电厂和Salterduck系统。

五 结论

根据研究结果，可以得出结论：Sibolga-Tapanuli Tengah海域最小和最大海浪功率的潜力是P密度= 11.26瓦特/平方米，最大P密度= 213.18瓦特/平方米。 Power Plant Sea Wave Power的潜在功率输出是一种海浪表面波（OSW）锥形通道系统的方法，具有Pout = 464,31千瓦和Powerout Bouy系统，Pout = 128,81千瓦。 Pandan地区适用于配有Power bouy和Sibolga系统的水力发电厂，配有Tapered Channel和Oscillating Water Colum系统。由于海浪的低层特征和海域气候变化的变化，Sibolga-Tapanuli Tengah地区的水力发电厂的利用效率不高。进一步发展的建议是通过利用海洋热能和海流运动，利用其他方法将海洋能转化为电能，来研究Sibolga-Tapanuli Tengah海域海洋能的潜力。

六 参考文献

[1]. Nison Hastari Raharjo.“Studi Pemanfaatan Energi Panas Laut Dan Gelombang Laut Untuk Sistem Kelistrikan Di Kabupaten Karangasem Bali”, Bidang Studi Sistem Tenaga, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).2010.

[2]. Fifin, Muktasor.”Studi Kelayakan Teknis Penempatan PLTGL Sistem Bandulan di Kepulauan Riau”,Jurusan Teknik Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS),Surabaya 60111.

[3]. Utami Sri.”Studi Potensi Pembngkit Listrik Te

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