夜航的船舶在海上航行,要靠灯浮标来保证航行安全。灯浮标是用锚和锚链固定在海洋中的。最常用的灯浮标采用蓄电池或干电池储存电力作为能源。夜晚,灯浮标发出闪光,或者间歇发光,为夜航的船舶指引航道。
灯浮标上的蓄电池电能用完了,需要更换。更换灯浮标上的蓄电池很麻烦,费时又费力。
能不能不用蓄电池?能不能让蓄电池方便地进行电能补充呢?
人们自然地想到利用海上波浪,即利用波力发电来点亮灯浮标。
早在1898年,法国人从打气筒给自行车打气中受到启发,设计了一个带着圆柱筒的浮体,利用海浪上下运动压缩圆柱筒内的空气,去吹一只哨笛。这就是海上警浮标,又称雾号。
这是人们直接利用波力能的初级形式。那时,在法国沿岸和世界各海区,包括中国有些地方都陆续安装了这种雾号。
海浪产生的压缩空气可以吹响哨笛,为什么不可以驱动涡轮发电机发电呢?
1910年,法国人在海边的悬崖处,设置了一座固定垂直管道式的海浪发电装置,并获得了1千瓦的电力。这是用波力能来发电的最早尝试。此后,在世界各地出现了许多不同结构、不同形式的波力发电装置。
1964年,日本人发明了第一盏用海浪发电的航标灯。它是利用波力来发电的,虽然它的功率不大,只有60瓦,但能供一盏航标灯使用。这盏波力发电航标灯就像一颗耀眼的明珠,在茫茫的大海里为夜航的船只指引着航向。
波力发电航标灯的发电原理是利用波浪的上下起伏,推动浮体里的活塞在漂浮的气筒内做上下垂直运动。活塞与浮体的相对运动使漂浮的气筒中产生压缩空气。压缩空气经管道涌出,使得装在航标灯上的涡轮机转动,带动发电机发出电力,供航标灯使用。
航标灯使用的波力发电装置发出的电力有限,只有6~7瓦,只能供一盏航标灯使用,只能用来导航。
三波力发电船
自从第一个波力发电装置问世以来,世界各地出现了多种多样的波力发电装置。它们中有的利用波浪的上下垂直运动来发电,有的利用波浪的横向运动来发电,还有的利用由波浪产生的水中压力变化来发电。
1974年,日本科学家建造了波力发电船,那是日本海洋科学技术中心研制的“海明”号波力发电船。“海明”号是世界上第一艘波力发电船,船长80米,宽20米,它停在海洋上像一艘油船,有着宽大的船体。
波力发电船怎样利用波力来发电呢?
原来,在这艘波力发电船上,有4个浮力室和22个空气室,每2个空气室一组,与一台发电机组相连。各自的空气室从底部进入海水,像是一个漂浮在海面上的倒置打气筒。波力发电船上的空气室里设置有活塞,随着波浪的起伏可以上下运动,波浪的上下往复运动使波浪的动能转化成压缩空气动力。压缩空气从喷嘴里喷出,推动涡轮机叶片,从而带动发电机发电。这艘波力发电船最大的输出功率达到150千瓦。
1979年,“海明”号波力发电船纳入国际能源机构的共同开发计划,由日本、英国、美国、加拿大、爱尔兰5国共同参与。这样,“海明”号波力发电船总装机容量提高到2000千瓦,成为当时世界上最大的海上波力发电站。
1985年,日本又在海岸边建造了一座装机容量为500千瓦的波力电站和一座装机容量为350千瓦的楔型波道电站。
同年,挪威在一个海岛建立起了一座装机容量为500千瓦的波力发电站和一座装机容量为350千瓦的楔型波道电站。
1990年12月,中国第一座海浪发电站发电试验成功,随后又建造了一座装机容量为20千瓦的波力发电站。
1991年,英国在苏格兰的一个岛上建成一座波浪能发电站,使用一台气动涡轮机来发电。这座发电站的发电量为75千瓦。
波力发电站就这样在世界各地出现和发展。
四从“浮鸭”到“海面腊肠”
自从第一个波力发电装置问世以来,世界各地出现了多种多样的波力发电站。波力电站种类很多,不同种类的波力电站构造也不同。
英国科技人员受到鸭子在水面上戏水的启发,研制了一种鸭式波力发电装置,也叫凸轮式发电装置。这种发电装置像一只浮在水面上的鸭子,它的一头是圆形,另一头是尖尖的凸轮,它的胸脯对着海浪传播的方向。这种鸭式波力发电装置可以随着海浪的波动,像不倒翁一样不停地来回摆动,利用摆动的动能,带动工作泵推动发电机发电。它可以使波浪能量的90%转变成动力,机械效率特别高。
有人制造了利用波力能发电的筏子。发电筏子是由一系列串联的筏子组成,每个筏子长10米,可相对另一个筏子上下转动,整个筏子漂浮在海面上。由于发电筏子可以随着波浪运动,因此又叫波动筏。在发电的两个筏子之间装有液压泵和液压马达,波力的动能使液压泵工作,带动液压马达,使发电机发电。
英国研制了一种类似腊肠式波力发电站,它的主要装置气囊像一串漂浮在海面上的腊肠,又似一条水蛇。这些腊肠、水蛇似的气囊漂浮在海面上,在气囊上设置有进气阀、放气阀。当波浪经过气囊时,气囊内的空气进入高压管;当波浪消去时,气囊的压力降低,空气由低压管进人气囊。空气流动产生了气流,气流经过加速,成为高速气流,使涡轮机转动,带动发电机发电。
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