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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)波浪發(fā)電研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)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(lái)，提出一種通過(guò)簡(jiǎn)單改造箱筒型防波堤來(lái)發(fā)電的理念并設(shè)計(jì)了數(shù)種復(fù)合型箱筒型防波堤發(fā)電結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了水工物理模型試驗(yàn)，同時(shí)重點(diǎn)針對(duì)OWC式發(fā)電，采用物理模型試驗(yàn)與fluent數(shù)值模擬相結(jié)合的方式進(jìn)行發(fā)電可行性驗(yàn)證，并且考察了開(kāi)孔形式等對(duì)發(fā)電效率的影響。該復(fù)合型發(fā)電方式可明顯降低建設(shè)成本，為波浪開(kāi)發(fā)發(fā)展開(kāi)辟了新途徑。
- 詳細(xì)介紹：
- 20世紀(jì)以來(lái)，依賴于傳統(tǒng)化石燃料的開(kāi)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(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染和巨大的資源浪費(fèi)。上世紀(jì)70年代首次爆發(fā)了石油危機(jī)，根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2006》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，以目前的開(kāi)采速度，全球化石燃料最多供應(yīng)162年，而依據(jù)短板效應(yīng)，僅供40年的需求量，若不開(kāi)發(fā)新能源，改變能源結(jié)構(gòu)，一場(chǎng)能源危機(jī)將不可避免。因此，各國(guó)開(kāi)始將注意力注意到尋找適宜廉價(jià)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(kāi)發(fā)利用的新能源，長(zhǎng)期以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)其投入了大量的研究。 據(jù)世界能源委員會(huì)的調(diào)查顯示，全球可利用的波浪能達(dá)到20億千瓦，相當(dāng)于目前世界電產(chǎn)量的2倍。我國(guó)是一個(gè)陸地廣袤、海洋遼闊、島嶼眾多、海岸線很長(zhǎng)的國(guó)家，僅大陸岸線就長(zhǎng)達(dá)18000Km。具備著研究波浪能發(fā)電的優(yōu)勢(shì)與條件。波浪能表現(xiàn)以機(jī)械能形式、能流密度大、分布廣等特點(diǎn)也均有利于利用波浪發(fā)電的研究。依據(jù)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》，到2020年我國(guó)單位國(guó)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)，波力發(fā)電裝置雖然研究很多，但在全球范圍內(nèi)并沒(méi)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(xiàng)目提出的是一種復(fù)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(xì)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(yīng)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(yīng)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(fù)進(jìn)行,并能有效控制鋼箱筒的標(biāo)高,施工中可以把鋼箱筒作為施工平臺(tái)使用,其上部結(jié)構(gòu)可以在鋼箱筒上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆注,節(jié)省大量預(yù)制吊運(yùn)費(fèi)用,這一點(diǎn)是其他基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所無(wú)法比擬的，因此，在水運(yùn)工程中尤其是在渤海灣淤泥質(zhì)海岸,具有很好的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通過(guò)僅對(duì)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(yùn)動(dòng)，周期性壓縮防波堤內(nèi)密封空氣帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，或周期性帶動(dòng)擺板繞轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電裝置，最終將“波浪能”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娔堋薄?/dd>
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本課題將“節(jié)能減排、低碳環(huán)?！?、“綠色能源—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(lái)，將源源不斷的波浪能轉(zhuǎn)化為電能；同時(shí)因?yàn)榇隧?xiàng)研究?jī)H是在原有或待建的防波堤結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造，所以可以大幅度節(jié)約工程成本。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(kāi)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(huì)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(huì)收到可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有深遠(yuǎn)的工程意義。同時(shí)也能提高箱筒型基礎(chǔ)防波堤的應(yīng)用價(jià)值，使該防波堤具有一體多能的優(yōu)點(diǎn)，得出一種多功能的新型防波堤。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 項(xiàng)目研究背景： (1)．節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)已成全球整體趨勢(shì)。 (2)．極具潛力的綠色能源。依照我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要，節(jié)能減排計(jì)劃應(yīng)包括依靠科技。波浪能表現(xiàn)以機(jī)械能形式、能流密度大、分布廣等特點(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)目將“節(jié)能減排、低碳環(huán)?！?、“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(lái)，提出一種通過(guò)簡(jiǎn)單改造箱筒型防波堤來(lái)發(fā)電的理念并設(shè)計(jì)了數(shù)種復(fù)合型箱筒型防波堤發(fā)電結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了水工物理模型試驗(yàn)，同時(shí)重點(diǎn)針對(duì)OWC式發(fā)電，采用物理模型試驗(yàn)與fluent數(shù)值模擬相結(jié)合的方式進(jìn)行發(fā)電可行性驗(yàn)證，并且考察了開(kāi)孔形式等對(duì)發(fā)電效率的影響。該復(fù)合型發(fā)電方式可明顯降低建設(shè)成本，為波浪開(kāi)發(fā)發(fā)展開(kāi)辟了新途徑。 本項(xiàng)目是在已建或待建的防波堤結(jié)構(gòu)上進(jìn)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(jìn)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(jì)優(yōu)勢(shì)。
獲獎(jiǎng)情況
- 校級(jí)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 校級(jí)第二屆節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 作品原創(chuàng)，情況屬實(shí)
參考文獻(xiàn)
- 基于VOF模型的OWC氣室波浪場(chǎng)數(shù)值分析，史宏達(dá)，李海鋒，劉臻，中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)
同類課題研究水平概述
- 全世界波浪利用的機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)以千計(jì)，關(guān)于波浪能轉(zhuǎn)換的各種專利已超過(guò)1500項(xiàng)，波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂(lè)園”。 一方面，目前波浪能研究所存在的主要技術(shù)問(wèn)題： 1材料問(wèn)題——波浪能裝置的材料應(yīng)該具有（1）抗海水腐蝕的特性；（2）廉價(jià)；（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(fèi)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(guó)內(nèi)外利用防波堤結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行發(fā)電尚無(wú)深入成熟的研究。
